[发明专利]一种基于三维运动视景的仿真系统设计与实现方法

摘要

本发明属于民用船舶导航技术领域，为了实现基于三维运动视景的仿真系统设计，首先建立一个基于MFC单文档的OpenGL仿真系统框架；采用OpenGL纹理贴图方法绘制的环境系统；同时建立坐标系统；再将利用计算机辅助设计技术生成的船舶和飞行器目标的三维模型载入程序框架中；通过实时通讯，读取外部驱动数据，实现目标状态更新；建立视角转换系统，通过键盘交互，实现不同观测效果；最后利用OpenGL双缓存技术实现平滑的动画，通过数据显示系统显示目标信息。本发明可形成船舶和飞行器目标在设定水域、天空环境和既定运动参数下的状态画面，为训练人员创造一个共享的视听环境，使结果更加真实、可信。

主权项

一种基于三维运动视景的仿真系统设计与实现方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，建立OpenGL仿真系统框架在操作系统下,建立一个基于MFC单文档的OpenGL图形程序框架，具体步骤为：1.1利用“MFC应用程序”选择“应用程序类型：单个文档”创建基于MFC单文档的工程；1.2在已创建好的工程中添加OpenGL库文件和头文件，完成初始化设置；1.3调用OpenGL相关命令进行图形绘制；1.4退出OpenGL绘图窗口，同时释放OpenGL绘制描述表和Windows设备描述表；第二步，建立环境系统模型环境系统包括地物模块、天空模块、海洋模块和光照模块；采用OpenGL纹理贴图方法绘制环境系统各模块；在海洋模块中，运用快速傅里叶变换生成动态的海面高度场，海面高度是由位置X＝(x,z)和时间t组成的随机变量h(X,t)，h(X,t)满足其中，与Phillips海浪谱相关；将海面高度场存入顶点纹理中，采用多块网格无缝拼接形成无限海面；取顶点纹理的值对网格进行扰动，实现海面的动态效果；第三步，建立坐标系统建立一个窗口二维坐标系和两个三维坐标系，两个三维坐标系为OpenGL坐标系和目标坐标系；第四步，建立目标系统4.1建立船舶和飞行器目标的三维模型：根据船舶和飞行器目标模型的几何结构信息，利用3DS Max建模工具按比例绘制真实模型，加上纹理贴图和光照渲染；4.2载入船舶和飞行器目标的三维模型：采用文件读入的方式将绘制的三维模型载入程序框架，具体步骤为：4.2.1利用3DS Max软件将绘制的三维模型导出为3DS文件；4.2.2编写读取3DS文件的VC++程序，即头文件“Read3DS.h”和源文件“Read3DS.cpp”；4.2.3在程序中调用函数读取3DS文件，将三维模型载入到工程，在工程中对三维模型进行对象管理；4.3船舶和飞行器目标模型的数据驱动，通过读取外部驱动数据实现船舶和飞行器目标模型的实时状态更新；以OpenGL坐标系为基准，对经度、高度及纬度坐标数据进行相应转换；以OpenGL坐标系为基准，沿OpenGL坐标系三个坐标轴平移实现目标的位置变换；沿OpenGL坐标系三个坐标轴旋转实现目标的姿态变换,即绕X轴旋转为目标的俯仰变换，绕Y轴旋转为目标的偏航变换，绕Z轴旋转为目标的翻滚变换；第五步：建立视角转换系统设置跟踪视点和固定视点建立视角转换系统，跟踪视点将相机位置设置于目标附近，调用SetCamera()设置相机与目标距离的远近参数，视点随目标的运动而移动；固定视点将相机固定在某一具体三维坐标上，通过键盘交互，系统有不同程度的缩放效果，人为设定视角度数，缩放效果通过OpenGL中的透视投影函数gluPerspective()实现；第六步：三维运动视景系统实现采用OpenGL双缓存技术，实现平滑的动画，通过数据显示系统显示目标信息；利用响应定时中断为船舶和飞行器目标模型更新状态数据，使船舶和飞行器目标每隔一定的时间读取一次状态数据，随状态数据的更新，目标的实时状态发生变化，最终实现目标的模拟运动。