CN102800130A - 一种近水面飞行器机动飞行视景仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种近水面飞行器机动飞行视景仿真方法，属于计算机仿真领域，包括：步骤一：三维场景模型的建立；步骤二：三维模型配置和三维特效制作；步骤三：仿真过程实现共三个步骤。本发明提出的一种近水面飞行器机动飞行视景仿真方法，将近水面飞行器机动飞行进行可视化视景仿真，解决了传统的实物仿真具有的不可重复性和高风险性的缺点，具有高效率、可重复性和低成本的特点。在创建三维场景模型中加入了真实的海洋地理信息，使得仿真环境更加逼真。本发明可以显示和推演单个飞行器的航路的飞行态势，也可以在多个飞行器的多条飞行航路之间进行视角切换，提供全方位，多角度的仿真视角。
Description
技术领域
本发明属于计算机仿真领域，具体涉及一种可视化视景仿真技术，特别涉及一种近水面飞行器机动飞行视景仿真方法。
背景技术
航路规划技术是近水面飞行器机动飞行的关键技术之一，航路规划系统可为近水面飞行器规划出精确的飞行路径。通过对航路规划系统的规划结果进行仿真，验证航路规划结果的有效性和正确性具有非常重要的意义。而传统的近水面飞行器机动飞行仿真方法是实物仿真，实物仿真可以从宏观上全局把握近水面飞行器的性能和运动情况，但是该方法实施成本高、工艺复杂，不能对近水面飞行器机动飞行的性能进行细致的分析，这体现出传统的实物仿真具有不可重复性和高风险性的缺点。随着计算机视景仿真技术的飞速发展，应用视景仿真技术实现近水面飞行器航路规划结果的机动飞行仿真，不仅满足了对近水面飞行器机动飞行的性能进行深入、细致的分析，又可以降低仿真的成本。
视景仿真是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体地说，就是采用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“沉浸”于等同真实环境的感受和体验。
可视化视景仿真技术自诞生以来，就在航空航天、航海、军事、核工业中发挥着不可替代的作用，并通过不同的仿真软件进行了视景仿真应用。申请号为200810137411.x的《飞行器视景仿真系统》专利是运用Vega视景仿真软件进行仿真，Vega基于进程工作，每个进程都要开销内存单元，将内存空间作为进程的资源，执行效率低。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种近水面飞行器机动飞行视景仿真方法，针对近水面飞行器机动飞行进行视景仿真，使用Visual Studio 2003.NET软件和Vega Prime视景仿真软件相结合的方法进行近水面飞行器机动飞行仿真，使其具有高效率、可重复性和低成本的特点，并且本发明提供了一种通过仿真手段使用户更直观的了解近水面飞行器机动飞行情况的方法，从而为验证航路规划系统规划结果的正确性提供了保证。
一种近水面飞行器机动飞行视景仿真方法，其特征在于：包括以下几个步骤：
步骤一：三维场景模型的建立：
建立三维场景模型包括海洋场景建模和三维实体建模，海洋场景模型包含海浪态势模型和岛屿模型，三维场景模型的建立过程具体包含以下几个步骤：
（1）通过设计图纸和真实物体测量数据获得实体外观与几何形状等数据，通过实地拍摄照片及对材质图片库中的图片进行处理得到纹理数据，数据采集工作完成后，对采集到的真实海浪和岛屿图像数据进行初步的处理，去掉不正确和冗余的数据；进行数据转换和裁剪，把纹理图片转换为Creator软件支持的RGBA图片格式；然后将图像数据进行分类、整理和存储；
（2）利用Creator软件建立海浪和岛屿模型.flt文件，首先，在Creator环境中建立海浪和岛屿多边形，海浪和岛屿多边形按树状层次结构进行定义，同一层次的节点内容，输出时按从左至右进行图形绘制渲染，采用单元分割法将场景模型分割成较小的单元，最终显示出海浪和岛屿的基本结构；然后选择步骤（1）中采集到的真实海浪和岛屿图像作为纹理，通过定义纹理、控制过滤、说明坐标方式、给出几何坐标和纹理坐标构建最终海洋场景模型.flt文件；
（3）采用步骤（1）和步骤（2）相同的方法，完成建立船只和飞行器的三维实体模型.flt文件；
（4）对三维场景模型进行结构调整，优化三维场景模型的视景仿真输出次序，提高视景画面的质量，采用分割法使当前岛屿模型中的实体被选择渲染；
（5）提取电子海图中存储的真实数据信息，将所获取的海洋地理信息要素数据构建成一个海洋地理信息数据库，视景仿真程序调用海洋地理信息数据库，将海洋地理信息加载到三维场景模型；
（6）通过以上步骤得到的三维场景模型、三维实体模型和海洋地理信息数据库，最终得到三维视景数据库；
步骤二：三维模型配置和三维特效制作
（1）使用LynX Prime图形界面设计软件进行三维场景模型配置，通过LynX Prime图形界面设计软件对三维场景模型进行初始化设置；设置模型初始化的关键是岛屿模型在海洋场景模型中的定位；通过电子海图中岛屿真实的经纬度设置岛屿模型在海洋场景模型中的定位；
（2）设置实体的运动效果。为了生成真实感更强的环境，在不降低视景仿真系统的实时性前提下，构建相关的特殊效果模型，本发明采用粒子系统和静态图像纹理映射的方法进行特殊效果模型的实现。
步骤三：仿真过程实现
（1）仿真实现流程
采用Visual Studio 2003.NET和Vega Prime仿真软件相结合的方法实现视景仿真过程，视景仿真实现过程是结合Creator与Vega Prime仿真软件，建立系统实时处理过程，将步骤一生成的场景模型.flt文件加载到仿真软件Vega Prime中，将场景模型.flt文件成为视景仿真实时应用的一部分，具体流程为：
a、首先将Creator建立的场景模型加载到Vega Prime仿真软件中，然后在应用界面Lynx中完成ACF中定义窗口、通道、观察者、运动模型、场景、场景中的对象、场景运动体、环境及环境特效、光源等初始化的设定，然后配置实时仿真所需的环境，编译保存ACF文件，最后预览环境效果；
b、编写仿真程序，在Visual Studio 2003.NET中调用Vega Prime的API函数初始化系统和模块类，调用帧循环函数绘制场景循环，从而实现可视化实时仿真应用程序；
（2）视景漫游和实体属性查询的实现
实现视景仿真场景内多角度的漫游，通过键盘、鼠标触发事件进行人机交互漫游功能，进行视角切换和实体信息查询响应，当用户进行多条航路视角切换时，漫游引擎立即调度场景数据库生成新的实时视点画面，并在仿真场景中显示；
实体属性查询流程为：首先通过鼠标选择查询实体，如果选中实体，视景仿真系统收到查询消息，调用查询函数查询海洋地理信息数据库，系统查询到海洋地理信息数据库中实体属性信息，将其相应的属性数据值传到仿真系统，并显示到仿真界面。然后判断是否还需要查询其他的实体，如需要，则返回，重新查询相应的实体，如无，则结束；
（3）视景仿真系统与航路规划系统的协调工作过程
在Visual Studio 2003.NET平台上，搭建航路规划系统和视景仿真系统之间标准接口，将航路规划系统计算的飞行器航路信息输入到视景仿真系统中，视景仿真系统按照航路规划系统计算的飞行器航路信息进行飞行器机动飞行仿真，飞行器机动飞行仿真过程中，如果有多条航路轨迹，视景仿真系统会提示是否进行切换，观看到不同近水面飞行器的不同航路轨迹的飞行；仿真飞行结束后，视景仿真系统会将仿真结果信息反馈给航路规划系统。
本发明的优点在于：
1、本发明提出一种近水面飞行器机动飞行视景仿真方法，将近水面飞行器机动飞行进行可视化视景仿真，解决了传统的实物仿真具有的不可重复性和高风险性的缺点，具有高效率、可重复性和低成本的特点。
2、本发明提出一种近水面飞行器机动飞行视景仿真方法，在创建三维场景模型中加入了真实的海洋地理信息，使得仿真环境更加逼真。
3、本发明提出一种近水面飞行器机动飞行视景仿真方法，可以显示和推演单个飞行器的航路的飞行态势，也可以在多个飞行器的多条飞行航路之间进行视角切换，提供全方位，多角度的仿真视角。
附图说明
图1：本发明提出一种近水面飞行器机动飞行视景仿真方法流程图；
图2：本发明中飞行器尾焰特效模型的实现流程图；
图3：本发明中实体属性查询流程图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明提出一种近水面飞行器机动飞行视景仿真方法，如图1所示，包括以下几个步骤：
步骤一：三维场景模型的建立
建立三维场景模型主要包括海洋场景建模和三维实体建模。海洋场景模型包含海浪态势模型和岛屿模型，是构建近水面飞行器视景仿平台的关键步骤之一。本发明中通过数据的分析准备、原始模型生成、地形优化、纹理映射和调试优化处理等过程来完成三维场景模型的建立过程，具体建模过程包括以下几个步骤：
（1）通过设计图纸和真实物体测量数据获得实体外观与几何形状等数据。通过实地拍摄照片及对常用材质图片库中的图片进行处理得到纹理数据。数据采集工作完成后，对采集到的真实海浪和岛屿图像数据进行初步的处理（在处理海浪和岛屿图片需将像素大小设为2的N次幂，以利于纹理的显示），去掉不正确和冗余的数据；进行数据转换和裁剪，把纹理图片转换为Creator软件支持的RGBA图片格式；然后将图像数据进行分类、整理和存储。
（2）利用Creator软件建立海浪和岛屿模型.flt文件。首先，在Creator环境中建立海浪和岛屿多边形，海浪和岛屿多边形按树状层次结构进行定义，同一层次的节点内容，输出时按从左至右进行图形绘制渲染，采用单元分割法将场景模型分割成较小的单元，最终显示出海浪和岛屿的基本结构；然后选择（1）中采集到的真实海浪和岛屿图像作为纹理，通过定义纹理、控制过滤、说明坐标方式、给出几何坐标和纹理坐标构建最终海洋场景模型.flt文件。
（3）重复步骤（1）和步骤（2）完成建立船只和飞行器的三维实体模型.flt文件。
（4）对三维场景模型进行结构调整，能够优化三维场景模型的视景仿真输出次序，提高视景画面的质量。采用分割法可以使当前岛屿模型中的实体才被选择渲染，极大的减少系统处理模型的复杂度，有效提升系统的运行速度。
（5）提取电子海图中存储的真实数据信息，将所获取的海洋地理信息要素数据构建成一个海洋地理信息数据库。视景仿真程序调用海洋地理信息数据库，将海洋地理信息加载到三维场景模型，使得仿真环境更加真实。
（6）通过以上步骤得到的三维场景模型、三维实体模型和海洋地理信息数据库，最终得到三维视景数据库。
步骤二：三维模型配置和三维特效制作
（1）使用LynX Prime图形界面设计软件进行三维场景模型配置。通过LynX Prime图形界面设计软件对三维场景模型进行初始化设置；设置模型初始化的关键是岛屿模型在海洋场景模型中的定位；本发明通过电子海图中岛屿真实的经纬度设置岛屿模型在海洋场景模型中的定位。
（2）设置实体的运动效果，为了生成真实感更强的环境，在不降低视景仿真系统的实时性前提下，构建相关的特效模型，如飞行器尾焰、爆炸火焰、气象中的雨和海浪等。飞行器尾焰特效模型、爆炸火焰特效模型和气象中的雨特效模型采用粒子系统进行特殊效果模型的实现；海浪特效模型采用多幅不同的静态图像循环映射的方法，依次映射到海面上实现。
①基于粒子系统的飞行器尾焰特效模型和爆炸火焰特效模型的建立包括以下步骤：
a、控制粒子数量
粒子的数目通过控制在一帧中产生的粒子的平均数和它的方差确定，第fi帧中新产生粒子数目np(fi)定义为：
np(fi)＝mp(fi)+rand()×vp(fi)
其中mp(fi)和vp(fi)分别是fi帧新产生粒子的数目的均值和方差；rand()是在[-1,1]上均匀分布的随机函数。
b、设置初始位置
假定初始位置反映火焰粒子的分布及初始状态，火焰粒子的分布及初始状态取决于该点燃烧的状态。假设燃烧的点在某一平面上的某个圆内呈均匀分布。假设该圆中心为Center={cx,cy,cz}（cx,cy,cz为火焰粒子燃烧圆的中心坐标），燃烧半径为r，并假设燃烧面与xz面平行。其方程为(x'-cx)2+(z'-cz)2＝r2。
则有此平面生成的新粒子的位置为：
x'＝cx
y'＝cy+rand()×r
z'＝cz+rand()×r
x',y',z'为火焰新粒子的坐标。
c、设置初始颜色和亮度
火焰粒子的颜色采用RGBA模型，R、G、B分别表示颜色中的红、绿、蓝三个颜色分量，A表示粒子的透明度，用于表现当火焰粒子燃尽时，颜色渐渐隐去，最终形成与背景相融的效果。设基本色为color0＝{r0,g0,b0}，r0、g0、b0为红、绿、蓝三个颜色分量的初始值，初始颜色的变化范围Δc为Δc＝{Δr,Δg,Δb}，Δr、Δg、Δb为红、绿、蓝三个颜色分量的变化范围，则粒子的初始颜色color(i)为：
color(i)＝color0+rand()×Δc
火焰粒子的亮度是一个从1到0变化的实数。0表示最暗，1表示最亮。粒子的初始亮度为1即最亮。
i为当前火焰粒子相对初始火焰粒子（即最亮粒子）的距离。
d、设置初始速度
火焰粒子的初始速度为具有方向和大小的矢量。火焰粒子依附在飞行器上，所以可认为火焰粒子的初始速度等于飞行器飞行的初始速度。
e、计算粒子的生命期
火焰粒子的生命期表明了其在屏幕上停留时间的长短，用帧数表示。由于飞行器在飞行时一直有尾焰，所以火焰粒子的生命期一直从飞行器飞行开始持续到飞行器飞行结束。
②飞行器尾焰和爆炸火焰特效的绘制
飞行器尾焰和爆炸火焰特效的绘制过程主要是火焰特效的制作。基于粒子系统的火焰粒子运动实现过程如图2所示。火焰特效的绘制设定帧值模拟火焰特效存活总时间，所以根据火焰的生命期设定帧数上限值。如果当前帧数小于帧数上限值时，绘制当前帧数的存活火焰粒子，原有的火焰粒子进行运动变换，将存活较长的火焰粒子部分消亡，同时将下一帧火焰粒子赋予相应的属性。继续判断当前帧数是否小于帧数上限值，如果当前帧数小于上限值重复上述内容；否则结束。
运动变换方程：
x'＝x+vx×t
y'＝y+vy×t
z'＝z+vz×t
x,y,z为火焰新粒子前一帧坐标，x',y',z'为火焰新粒子变换后坐标，vx,vy,vz为火焰粒子速度，t为一帧时间。
③基于粒子系统的雨特效绘制
雨的属性包括：粒子形状和大小，粒子的颜色和透明度。粒子的形状设为球体，所以粒子的大小根据球体的半径唯一确定。粒子的颜色与模糊物体的整体外观颜色是一致的。但是，某些粒子的颜色有一些差别，这主要和粒子的透明度息息相关。所以透明度的处理是雨特效的关键。雨模型的实现包括以下内容：
a、透明度的简化处理
假如在视线方向上有n个透明度为t的粒子，其中第n号粒子为距离图像背景最近的粒子，第1号粒子为距离图像背景最远的粒子。如果所有粒子的亮度都相等，并且采用线性透明模型，则可以得到：
In＝Ib+I(1-t)
In-1＝In+I(1-t)
…
I1＝I2+I(1-t)
其中，Ib为背景亮度，I为每个粒子的平均亮度，In,In-1，…,Il为粒子n,n-1,…,1加上透明效果后的亮度。由上述公式可得：
I1＝Ib·tn+I(1-tn)
上式表明，若把同一视线上的n个透明度为t的粒子看做一个整体，那么该粒子群整体的透明度为tn。
b、其它属性和实现
模拟雨效果的粒子系统其它属性和实现，完全根据步骤（2）中火焰模型方法处理。
④海浪特效绘制
海浪特效是采用多幅不同的静态图像循环映射的方法，依次循环映射到海面上实现。设置纹理映射时，利用Alpha融合技术，将海浪的每幅纹理图像中的Alpha值设置为不同的数值，启动融合功能，从而实现每幅图像间的渐变过度，使海浪效果比较逼真。
步骤三：仿真过程实现
（1）仿真实现流程
采用Visual Studio 2003.NET和Vega Prime仿真软件相结合的方法实现视景仿真过程。视景仿真实现过程是结合Creator与Vega Prime仿真软件，建立系统实时处理过程。将步骤一生成的场景模型.flt文件加载到仿真软件Vega Prime中，将场景模型.flt文件成为视景仿真实时应用的一部分。具体流程为：
a、首先将Creator建立的场景模型加载到Vega Prime仿真软件中，然后在应用界面Lynx中完成ACF中定义窗口、通道、观察者、运动模型、场景、场景中的对象、场景运动体、环境及环境特效、光源等初始化的设定，然后配置实时仿真所需的环境，编译保存ACF文件，最后预览环境效果。
b、编写仿真程序，在Visual Studio 2003.NET中调用Vega Prime的API函数初始化系统和模块类，调用帧循环函数绘制场景循环，从而实现可视化实时仿真应用程序。
（2）视景漫游和实体属性查询的实现
本发明提出的近水面飞行器机动飞行视景仿真方法实现视景仿真场景内多角度的漫游，能够通过键盘、鼠标触发事件进行人机交互漫游功能，可进行视角切换和实体信息查询响应。当用户进行多条航路视角切换时，漫游引擎立即调度场景数据库生成新的实时视点画面，并在仿真场景中显示。
本发明提出的近水面飞行器机动飞行视景仿真方法具备实体属性查询功能，实体属性查询流程如附图3所示，首先通过鼠标选择查询实体即目标物体，如果选中实体，视景仿真系统收到查询消息，调用查询函数查询海洋地理信息数据库，系统查询到海洋地理信息数据库中实体属性信息，将其相应的属性数据值传到仿真系统，并显示到仿真界面。然后判断是否还需要查询其他的实体，如需要，则返回，重新查询相应的实体，如无，则结束。
（3）视景仿真系统与航路规划系统的协调工作过程
在Visual Studio 2003.NET平台上，搭建航路规划系统和视景仿真系统之间标准接口，将航路规划系统计算的飞行器航路信息输入到视景仿真系统中，视景仿真系统按照航路规划系统计算的飞行器航路信息进行飞行器机动飞行仿真。飞行器机动飞行仿真过程中，如果有多条航路轨迹，视景仿真系统会提示你是否进行切换，可以观看到不同近水面飞行器的不同航路轨迹的飞行；仿真飞行结束后，视景仿真系统会将仿真结果信息反馈给航路规划系统，为决策者制定最终的规划策略提供依据。
Claims (7)
1.一种近水面飞行器机动飞行视景仿真方法，其特征在于：包括以下几个步骤：
步骤一：三维场景模型的建立：
建立三维场景模型包括海洋场景建模和三维实体建模，海洋场景模型包含海浪态势模型和岛屿模型，三维场景模型的建立过程具体包含以下几个步骤：
（1）通过设计图纸和真实物体测量数据获得实体外观与几何形状等数据，通过实地拍摄照片及对材质图片库中的图片进行处理得到纹理数据，数据采集工作完成后，对采集到的真实海浪和岛屿图像数据进行初步的处理，去掉不正确和冗余的数据，进行数据转换和裁剪，把纹理图片转换为Creator软件支持的RGBA图片格式；然后将图像数据进行分类、整理和存储；
（2）利用Creator软件建立海浪和岛屿模型.flt文件，首先，在Creator环境中建立海浪和岛屿多边形，海浪和岛屿多边形按树状层次结构进行定义，同一层次的节点内容，输出时按从左至右进行图形绘制渲染，采用单元分割法将场景模型分割成较小的单元，最终显示出海浪和岛屿的基本结构；然后选择步骤（1）中采集到的真实海浪和岛屿图像作为纹理，通过定义纹理、控制过滤、说明坐标方式、给出几何坐标和纹理坐标构建最终海洋场景模型.flt文件；
（3）采用步骤（1）和步骤（2）相同的方法，完成建立船只和飞行器的三维实体模型.flt文件；
（4）对三维场景模型进行结构调整，优化三维场景模型的视景仿真输出次序，提高视景画面的质量，采用分割法使当前岛屿模型中的实体被选择渲染；
（5）提取电子海图中存储的真实数据信息，将所获取的海洋地理信息要素数据构建成一个海洋地理信息数据库，视景仿真程序调用海洋地理信息数据库，将海洋地理信息加载到三维场景模型；
（6）通过以上步骤得到三维场景模型、三维实体模型和海洋地理信息数据库，最终得到三维视景数据库；
步骤二：三维模型配置和三维特效制作
（1）使用LynX Prime图形界面设计软件进行三维场景模型配置，通过LynX Prime图形界面设计软件对三维场景模型进行初始化设置；设置模型初始化的关键是岛屿模型在海洋场景模型中的定位，通过电子海图中岛屿真实的经纬度设置岛屿模型在海洋场景模型中的定位；
（2）设置实体的运动效果，构建相关的特效模型，采用粒子系统和静态图像纹理映射的方法进行特效模型的实现；
步骤三：仿真过程实现
（1）仿真实现流程
采用Visual Studio 2003.NET和Vega Prime仿真软件相结合的方法实现视景仿真过程，视景仿真实现过程是结合Creator与Vega Prime仿真软件，建立系统实时处理过程，将步骤一生成的场景模型.flt文件加载到仿真软件Vega Prime中，将场景模型.flt文件成为视景仿真实时应用的一部分，具体流程为：
a、首先将Creator建立的场景模型加载到Vega Prime仿真软件中，然后在应用界面Lynx中完成ACF中定义窗口、通道、观察者、运动模型、场景、场景中的对象、场景运动体、环境及环境特效、光源初始化的设定，然后配置实时仿真所需的环境，编译保存ACF文件，最后预览环境效果；
b、编写仿真程序，在Visual Studio 2003.NET中调用Vega Prime的API函数初始化系统和模块类，调用帧循环函数绘制场景循环，从而实现可视化实时仿真应用程序；
（2）视景漫游和实体属性查询的实现
实现视景仿真场景内多角度的漫游，通过键盘、鼠标触发事件进行人机交互漫游功能，进行视角切换和实体信息查询响应，当用户进行多条航路视角切换时，漫游引擎立即调度场景数据库生成新的实时视点画面，并在仿真场景中显示；
实体属性查询流程为：首先通过鼠标选择查询实体，如果选中实体，视景仿真系统收到查询消息，调用查询函数查询海洋地理信息数据库，系统查询到海洋地理信息数据库中实体属性信息，将其相应的属性数据值传到仿真系统，并显示到仿真界面，然后判断是否还需要查询其他的实体，如需要，则返回，重新查询相应的实体，如无，则结束；
（3）视景仿真系统与航路规划系统的协调工作过程
在Visual Studio 2003.NET平台上，搭建航路规划系统和视景仿真系统之间标准接口，将航路规划系统计算的飞行器航路信息输入到视景仿真系统中，视景仿真系统按照航路规划系统计算的飞行器航路信息进行飞行器机动飞行仿真，飞行器机动飞行仿真过程中，如果有多条航路轨迹，视景仿真系统会提示是否进行切换，观看到不同近水面飞行器的不同航路轨迹的飞行；仿真飞行结束后，视景仿真系统会将仿真结果信息反馈给航路规划系统。
2.根据权利要求1所述的一种近水面飞行器机动飞行视景仿真方法，其特征在于：所述的特效模型包括飞行器尾焰特效模型、爆炸火焰特效模型、气象中的雨特效模型和海浪特效模型。
3.根据权利要求2所述的一种近水面飞行器机动飞行视景仿真方法，其特征在于：飞行器尾焰特效模型、爆炸火焰模型和气象中的雨特效模型均采用粒子系统进行实现；海浪特效模型采用多幅不同的静态图像循环映射的方法依次映射到海面上实现。
4.根据权利要求3所述的一种近水面飞行器机动飞行视景仿真方法，其特征在于：采用 粒子系统实现飞行器尾焰特效模型和爆炸火焰模型的具体包括以下步骤：
a、控制粒子数量
粒子的数目通过控制在一帧中产生的粒子的平均数和它的方差确定，第fi帧中新产生粒子数目np(fi)为：
np(fi)＝mp(fi)+rand()×vp(fi)
其中mp(fi)和vp(fi)分别是fi帧新产生粒子的数目的均值和方差；rand()是在[-1,1]上均匀分布的随机函数；
b、设置初始位置
初始位置反映火焰粒子的分布及初始状态，火焰粒子的分布及初始状态取决于该点燃烧的状态，燃烧的点在某一平面上的某个圆内呈均匀分布，该圆中心为Center={cx,cy,cz}，其中cx,cy,cz为火焰粒子燃烧圆的中心坐标，燃烧半径为r，燃烧面与xz面平行，方程为(x'-cx)2+(z'-cz)2＝r2，则有此平面生成的新粒子的位置为：
x'＝cx
y'＝cy+rand()×r
z'＝cz+rand()×r
x′,y',z'为火焰新粒子的坐标；
c、设置初始颜色和亮度
火焰粒子的颜色采用RGBA模型，R、G、B分别表示颜色中的红、绿、蓝三个颜色分量，A表示粒子的透明度，用于表现当火焰粒子燃尽时，颜色渐渐隐去，最终形成与背景相融的效果，设基本色为color0＝{r0,g0,b0}，r0、g0、b0为红、绿、蓝三个颜色分量的初始值，初始颜色的变化范围Δc为Δc＝{Δr,Δg,Δb}，Δr、Δg、Δb为红、绿、蓝三个颜色分量的变化范围，则粒子的初始颜色color(i)为：
color(i)＝color0+rand()×Δc
火焰粒子的亮度为一个从1到0变化的实数，0表示最暗，1表示最亮，粒子的初始亮度为1；
i为当前火焰粒子相对初始火焰粒子最亮粒子的距离；
d、设置初始速度
火焰粒子的初始速度为具有方向和大小的矢量，火焰粒子依附在飞行器上，火焰粒子的初始速度等于飞行器飞行的初始速度；
e、计算粒子的生命期
火焰粒子的生命期表明了其在屏幕上停留时间的长短，用帧数表示，飞行器在飞行时一直有尾焰，火焰粒子的生命期一直从飞行器飞行开始持续到飞行器飞行结束。
5.根据权利要求3所述的一种近水面飞行器机动飞行视景仿真方法，其特征在于：所述 的飞行器尾焰和爆炸火焰特效的实现方法为：
设定帧数模拟火焰特效存活总时间，根据火焰的生命期设定帧数上限值，如果当前帧数小于帧数上限值时，绘制当前帧数的存活火焰粒子，原有的火焰粒子进行运动变换，将存活较长的火焰粒子部分消亡，同时将下一帧火焰粒子赋予相应的属性，继续判断当前帧数是否小于帧数上限值，如果当前帧数小于上限值重复上述内容；否则结束；
运动变换方程：
x'＝x+vx×t
y'＝y+vy×t
z'＝z+vz×t
x,y,z为火焰新粒子前一帧坐标，x',y',z'为火焰新粒子变换后坐标，vx,vy，vz为火焰粒子速度，t为一帧时间。
6.根据权利要求3所述的一种近水面飞行器机动飞行视景仿真方法，其特征在于：所述气象中的的雨特效模型的实现包括以下步骤：
雨的属性包括粒子形状和大小、粒子的颜色和透明度，粒子的形状为球体，粒子的大小根据球体的半径确定，粒子的颜色与模糊物体的整体外观颜色一致
a、透明度的简化处理
在视线方向上有n个透明度为t的粒子，其中第n号粒子为距离图像背景最近的粒子，第1号粒子为距离图像背景最远的粒子，如果所有粒子的亮度均相等，并且采用线性透明模型，则可以得到：
In＝Ib+I(1-t)
In-1＝In+I(1-t)
…
I1＝I2+I(1-t)
其中，Ib为背景亮度，I为每个粒子的平均亮度，In,In-1，…,I1为粒子n,n-1,…,1加上透明效果后的亮度，由上述公式可得：
I1＝Ib·tn+I(1-tn)
若把同一视线上的n个透明度为t的粒子看做一个整体，那么该粒子群整体的透明度为tn；
b、其它属性和实现
模拟雨效果的粒子系统其它属性和实现，与火焰模型实现方法均相同。
7.根据权利要求1所述的一种近水面飞行器机动飞行视景仿真方法，其特征在于：所述的海浪特效的实现方法为：海浪特效是由多幅静态不同的图像循环映射到海面上实现，设置 纹理映射时，利用Alpha融合技术，将海浪的每幅纹理图像中的Alpha值设置为不同的Alpha值，启动融合功能，从而实现每幅图像间的渐变过度，使海浪效果逼真。
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Cited By (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103424126A (zh) * | 2013-08-12 | 2013-12-04 | 西安电子科技大学 | 一种无人机视觉自主着陆仿真验证系统及方法 |
| CN103646427A (zh) * | 2013-12-16 | 2014-03-19 | 北京经纬恒润科技有限公司 | 一种采集图像数据的方法及装置 |
| CN103985148A (zh) * | 2014-04-21 | 2014-08-13 | 芜湖航飞科技股份有限公司 | 一种基于近海面飞行的旋翼下洗视景仿真方法及系统 |
| CN104281060A (zh) * | 2014-10-20 | 2015-01-14 | 中国运载火箭技术研究院 | 一种飞行器半实物接入试验测控系统 |
| CN105334753A (zh) * | 2015-12-02 | 2016-02-17 | 上海航空电器有限公司 | 一种近地告警视景仿真验证平台系统及其验证方法 |
| CN105354355A (zh) * | 2015-09-28 | 2016-02-24 | 中国人民解放军辽宁省军区装备部军械修理所 | 一种基于三维运动视景的仿真系统设计与实现方法 |
| CN105719334A (zh) * | 2015-10-15 | 2016-06-29 | 哈尔滨安天科技股份有限公司 | 一种三维球体绘制方法及系统 |
| CN104134231B (zh) * | 2014-07-11 | 2017-02-01 | 南京乐飞航空技术有限公司 | 一种基于图像识别的海岸线构造方法 |
| CN106780337A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-05-31 | 淮阴工学院 | 基于二维图像的无人机着舰视景模拟方法 |
| CN106846474A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-06-13 | 中国科学院电子学研究所苏州研究院 | 基于时序特征和粒子系统的WebGIS时空过程模拟方法 |
| CN106845032A (zh) * | 2017-03-14 | 2017-06-13 | 西安电子科技大学 | 多模导航三维动态可视化仿真平台的构建方法 |
| CN106934862A (zh) * | 2017-03-14 | 2017-07-07 | 长江涪陵航道管理处 | 船舶视景仿真方法及装置 |
| CN107195310A (zh) * | 2017-03-05 | 2017-09-22 | 杭州趣维科技有限公司 | 一种声音驱动粒子特效的视频处理方法 |
| CN107492137A (zh) * | 2017-08-03 | 2017-12-19 | 中国电子科技集团公司第二十八研究所 | 一种基于三维数字地球的图形动画设计系统及其设计方法 |
| CN107705361A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-02-16 | 中国舰船研究设计中心 | 一种基于数据驱动的舰船三维态势图展示方法 |
| CN108196286A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-06-22 | 三峡大学 | 一种基于gps/rfid组合定位的缆机塔机防碰撞预警系统 |
| CN108363085A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-08-03 | 三峡大学 | 一种基于gps/rfid组合定位的缆机塔机防碰撞预警方法 |
| CN109243243A (zh) * | 2018-10-08 | 2019-01-18 | 卓尔飞机制造（武汉）有限公司 | 飞行模拟仿真培训系统及其培训方法 |
| CN109753727A (zh) * | 2019-01-04 | 2019-05-14 | 北京环境特性研究所 | 一种基于数据驱动的仿真建模引擎 |
| CN110134025A (zh) * | 2019-05-26 | 2019-08-16 | 天津大学 | 一种小型分布式高超声速飞行器实时仿真系统 |
| WO2020019665A1 (zh) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | 北京微播视界科技有限公司 | 基于人脸的三维特效生成方法、装置和电子设备 |
| CN112363408A (zh) * | 2020-08-28 | 2021-02-12 | 西安羚控电子科技有限公司 | 一种无人机航线虚拟仿真模型的构建方法 |
| CN113318444A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-08-31 | 天津亚克互动科技有限公司 | 角色的渲染方法和装置、电子设备和存储介质 |
| CN114220316A (zh) * | 2022-01-06 | 2022-03-22 | 北京中航科电测控技术股份有限公司 | 通用型飞行模拟器视景系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5490239A (en) * | 1992-10-01 | 1996-02-06 | University Corporation For Atmospheric Research | Virtual reality imaging system |
| CN101118622A (zh) * | 2007-05-25 | 2008-02-06 | 清华大学 | 在城市环境下微型飞行器三维轨迹仿真方法 |
| CN101154295A (zh) * | 2006-09-28 | 2008-04-02 | 长江航道规划设计研究院 | 航道三维仿真电子图 |
| CN101398866A (zh) * | 2008-10-29 | 2009-04-01 | 哈尔滨工程大学 | 飞行器视景仿真系统 |
-
2012
- 2012-07-04 CN CN201210228942.6A patent/CN102800130B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5490239A (en) * | 1992-10-01 | 1996-02-06 | University Corporation For Atmospheric Research | Virtual reality imaging system |
| CN101154295A (zh) * | 2006-09-28 | 2008-04-02 | 长江航道规划设计研究院 | 航道三维仿真电子图 |
| CN101118622A (zh) * | 2007-05-25 | 2008-02-06 | 清华大学 | 在城市环境下微型飞行器三维轨迹仿真方法 |
| CN101398866A (zh) * | 2008-10-29 | 2009-04-01 | 哈尔滨工程大学 | 飞行器视景仿真系统 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| 张芹 等: "《基于粒子系统的火焰模型及其生成方法研究》", 《计算机辅助设计与图形学学报》 * |
| 牛铁: "《基于Vega Prime的实时三维视景仿真技术的研究》", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
| 詹开荣 等: "《用粒子系统理论模拟虚拟场景中的火焰和爆炸过程》", 《计算机工程与应用》 * |
| 许国玉 等: "《曲线运动导弹的尾焰模拟研究》", 《工程图学学报》 * |
| 谢剑斌 等: "《基于粒子系统的雨点和雪花降落模拟生成》", 《中国图象图形学报》 * |
Cited By (41)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103424126B (zh) * | 2013-08-12 | 2016-02-24 | 西安电子科技大学 | 一种无人机视觉自主着陆仿真验证系统及方法 |
| CN103424126A (zh) * | 2013-08-12 | 2013-12-04 | 西安电子科技大学 | 一种无人机视觉自主着陆仿真验证系统及方法 |
| CN103646427A (zh) * | 2013-12-16 | 2014-03-19 | 北京经纬恒润科技有限公司 | 一种采集图像数据的方法及装置 |
| CN103985148A (zh) * | 2014-04-21 | 2014-08-13 | 芜湖航飞科技股份有限公司 | 一种基于近海面飞行的旋翼下洗视景仿真方法及系统 |
| CN103985148B (zh) * | 2014-04-21 | 2017-03-22 | 芜湖航飞科技股份有限公司 | 一种基于近海面飞行的旋翼下洗视景仿真方法及系统 |
| CN104134231B (zh) * | 2014-07-11 | 2017-02-01 | 南京乐飞航空技术有限公司 | 一种基于图像识别的海岸线构造方法 |
| CN104281060A (zh) * | 2014-10-20 | 2015-01-14 | 中国运载火箭技术研究院 | 一种飞行器半实物接入试验测控系统 |
| CN105354355B (zh) * | 2015-09-28 | 2018-04-10 | 中国人民解放军辽宁省军区装备部军械修理所 | 一种基于三维运动视景的仿真系统设计与实现方法 |
| CN105354355A (zh) * | 2015-09-28 | 2016-02-24 | 中国人民解放军辽宁省军区装备部军械修理所 | 一种基于三维运动视景的仿真系统设计与实现方法 |
| CN105719334B (zh) * | 2015-10-15 | 2019-07-02 | 哈尔滨安天科技股份有限公司 | 一种三维球体绘制方法及系统 |
| CN105719334A (zh) * | 2015-10-15 | 2016-06-29 | 哈尔滨安天科技股份有限公司 | 一种三维球体绘制方法及系统 |
| CN105334753A (zh) * | 2015-12-02 | 2016-02-17 | 上海航空电器有限公司 | 一种近地告警视景仿真验证平台系统及其验证方法 |
| CN106780337B (zh) * | 2016-12-23 | 2020-04-24 | 淮阴工学院 | 基于二维图像的无人机着舰视景模拟方法 |
| CN106780337A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-05-31 | 淮阴工学院 | 基于二维图像的无人机着舰视景模拟方法 |
| CN106846474B (zh) * | 2016-12-29 | 2020-04-03 | 中国科学院电子学研究所苏州研究院 | 基于时序特征和粒子系统的WebGIS时空过程模拟方法 |
| CN106846474A (zh) * | 2016-12-29 | 2017-06-13 | 中国科学院电子学研究所苏州研究院 | 基于时序特征和粒子系统的WebGIS时空过程模拟方法 |
| CN107195310A (zh) * | 2017-03-05 | 2017-09-22 | 杭州趣维科技有限公司 | 一种声音驱动粒子特效的视频处理方法 |
| CN106845032B (zh) * | 2017-03-14 | 2019-06-18 | 西安电子科技大学 | 多模导航三维动态可视化仿真平台的构建方法 |
| CN106845032A (zh) * | 2017-03-14 | 2017-06-13 | 西安电子科技大学 | 多模导航三维动态可视化仿真平台的构建方法 |
| CN106934862A (zh) * | 2017-03-14 | 2017-07-07 | 长江涪陵航道管理处 | 船舶视景仿真方法及装置 |
| CN107492137A (zh) * | 2017-08-03 | 2017-12-19 | 中国电子科技集团公司第二十八研究所 | 一种基于三维数字地球的图形动画设计系统及其设计方法 |
| CN107492137B (zh) * | 2017-08-03 | 2021-01-26 | 中国电子科技集团公司第二十八研究所 | 一种基于三维数字地球的图形动画设计系统及其设计方法 |
| CN107705361A (zh) * | 2017-09-27 | 2018-02-16 | 中国舰船研究设计中心 | 一种基于数据驱动的舰船三维态势图展示方法 |
| CN108363085B (zh) * | 2018-01-24 | 2022-05-06 | 三峡大学 | 一种基于gps/rfid组合定位的缆机塔机防碰撞预警方法 |
| CN108363085A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-08-03 | 三峡大学 | 一种基于gps/rfid组合定位的缆机塔机防碰撞预警方法 |
| CN108196286A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-06-22 | 三峡大学 | 一种基于gps/rfid组合定位的缆机塔机防碰撞预警系统 |
| CN108196286B (zh) * | 2018-01-24 | 2022-04-22 | 三峡大学 | 一种基于gps/rfid组合定位的缆机塔机防碰撞预警系统 |
| GB2589505B (en) * | 2018-07-27 | 2023-01-18 | Beijing Microlive Vision Tech Co Ltd | Method, apparatus and electronic device for generating a three-dimensional effect based on a face |
| GB2589505A (en) * | 2018-07-27 | 2021-06-02 | Beijing Microlive Vision Tech Co Ltd | Three-dimensional special effect generation method and apparatus based on human face, and electronic device |
| WO2020019665A1 (zh) * | 2018-07-27 | 2020-01-30 | 北京微播视界科技有限公司 | 基于人脸的三维特效生成方法、装置和电子设备 |
| US11276238B2 (en) | 2018-07-27 | 2022-03-15 | Beijing Microlive Vision Technology Co., Ltd | Method, apparatus and electronic device for generating a three-dimensional effect based on a face |
| CN109243243A (zh) * | 2018-10-08 | 2019-01-18 | 卓尔飞机制造（武汉）有限公司 | 飞行模拟仿真培训系统及其培训方法 |
| CN109243243B (zh) * | 2018-10-08 | 2020-12-04 | 卓尔飞机制造（武汉）有限公司 | 飞行模拟仿真培训系统及其培训方法 |
| CN109753727A (zh) * | 2019-01-04 | 2019-05-14 | 北京环境特性研究所 | 一种基于数据驱动的仿真建模引擎 |
| CN110134025A (zh) * | 2019-05-26 | 2019-08-16 | 天津大学 | 一种小型分布式高超声速飞行器实时仿真系统 |
| CN110134025B (zh) * | 2019-05-26 | 2022-05-27 | 天津大学 | 一种小型分布式高超声速飞行器实时仿真系统 |
| CN112363408A (zh) * | 2020-08-28 | 2021-02-12 | 西安羚控电子科技有限公司 | 一种无人机航线虚拟仿真模型的构建方法 |
| CN113318444A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-08-31 | 天津亚克互动科技有限公司 | 角色的渲染方法和装置、电子设备和存储介质 |
| CN113318444B (zh) * | 2021-06-08 | 2023-01-10 | 天津亚克互动科技有限公司 | 角色的渲染方法和装置、电子设备和存储介质 |
| CN114220316A (zh) * | 2022-01-06 | 2022-03-22 | 北京中航科电测控技术股份有限公司 | 通用型飞行模拟器视景系统 |
| CN114220316B (zh) * | 2022-01-06 | 2023-12-12 | 北京中航科电测控技术股份有限公司 | 通用型飞行模拟器视景系统 |
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| Publication number | Publication date |
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| CN102800130B (zh) | 2014-08-20 |
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