CN109213195A - 一种基于Unity3d的无人机仿真飞行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的基于Unity3d的无人机仿真飞行控制方法，其首先对无人机进行个性化建模；然后在Unity3d场景中创建地形，并将步骤S1中的无人机模型导入至Unity3d场景中；最后获取无人机的输入轴信息，并对无人机模型进行仿真飞行控制模拟，其利用Unity3d技术实现了无人机的仿真飞行控制方法，解决了常规游戏手柄操作手感差、拟真度低、无人机飞行控制的物理效果不真实等问题。
Description
技术领域
本发明涉及无人机飞行控制技术领域，尤其涉及一种基于Unity3d的无人机仿真飞行控制方法。
背景技术
Unity3D是由Unity Technologies开发的一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，是一个全面整合的专业游戏引擎。Unity类似于Director,Blender game engine,Virtools或TorqueGame Builder等利用交互的图型化开发环境为首要方式的软件。在Unity3D引擎中内置了Nvidia的PhysX等能够真实模拟无人机飞行过程中的物理行为的物理引擎。
飞行控制系统是现代无人航空、航天器的核心子系统之一，飞行控制系统采用的飞行控制、导航与制导和飞行管理等技术较为复杂。飞行仿真试验是在地面全面检验和验证飞行控制系统设计正确性和鲁棒性的关键环节，其能够为无人航空、航天器实际飞行的安全和成功提供保证。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明所解决的技术问题是提供一种基于Unity3d的无人机仿真飞行控制方法，其不仅可以使得无人机飞行的物理效果较为真实，而且还可以避免现有的游戏手柄操作手感差、拟真度低等缺陷。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案内容具体如下：
一种基于Unity3d的无人机仿真飞行控制方法，包括如下步骤：
S1：对无人机进行个性化建模；
S2：在Unity3d场景中创建地形，并将步骤S1中的无人机模型导入至Unity3d场景中；
S3：获取无人机的输入轴信息，并对无人机模型进行仿真飞行控制模拟。
进一步地，在步骤S1中，对无人机个性化建模是在3D MAX软件中采用多边形建模方法建立无人机模型。
进一步地，在步骤S2中，在Unity3d场景中创建地形具体包括如下步骤：
S21：场景搭建；
S22：创建地形。
更进一步地，在步骤S21中，所述场景搭建的具体方法是在Unity3d的地形文件中依次添加一定密度的树和草的模型、水和电塔的模型，然后将电塔附近凹凸不平的地形修改为平缓的地形。
更进一步地，在步骤S22中，所述创建地形的具体方法是使用Unity3D软件的地形编辑工具，利用噪声贴图形成高低不平的地形，并根据地形高度绘制不同的地形表面纹理，最终形成真实的地形。
进一步地，在步骤S3中，获取无人机的输入轴信息，并对无人机模型进行仿真飞行控制模拟具体包括如下步骤：
S31：在Unity3d的输入管理器中设置操作手柄的编号及输入轴信息；
S32：编写CS脚本以获取输入管理器中设置的操作手柄的编号、输入轴信息以及操作手柄的按键信息；
S33：通过操作手柄进行按键操作以实现对无人机模型进行仿真飞行控制模拟。
更进一步地，在步骤S33中，按键操作包括在z轴方向上施加用于实现无人机垂直运动的第一作用力、在x轴方向上施加用于实现无人机水平移动的第二作用力、在y轴方向上施加用于实现无人机旋转的力矩以及通过二维动画混合树来实现无人机的倾斜。
更进一步地，在步骤S33中，通过操作手柄进行按键操作以实现对无人机模型进行仿真飞行控制模拟是通过操作手柄的按键操作模拟无人机在飞行过程中的物理状态。
更进一步地，所述物理状态通过无人机在三维空间中在x轴、y轴、z轴上的加速度分量进行衡量，并且上述加速度的计算公式为：
a＝(G+Fv+Fh)/m；其中，G为无人机的重力，Fv为无人机垂直方向上的驱动力，Fh为无人机水平方向上的驱动力，m为无人机的质量。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明公开的基于Unity3d的无人机仿真飞行控制方法，其利用Unity3d技术实现了无人机的仿真飞行控制方法，解决了常规游戏手柄操作手感差、拟真度低、无人机飞行控制的物理效果不真实等问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明所述的基于Unity3d的无人机仿真飞行控制方法的控制流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：
如图1所示，本发明公开的基于Unity3d的无人机仿真飞行控制方法，包括如下步骤：
S1：对无人机进行个性化建模；
S2：在Unity3d场景中创建地形，并将步骤S1中的无人机模型导入至Unity3d场景中；
S3：获取无人机的输入轴信息，并对无人机模型进行仿真飞行控制模拟。
在步骤S1中，对无人机个性化建模是在3D MAX软件中采用多边形建模方法建立无人机模型，具体是：在3D MAX软件中，首先创建一个多边形，将其转变成可编辑多边形并增加点和线，然后通过对上述点和线通过拖曳的方式进行修改和移动进行修改以形成与无人机模型照片想接近的模型；然后利涡轮平滑命令对所述模型进行平滑处理，然后给上述模型增加颜色，最终形成与与实物一致的无人机模型。
在步骤S2中，在Unity3d场景中创建地形具体包括如下步骤：
S21：场景搭建；
S22：创建地形。
具体在本实施例中，所述场景搭建的具体方法是在Unity3d的地形文件中依次添加一定密度的树和草的模型、水和电塔的模型，然后然后将电塔附近凹凸不平的地形修改为平缓的地形。
具体在本实施例中，所述创建地形的具体方法是使用Unity3D软件的地形编辑工具，利用噪声贴图形成高低不平的地形，并根据地形高度绘制不同的地形表面纹理，最终形成真实的地形。
在步骤S3中，获取Unity3d中的无人机输入脚本中的输入信息，并对无人机模型进行仿真飞行控制模拟具体包括如下步骤：
S31：在Unity3d的输入管理器中设置操作手柄的编号及输入轴信息，由于Unity3D的输入管理器中可以获取大多数输入设备的输入信息，因此，只需要做简单的设置和映射就能轻松获取到usb手柄的输入信息。
经过测试：Unity3d中有效的输入轴信息主要包括：对应控制器左摇杆的水平方向的输入轴信息(即4th axis信息)，对应控制器左摇杆的垂直方向的输入轴信息(即3rdaxis信息)，对应控制器右摇杆的水平方向的输入轴信息(即X axis信息)，对应控制器右摇杆的垂直方向的输入轴信息(即Y axis信息)。
S32：编写CS脚本以获取输入管理器中设置的操作手柄的编号、输入轴信息以及操作手柄的按键信息；由于输入管理器中已经设置好输入映射，因此通过Unity3D的API就可以轻松获取输入管理器的输入数据，并且将上述所获取的输入数据作为无人机仿真飞行控制的的输入参数。
S33：通过操作手柄进行按键操作以实现对无人机模型进行仿真飞行控制模拟，具体操作时，首先启动无人机模型，然后通过向上、向下、向右以及向左摆动无人机的左摇杆和右摇杆就可以实现对无人机模型进行仿真飞行控制。
在步骤S33中，按键操作包括在z轴方向上施加用于实现无人机垂直运动的第一作用力、在x轴方向上施加用于实现无人机水平移动的第二作用力、在y轴方向上施加用于实现无人机旋转的力矩以及通过二维动画混合树来实现无人机的倾斜。
需要说明的是，通过二维动画混合树来实现无人机的倾斜具体包括二维混合树通过添加变量x来实现无人机的左右倾斜的动画过渡以及通过添加变量y来实现无人机前后倾斜的动画过渡。
由于所述第一作用力和无人机的重力的方向相反，上述两个力的合力将会影响无人机在垂直方向上的运动；由于第二作用力与无人机的重力垂直，所以第二作用将会控制无人机水平面上移动，即第二作用力控制所述无人机在水平方向上的前进、后退以及左右平移；通过二维动画混合树来实现无人机的倾斜时,无人机通过倾斜机身来让驱动力产生一个水平方向的分力来使无人机平移，但是这种状态的模拟过于复杂，所以采用了直接给一个水平方向的力，然后用动画来同步无人机的倾斜状态的方案来模拟无人机的倾斜动作。
在步骤S33中，通过操作手柄进行按键操作以实现对无人机模型进行仿真飞行控制模拟是通过操作手柄的按键操作模拟无人机在飞行过程中的物理状态。
所述物理状态通过无人机在三维空间中在x轴、y轴、z轴上的加速度的分量进行衡量，并且上述加速度的计算公式为：
a＝(G+Fv+Fh)/m；其中，G为无人机的重力，Fv为无人机垂直方向上的驱动力，Fh为无人机水平方向上的驱动力，m为无人机的质量。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种基于Unity3d的无人机仿真飞行控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：对无人机进行个性化建模；
S2：在Unity3d场景中创建地形，并将步骤S1中的无人机模型导入至Unity3d场景中；
S3：获取无人机的输入轴信息，并对无人机模型进行仿真飞行控制模拟。
2.如权利要求1所述的无人机仿真飞行控制方法，其特征在于：在步骤S1中，对无人机个性化建模是在3D MAX软件中采用多边形建模方法建立无人机模型。
3.如权利要求1所述的无人机仿真飞行控制方法，其特征在于：在步骤S2中，在Unity3d场景中创建地形具体包括如下步骤：
S21：场景搭建；
S22：创建地形。
4.如权利要求3所述的无人机仿真飞行控制方法，其特征在于：在步骤S21中，所述场景搭建的具体方法是在Unity3d的地形文件中依次添加一定密度的树和草的模型、水和电塔的模型，然后将电塔附近凹凸不平的地形修改为平缓的地形。
5.如权利要求3所述的无人机仿真飞行控制方法，其特征在于：在步骤S22中，所述创建地形的具体方法是使用Unity3D软件的地形编辑工具，利用噪声贴图形成高低不平的地形，并根据地形高度绘制不同的地形表面纹理，最终形成真实的地形。
6.如权利要求1所述的无人机仿真飞行控制方法，其特征在于：在步骤S3中，获取无人机的输入轴信息，并对无人机模型进行仿真飞行控制模拟具体包括如下步骤：
S31：在Unity3d的输入管理器中设置操作手柄的编号及输入轴信息；
S32：编写CS脚本以获取输入管理器中设置的操作手柄的编号、输入轴信息以及操作手柄的按键信息；
S33：通过操作手柄进行按键操作以实现对无人机模型进行仿真飞行控制模拟。
7.如权利要求6所述的无人机仿真飞行控制方法，其特征在于：在步骤S33中，按键操作包括在z轴方向上施加用于实现无人机垂直运动的第一作用力、在x轴方向上施加用于实现无人机水平移动的第二作用力、在y轴方向上施加用于实现无人机旋转的力矩以及通过二维动画混合树来实现无人机的倾斜。
8.如权利要求7所述的无人机仿真飞行控制方法，其特征在于：在步骤S33中，通过操作手柄进行按键操作以实现对无人机模型进行仿真飞行控制模拟是通过操作手柄的按键操作模拟无人机在飞行过程中的物理状态。
9.如权利要求8所述的无人机仿真飞行控制方法，其特征在于：所述物理状态通过无人机在三维空间中在x轴、y轴、z轴上的加速度的分量进行衡量，并且加速度的计算公式为：
a＝(G+Fv+Fh)/m；其中，G为无人机的重力，Fv为无人机垂直方向上的驱动力，Fh为无人机水平方向上的驱动力，m为无人机的质量。
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