● 摘要
大型飞机模拟器因其价格低廉、高逼真度等特点，在工程样机研制、飞行员地面模拟训练、人机环境交互等方面得到了越来越广泛的应用。视景仿真系统作为其重要的分系统，能够模拟驾驶舱窗外真实的飞行环境，影响着飞行仿真的先进程度。而作为视景仿真的主要环境背景，三维地形可视化技术决定着大型飞机模拟器视觉效果的虚拟沉浸感和逼真度。飞行模拟需要保证大范围真实地形数据的逼真再现和较好的人机实时交互效果，实时性和真实性成为大范围地形逼真绘制必须要解决的关键问题。随着国产大飞机项目的开展，针对大型飞机模拟器关键技术的研究具有非常重要的现实意义，因此，本文针对大范围地形逼真绘制存在的超大数据量和实时响应时间两大突出矛盾展开研究工作。给出了适于大型飞机模拟器视景仿真的三维大范围地形逼真绘制技术方案。 本文以大范围地形实时逼真绘制作为研究对象，对地形数据的组织结构、动态调度和真实感渲染技术应用进行了深入研究，针对这三部分内容展开了以下四方面研究工作： 1、设计大范围地形数据的离线分割算法和组织结构。改进地形块多分辨率金字塔模型构建流程，定义为后续地形动态调度服务的地形块线性四叉树索引、节点组织结构。 2、给出基于线性四叉树的地形块实时动态调度策略。定义地形数据动态调度与管理的基本准则，引入基于扩展视锥的预读取机制和多线程机制，针对地形块动态调度、切换产生的相邻地形块边界裂缝和顶点跳变（popping）问题，分别采用“垂直裙带”法和基于GPU的morphing方法进行解决。 3、应用真实感渲染技术提高可视化效果的逼真度。利用特征纹理融合和多分辨率技术进行纹理映射，通过天空盒背景、雾化效果、真实感光照计算以及天气特效等提升视觉沉浸感，营造较为真实的地形周围环境。 4、实现面向大型飞机模拟器的大范围地形实时逼真绘制系统。采用OGRE（Object-Oriented Graphics Rendering Engine）高效图形渲染引擎，搭建由不同功能模块组成的系统框架组织结构。 最后与Geomipmapping算法进行对比测试，实验结果表明本文算法能明显减少内存存储量，有效降低CPU处理时间和GPU渲染批次，验证了本文设计的大范围地形实时逼真绘制方案的可行性和有效性，能够满足飞行模拟器视景系统对实时性和真实感要求。