模拟飞行视景系统发展现状和趋势

朱红

1视景系统的发展过程

视景系统的发展历史几乎与模拟器的历史一样长。在最早的飞行模拟器林克机诞生后不久，视景系统也就出现了。

最早的视景系统是点光源投影系统。这种系统主要有一个体积很小、亮度很高且可以活动的小灯泡(称为点光源)，一个按一定比例画有地面景象的大直径玻璃盘(称为地景盘)，还有一块屏幕。当模拟飞行时，点光源模拟飞机的运动，光线透过地景盘照射到屏幕上，形成连续运动的景象。这利，系统的主要优点是视野广阔，结构简单。而由于其模拟误差较大，地景范围小，从而限制了视景系统的发展，后来出现了电影胶片投影系统。

电影胶片投影系统又被称为畸变电影。它是把被模拟对象的运动路线及其两边的景色拍摄成电影胶卷，然后按要求播放(可对播放速度进行调节)拍摄的胶卷，当飞行员操纵模拟器时，若航迹没有偏差，放映出来的图像就是拍摄的标准图像，若航迹有偏差，则通过畸变镜头映出的画面发生畸变。这种系统的优点是逼真度高、经济性好，容易实现。但最大的缺点是除不能更改之外，当摸拟的运动路线偏离拍摄的路线时将产生偏差，偏离越远，偏差越大，因而没有得到广泛的应用。

使用比较广泛的视景系统是随后出现的沙盘——闭路电视系统。这种系统主要由一个很大的按一定比例制作的沙盘、可受飞行员操纵的光学探头和摄像机、投影器及显示屏幕等组成。光学探头的位置就相当于飞机的位置，它所看到的景象就是飞行员看到的景象。当模拟飞行时，摄像机通过光学探头对地景模型进行摄影，摄像机将光信号变成电信号，再由投影器将电信号变成光信号投影到座舱前的屏幕上，从而使飞行员看到外部的景象。这种视景系统，最大的优点是模拟的景象十分逼真，这种系统最大缺点体积异常庞大，运行费用昂贵，维修困难，一旦制成，很难更改，目前也基本不再使用。

2视景系统的发展现状

随着计算机技术的发展，出现了计算机成像视景系统。这种系统还有体积小，耗电少，便于维护等优点。因此计算机成像视景系统发展十分迅速，至70年代末，已经有300多套计算机成像视景系统用于民航部门。现代的模拟飞行，几乎全部都是使用计算机成像视景系统了。

计算机成像系统主要由地景数据库、图像生成计算机、投影器及投影屏幕等组成。地景数据库中存储有大量的有关地区地面及空中的图像信息。当飞行员在模拟座舱内进行操纵时，其操纵信号经过主计算机的计算，向图像生成计算机输送有关运动装备的位置、姿态等信息，图像生计算机则将这些信息进行处理，实时生成图像，并将其传输到投影器，使飞行员从屏幕上观察到运动中的景象。由于图像是由计算机产生的，所以有很大的灵活性，有十分广泛的模拟能办。使用者还可以根据自己的需要增加或修改地景数据库中的内容。这种系统还有一个突出的优点，就是可用多个显示器来显示景象，从而大大地扩展了视野，如水平视场角可达200。以上，使驾驶员有全景空间的感觉。

典型的的計算机虚像视景系统的主要技术指标如下。

(1)图像分辨率：≥1280×1 024(点像素)／通道。

(2)帧率：／>60帧／秒。

(3)地景数据库：全三维真实地形场景，三维物体模型。

(4)纹理：卫星照片，航拍照片及真实照片纹理。

(5)大气效果：能见度变化，云、雾、雨、雪状态。

(6)日夜模式：黎明／白天／黄昏／黑夜。

(7)系统延迟：≤80ms。

3视景系统的发展趋势

近年来虚拟现实技术异军突起，它是一种以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听，触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响，从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。具有实时高性能的图像处理能力的图像发生器成为虚拟环境产生的关键技术，而图像显示设备是用于产生立体视觉效果的关键外设，目前常见的产品包括光阀眼镜、三维投影仪和头盔显示器等。其中常见的头盔显示器根据左右眼的视差，分别按左右眼的视点生成两幅不同的图像，送至头盔显示器形成立体图像，在屏蔽现实世界的同时，提供高分辨率、大视场角的虚拟场景，可以使人产生强烈的浸没感，而在系统延迟和视点匹配方面一直是的头盔显示器所要面临和解决的难题。

4结语

视景仿真技术是计算机技术、图形生成与处理技术、图像显示技术等诸多高新技术的综合运用。它为模拟飞行提供了非常有效的手段和途径，具有十分明显的经济效益并成为模拟飞行领域里重要的高科技手段。