基于虚拟现实的直升机驾驶模拟器开发

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虚拟现实技术是近些年来兴起的高新技术,这种技术利用电脑模拟产生一个类似于现实的虚拟三维空间,它可以提供给使用者听觉、视觉、触觉等感官感受,使得使用者如同身临其境一般。驾驶模拟器是虚拟现实技术的一个重要应用。开发驾驶模拟器有很重要的研究意义:首先,它降低了培养驾驶员的成本,同时提高了培养驾驶员的安全性;其次,增强模拟教学的直观性和可重复性。本文针对直升机开发了基于虚拟现实技术的直升机驾驶模拟器。本文完成的研究工作如下:1.建立了直升机的动力学模型。首先,对直升机机身和直升机飞行环境进行简化;其次,对直升机实体模型进行受力简化,并且进行受力分析;然后,建立直升机地面坐标和机身坐标,通过卡尔丹角建立地面坐标和机身坐标的坐标变换,假设关键位置的小位移,通过拉格朗日动力学方程建立直升机动力学方程;最后,通过经典四阶龙格库塔法进行模型解算。2.应用MultiGenCreator实时三维建模软件,建立直升机驾驶模拟器仿真环境所需要的地形和直升机实体模型。地形建模过程当中使用了LOD、Billboard等关键技术。直升机模型建模过程当中,为直升机实体模型增加了局部自由度,便于仿真程序控制。3.使用VegaPrime视景仿真软件开发直升机驾驶模拟器的视景系统,使用多通道技术实现同时显示多个图像,仿真环境里可以从多个视点观察直升机的位置和姿态;程序中为直升机添加了碰撞检测,使得直升机不能陷入到地面下和穿过建筑物;建立了多种天气情况,像雨天、雪天、阴天、晴天等;建立了可改变的天时,可以模拟从日出到日落的过程,使得驾驶直升机的过程更加真实;本文还为直升机驾驶仿真添加了直升机与房屋的碰撞特效,增加了真实感。本文建立的直升机模拟器仿真效果画面真实,具有很强的沉浸感,仿真画面的实时性也可以满足仿真要求,本文开发的直升机驾驶模拟器能够模拟直升机的各种飞行姿态,比如偏航、滚转等。本文建立的直升机模拟器价值体现在两点上:首先,本文所用的仿真开发软件VegaPrime是模块化的,可移植性较强,这些模块在扩展用户接口的同时,也为应用开发提供了功能库,可以为后续开发者减少开发时间。其次,本文建立的模拟器可以作为研究直升机驾驶模拟器的基础。
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