模擬飛行視景系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

朱紅

1視景系統(tǒng)的發(fā)展過程

視景系統(tǒng)的發(fā)展歷史幾乎與模擬器的歷史一樣長。在最早的飛行模擬器林克機誕生后不久，視景系統(tǒng)也就出現(xiàn)了。

最早的視景系統(tǒng)是點光源投影系統(tǒng)。這種系統(tǒng)主要有一個體積很小、亮度很高且可以活動的小燈泡(稱為點光源)，一個按一定比例畫有地面景象的大直徑玻璃盤(稱為地景盤)，還有一塊屏幕。當模擬飛行時，點光源模擬飛機的運動，光線透過地景盤照射到屏幕上，形成連續(xù)運動的景象。這利，系統(tǒng)的主要優(yōu)點是視野廣闊，結(jié)構(gòu)簡單。而由于其模擬誤差較大，地景范圍小，從而限制了視景系統(tǒng)的發(fā)展，后來出現(xiàn)了電影膠片投影系統(tǒng)。

電影膠片投影系統(tǒng)又被稱為畸變電影。它是把被模擬對象的運動路線及其兩邊的景色拍攝成電影膠卷，然后按要求播放(可對播放速度進行調(diào)節(jié))拍攝的膠卷，當飛行員操縱模擬器時，若航跡沒有偏差，放映出來的圖像就是拍攝的標準圖像，若航跡有偏差，則通過畸變鏡頭映出的畫面發(fā)生畸變。這種系統(tǒng)的優(yōu)點是逼真度高、經(jīng)濟性好，容易實現(xiàn)。但最大的缺點是除不能更改之外，當摸擬的運動路線偏離拍攝的路線時將產(chǎn)生偏差，偏離越遠，偏差越大，因而沒有得到廣泛的應(yīng)用。

使用比較廣泛的視景系統(tǒng)是隨后出現(xiàn)的沙盤——閉路電視系統(tǒng)。這種系統(tǒng)主要由一個很大的按一定比例制作的沙盤、可受飛行員操縱的光學(xué)探頭和攝像機、投影器及顯示屏幕等組成。光學(xué)探頭的位置就相當于飛機的位置，它所看到的景象就是飛行員看到的景象。當模擬飛行時，攝像機通過光學(xué)探頭對地景模型進行攝影，攝像機將光信號變成電信號，再由投影器將電信號變成光信號投影到座艙前的屏幕上，從而使飛行員看到外部的景象。這種視景系統(tǒng)，最大的優(yōu)點是模擬的景象十分逼真，這種系統(tǒng)最大缺點體積異常龐大，運行費用昂貴，維修困難，一旦制成，很難更改，目前也基本不再使用。

2視景系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了計算機成像視景系統(tǒng)。這種系統(tǒng)還有體積小，耗電少，便于維護等優(yōu)點。因此計算機成像視景系統(tǒng)發(fā)展十分迅速，至70年代末，已經(jīng)有300多套計算機成像視景系統(tǒng)用于民航部門。現(xiàn)代的模擬飛行，幾乎全部都是使用計算機成像視景系統(tǒng)了。

計算機成像系統(tǒng)主要由地景數(shù)據(jù)庫、圖像生成計算機、投影器及投影屏幕等組成。地景數(shù)據(jù)庫中存儲有大量的有關(guān)地區(qū)地面及空中的圖像信息。當飛行員在模擬座艙內(nèi)進行操縱時，其操縱信號經(jīng)過主計算機的計算，向圖像生成計算機輸送有關(guān)運動裝備的位置、姿態(tài)等信息，圖像生計算機則將這些信息進行處理，實時生成圖像，并將其傳輸?shù)酵队捌鳎癸w行員從屏幕上觀察到運動中的景象。由于圖像是由計算機產(chǎn)生的，所以有很大的靈活性，有十分廣泛的模擬能辦。使用者還可以根據(jù)自己的需要增加或修改地景數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容。這種系統(tǒng)還有一個突出的優(yōu)點，就是可用多個顯示器來顯示景象，從而大大地擴展了視野，如水平視場角可達200。以上，使駕駛員有全景空間的感覺。

典型的的計算機虛像視景系統(tǒng)的主要技術(shù)指標如下。

(1)圖像分辨率：≥1280×1 024(點像素)／通道。

(2)幀率：／>60幀／秒。

(3)地景數(shù)據(jù)庫：全三維真實地形場景，三維物體模型。

(4)紋理：衛(wèi)星照片，航拍照片及真實照片紋理。

(5)大氣效果：能見度變化，云、霧、雨、雪狀態(tài)。

(6)日夜模式：黎明／白天／黃昏／黑夜。

(7)系統(tǒng)延遲：≤80ms。

3視景系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

近年來虛擬現(xiàn)實技術(shù)異軍突起，它是一種以計算機技術(shù)為核心的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽，觸覺一體化的特定范圍的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備以自然的方式與虛擬環(huán)境中的對象進行交互作用、相互影響，從而產(chǎn)生親臨等同真實環(huán)境的感受和體驗。具有實時高性能的圖像處理能力的圖像發(fā)生器成為虛擬環(huán)境產(chǎn)生的關(guān)鍵技術(shù)，而圖像顯示設(shè)備是用于產(chǎn)生立體視覺效果的關(guān)鍵外設(shè)，目前常見的產(chǎn)品包括光閥眼鏡、三維投影儀和頭盔顯示器等。其中常見的頭盔顯示器根據(jù)左右眼的視差，分別按左右眼的視點生成兩幅不同的圖像，送至頭盔顯示器形成立體圖像，在屏蔽現(xiàn)實世界的同時，提供高分辨率、大視場角的虛擬場景，可以使人產(chǎn)生強烈的浸沒感，而在系統(tǒng)延遲和視點匹配方面一直是的頭盔顯示器所要面臨和解決的難題。

4結(jié)語

視景仿真技術(shù)是計算機技術(shù)、圖形生成與處理技術(shù)、圖像顯示技術(shù)等諸多高新技術(shù)的綜合運用。它為模擬飛行提供了非常有效的手段和途徑，具有十分明顯的經(jīng)濟效益并成為模擬飛行領(lǐng)域里重要的高科技手段。