基于微机的图形图象系统的研究和实现.pdfVIP

基于微机的图形图象系统的研究与实现 马继峰 彭晓源 冯 勤 (北京航空航天大学先进仿真技术航空科技重点实验室，北京100083) 摘奥 图形图象系统在分布交互仿真虚拟战场环境及虚拟样机中有非常重要的地位，直接影响仿真系 统的逼真度。由于视景系统主要是进行几何模型和纹理图象的解算，对硬件的要求较高，所以一直是高档 计算机— 主要是图形工作站的天下。现在，随着计算机芯片以及网络技术的飞速发展，使得基于普通微 机的多通道、大视场视景系统的实现成为了可能。我们在微机平台上开发实现了有人驾驶飞行仿真器的图 形、图象显示系统，由于应用效果良好，性能价格比高，该方案在工程应用上有重大意义. 关键词 基于微机的图形图象系统 飞行仿真器 虚塑境 义 不 1 概述 视觉通道是虚拟环境系统中最重要的人机交互界面，人类从外界所获得的信息约有 70%-80%是通过视觉得到的。在飞行仿真系统中，视景系统为驾驶员提供了一个逼真的 飞行训练任务景象，视景系统的质量对于仿真系统以及训练效果都至关重要。 随着计算机技术、信息技术的高速发展，视景系统的显示方案也不断更新。当前，视 景系统的显示方案主要有以下几种:头盔式显示器 (HMD);立体投影墙:]一角‘投影墙等。 头盔式显示器作为虚拟现实系统中的典型显示设备，可以为人提供较强的视觉沉浸感，由 于它只有一个参与者，其操纵方式采用数据手套。而立体或广角投影系统能够提供宽视场 的综合环境显示，可应用在单人或多人参与的仿真系统中。 基于分布交互仿真技术的有人驾驶飞行仿真器的视景系统与其它分系统形成一个有机 的整体，为综合防空多武器平台仿真示范系统提供航空武器的逼真的人在回路飞行与作战 仿真。其仿真性能和指标在很大程度上直接影响整个体系的仿真效果，同时，该仿真平台 又能对航空武器平台在作战环境下进行作战效能进行评估，为多武器装备的优化配置提供 一个开发验证的仿真环境(主要用于验证飞机操纵性、稳定性、飞控、火控系统控制律等)。 该飞行仿真器由模型解算、接口、音响、火控、仪表、视景、仿真网络管理等儿个分系统 组成，各节点通过1OBase-T局域网互联，在整个仿真示范系统中作为一个仿真实体出现。 其中视景系统作为该平台中的一个独立节点，为驾驶员提供实时的三维飞行景物画面， 形成视觉反馈输入，构成一个人在回路仿真的闭环系统。平显系统和下显系统分别运行在 视景和仪表节点上，它们利用计算机图形学以及可视化技术，将飞行、导航以及火控等信 息进行综合显示。其中，平显系统是战斗机飞行/火控系统的重要显示窗口，为驾驶员提供 579 必要的飞行、导引，作战信息等，下显系统显示载机雷达的探测信息和火控系统解算的部 分信息。本文主要就以上基于微机的图形、图象显示系统的研究与实现进行了讨论。 z 视景系统 利用计算机三维实时成像技术建立虚拟战场中的各种三维实体、地形地貌、特殊效应， 并实时接收来自飞行系统的网络驱动数据，解算不同视点情况下相应景物画面变化，将 120X30度宽视场视景分成三个通道，由三台PC机加图形加速卡生成并由三个投影仪显示 在驾驶座舱前方的弧形幕布上。 在军用仿真应用中，对复杂战场环境可视化支撑能力的需求不断增加。提供高逼真度 画面不仅要求运算速度更快、性能更好的图形硬件，而且也需要更加有效的视景管理软件 l具来配合。在最近几年中，个人电脑的能力有惊人的提高，不久以前需要高性能图形工 作站来完成的任务，现在用低廉的微机就可以实现。当前，计算机图形卡主要应用了以下 新技术，包括多纹理映射技术，可以显示更加真实的表面细节和光照效果;.全屏抗混叠 (FSAA)技术可以减少画面锯齿现象:硬件转换和光照处理 ((TL)技术等，可以提高图 象质量、减轻计算机CPU负担，能完成更多的图象处理任务。这一切使得快速、高质量的 图形能够用低成本的硬件和标准的API函数来产生。 图形加速卡性能的两个主要衡量指标为多边形生成速率和象素填充速率。多边形生成 速率是该图形卡在一秒钟之内可以生成并渲染三角形的个数:而象素填充速率是该图形卡 在一秒钟之内可以渲染的象素个数。当我们试图去获得高速度、高质量的图形效果时，这 两个指标都很重要。高的多边形生成速率可以渲染更加复杂的模型;而高的象素填充速率 能够为这些多边形映射纹理，添加光照、阴影和实现抗混叠。