一种基于分布式虚拟现实的模拟飞行器仿真系统的制作方法

本发明涉及虚拟现实技术领域，更具体的说是涉及虚拟现实的模拟飞行器仿真系统。

背景技术：

近年来，随着仿真技术和计算机技术的飞速发展，虚拟现实技术的发展也突飞猛进，俨然已成为热门研究方向。虚拟现实技术是一种高新技术，它以计算机图形显示技术为核心，通过一定范围环境的三维数据建立虚拟的环境模型，在仿真系统中生成高真实度的视觉、听觉、触觉甚至嗅觉的虚拟环境。用户使用一些硬件设备和虚拟环境中的物体进行交互，相互影响，能够体验高度逼真的三维视感。飞行训练模拟机是一种地面飞行模拟设备，具有与真实飞机完全一样的座舱设备和操纵设备，驾驶员在座舱里接收飞行仿真系统产生的各种飞行信息，通过判断和决策对飞机系统进行操作和控制。使用虚拟现实技术对飞行模拟器的操纵系统、视景系统等仿真模拟，可以极大地提高受训人员的真实沉浸感，显著提高训练效率。同时，通过改变软件及数据库可以实现不同机型和不同仿真功能的任务，降低研发和飞行训练费用。随着传感技术、仿真技术及相应硬件设备的不断发展进步，可以预见这种新型飞行模拟器一定是未来飞行模拟机的主角。

但是，目前对于虚拟现实的模拟飞行器仍然采用单机系统来进行，然而由于飞行器的特殊性，对逼真度、精确度和实时性要求较高，单机系统难以实现仿真任务。

因此将虚拟现实技术与网络环境下的多机系统结合形成的分布式虚拟仿真系统，提出一种基于分布式虚拟现实的模拟飞行器仿真系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于分布式虚拟现实的模拟飞行器仿真系统，本发明采用如下技术方案：

一种基于分布式虚拟现实的模拟飞行器仿真系统，包括：总控制台子系统、飞行仿真子系统、分布式视景仿真子系统和网络子系统；

所述总控制台子系统与所述飞行仿真子系统、所述分布式视景仿真子系统和所述网络子系统均相连，用于对模拟飞行器进行控制，对飞行模拟器状态进行集中监管并控制仿真系统的运行；

所述飞行仿真子系统与所述分布式视景仿真子系统相连，用于对飞机性能、发动机性能、自然环境以及特情处置仿真，模拟飞行器的飞行性能和动态特性，并将实时解算出来的飞行状态数据提供给其余子系统；

所述分布式视景仿真子系统包括控制器、数据采集服务器和视景控制服务器；

所述控制器与所述数据采集服务器相连，用于获取控制命令并将所述控制命令发送至数据采集服务器；

所述数据采集服务器用于将控制命令进行解析，并输入所述总控制台子系统，输出视景数据；

所述视景控制服务器与所述总控制台子系统相连，用于接收所述视景数据，并进行多通道三维视景显示；

所述网络子系统采用hla结构，还分别与所述飞行仿真子系统和实时分布式视景仿真子系统相连，用于为各个子系统提供通用的、相对独立的网络服务支撑。

优选的，还包括：座舱仿真子系统、运动感觉子系统和声音仿真子系统；

所述座舱仿真子系统用于为飞行员提供仿真的直升机座舱驾驶环境；

所述运动感觉子系统用于为飞行员提供飞行时高频低幅的振动感觉，模拟飞行器起飞、着落和飞行过程中飞行员所能够感受到的舱体运动；

所述声音仿真子系统用于为模拟飞行器提供仿真的音响效果。

优选的，所述飞行仿真子系统包括气动系数模块、力和力矩生成模块、发动机推力模块和六自由度非线性全量运动方程模块；

所述气动系数模块用于对模拟飞行器在模拟飞行过程中飞行器表面所遇到的气流进行计算；

所述力和力矩生成模块用于对模拟飞行器在模拟飞行过程中飞行器表面所受的力和力矩进行计算；

所述发动机推力模块用于对模拟飞行器在模拟飞行过程中发动机所受的推力进行计算；

所述六自由度非线性全量运动方程模块用于获取所述气动系数模块、所述力和力矩生成模块、所述发动机推力模块的输出结果，得到飞行器的飞行状态数据。

优选的，所述总控制台子系统包括数据库、仿真控制主机和目标仿真机；

所述数据库，用于存储飞行器所能遇到的所有场景及环境信息；

所述仿真控制主机，用于安装和下载仿真软件，协调整个仿真过程；

所述目标仿真机，用于仿真计算，产生整个系统的仿真时钟，在每个仿真时间点上获得所述控制器发送的控制命令后计算整个仿真系统在各个时间点上的状态和输出，并把仿真输出结果发送至所述视景控制服务器。

优选的，所述控制器为人机交互的数据输入装置。

优选的，所述网络子系统采用hla进行开发，所述网络子系统提供联邦管理服务、声明管理服务、对象管理服务、所有权管理服务、时间管理服务和数据分发管理服务。

一种基于分布式虚拟现实的模拟飞行器仿真方法，包括以下步骤：

所述总控制台子系统对模拟飞行器进行控制，对飞行模拟器状态进行集中监管并控制仿真系统的运行；

所述飞行仿真子系统对飞机性能、发动机性能、自然环境以及特情处置仿真，模拟飞行器的飞行性能和动态特性，并将实时解算出来的飞行状态数据提供给其余子系统；

所述控制器获取控制命令并将所述控制命令发送至数据采集服务器；

所述数据采集服务器将控制命令进行解析，并输入所述总控制台子系统，输出视景数据；

所述视景控制服务器接收所述视景数据，并进行多通道三维视景显示；

所述网络子系统采用hla结构为各个子系统提供通用的、相对独立的网络服务支撑。

优选的，还包括以下步骤：

所述座舱仿真子系统为飞行员提供仿真的直升机座舱驾驶环境；

所述运动感觉子系统为飞行员提供飞行时高频低幅的振动感觉，模拟飞行器起飞、着落和飞行过程中飞行员所能够感受到的舱体运动；

所述声音仿真子系统为模拟飞行器提供仿真的音响效果。

优选的，所述飞行仿真子系统对飞机性能、发动机性能、自然环境以及特情处置仿真，模拟飞行器的飞行性能和动态特性，并将实时解算出来的飞行状态数据提供给其余子系统包括以下内容：

所述气动系数模块对模拟飞行器在模拟飞行过程中飞行器表面所遇到的气流进行计算；

所述力和力矩生成模块对模拟飞行器在模拟飞行过程中飞行器表面所受的力和力矩进行计算；

所述发动机推力模块对模拟飞行器在模拟飞行过程中发动机所受的推力进行计算；

所述六自由度非线性全量运动方程模块获取所述气动系数模块、所述力和力矩生成模块、所述发动机推力模块的输出结果，得到飞行器的飞行状态数据。

优选的，所述总控制台子系统对模拟飞行器进行控制，对飞行模拟状态进行集中监管并控制仿真系统的运行，还包括以下内容：

所述数据库存储飞行器所能遇到的所有场景及环境信息；

所述仿真控制主机安装和下载仿真软件，协调整个仿真过程；

所述目标仿真机仿真计算，产生整个系统的仿真时钟，在每个仿真时间点上获得所述控制器发送的控制命令后计算整个仿真系统在各个时间点上的状态和输出，并把仿真输出结果发送至所述视景控制服务器。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于分布式虚拟现实的模拟飞行器仿真系统及其方法，本发明采用将虚拟现实技术与网络环境下的多机系统结合形成的分布式虚拟仿真系统，具有良好的可移植性和可扩展性，易于大规模部署，也可方便地进行二次开发。且本发明中的网络子系统采用hla结构，有效提高了系统的实时性能，并且图像质量高并且本发明能够合理逼真地模拟飞机的操作环境，满足了飞行员实际操作训练的需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种基于分布式虚拟现实的模拟飞行器仿真系统，包括：总控制台子系统、飞行仿真子系统、分布式视景仿真子系统和网络子系统；

总控制台子系统与飞行仿真子系统、分布式视景仿真子系统和网络子系统均相连，用于对模拟飞行器进行控制，对飞行模拟器状态进行集中监管并控制仿真系统的运行；

飞行仿真子系统与分布式视景仿真子系统相连，用于对飞机性能、发动机性能、自然环境以及特情处置仿真，模拟飞行器的飞行性能和动态特性，并将实时解算出来的飞行状态数据提供给其余子系统；

分布式视景仿真子系统包括控制器、数据采集服务器和视景控制服务器；

控制器与数据采集服务器相连，用于获取控制命令并将控制命令发送至数据采集服务器；

数据采集服务器用于将控制命令进行解析，并输入总控制台子系统，输出视景数据；

视景控制服务器与总控制台子系统相连，用于接收视景数据，并进行多通道三维视景显示；

网络子系统采用hla结构，还分别与飞行仿真子系统和实时分布式视景仿真子系统相连，用于为各个子系统提供通用的、相对独立的网络服务支撑。

为了进一步实现上述技术方案，还包括：座舱仿真子系统、运动感觉子系统和声音仿真子系统；

座舱仿真子系统用于为飞行员提供仿真的直升机座舱驾驶环境；

运动感觉子系统用于为飞行员提供飞行时高频低幅的振动感觉，模拟飞行器起飞、着落和飞行过程中飞行员所能够感受到的舱体运动；

声音仿真子系统用于为模拟飞行器提供仿真的音响效果。

为了进一步实现上述技术方案，飞行仿真子系统包括气动系数模块、力和力矩生成模块、发动机推力模块和六自由度非线性全量运动方程模块；

气动系数模块用于对模拟飞行器在模拟飞行过程中飞行器表面所遇到的气流进行计算；

力和力矩生成模块用于对模拟飞行器在模拟飞行过程中飞行器表面所受的力和力矩进行计算；

发动机推力模块用于对模拟飞行器在模拟飞行过程中发动机所受的推力进行计算；

六自由度非线性全量运动方程模块用于获取气动系数模块、力和力矩生成模块、发动机推力模块的输出结果，得到飞行器的飞行状态数据。

为了进一步实现上述技术方案，总控制台子系统包括数据库、仿真控制主机和目标仿真机；

数据库，用于存储飞行器所能遇到的所有场景及环境信息；

仿真控制主机，用于安装和下载仿真软件，协调整个仿真过程；

目标仿真机，用于仿真计算，产生整个系统的仿真时钟，在每个仿真时间点上获得控制器发送的控制命令后计算整个仿真系统在各个时间点上的状态和输出，并把仿真输出结果发送至视景控制服务器。

为了进一步实现上述技术方案，控制器为人机交互的数据输入装置。

为了进一步实现上述技术方案，网络子系统采用hla进行开发，网络子系统提供联邦管理服务、声明管理服务、对象管理服务、所有权管理服务、时间管理服务和数据分发管理服务。

一种基于分布式虚拟现实的模拟飞行器仿真方法，包括以下步骤：

总控制台子系统对模拟飞行器进行控制，对飞行模拟器状态进行集中监管并控制仿真系统的运行；

飞行仿真子系统对飞机性能、发动机性能、自然环境以及特情处置仿真，模拟飞行器的飞行性能和动态特性，并将实时解算出来的飞行状态数据提供给其余子系统；

控制器获取控制命令并将控制命令发送至数据采集服务器；

数据采集服务器将控制命令进行解析，并输入总控制台子系统，输出视景数据；

视景控制服务器接收视景数据，并进行多通道三维视景显示；

网络子系统采用hla结构为各个子系统提供通用的、相对独立的网络服务支撑。

为了进一步实现上述技术方案，还包括以下步骤：

座舱仿真子系统为飞行员提供仿真的直升机座舱驾驶环境；

运动感觉子系统为飞行员提供飞行时高频低幅的振动感觉，模拟飞行器起飞、着落和飞行过程中飞行员所能够感受到的舱体运动；

声音仿真子系统为模拟飞行器提供仿真的音响效果。

为了进一步实现上述技术方案，飞行仿真子系统对飞机性能、发动机性能、自然环境以及特情处置仿真，模拟飞行器的飞行性能和动态特性，并将实时解算出来的飞行状态数据提供给其余子系统包括以下内容：

气动系数模块对模拟飞行器在模拟飞行过程中飞行器表面所遇到的气流进行计算；

力和力矩生成模块对模拟飞行器在模拟飞行过程中飞行器表面所受的力和力矩进行计算；

发动机推力模块对模拟飞行器在模拟飞行过程中发动机所受的推力进行计算；

六自由度非线性全量运动方程模块获取气动系数模块、力和力矩生成模块、发动机推力模块的输出结果，得到飞行器的飞行状态数据。

为了进一步实现上述技术方案，总控制台子系统对模拟飞行器进行控制，对飞行模拟状态进行集中监管并控制仿真系统的运行，还包括以下内容：

数据库存储飞行器所能遇到的所有场景及环境信息；

仿真控制主机安装和下载仿真软件，协调整个仿真过程；

目标仿真机仿真计算，产生整个系统的仿真时钟，在每个仿真时间点上获得控制器发送的控制命令后计算整个仿真系统在各个时间点上的状态和输出，并把仿真输出结果发送至视景控制服务器。