基于opengl 的飞行视景仿真

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1、中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn基于OpenGL的飞行视景仿真张丹北京邮电大学计算机学院，北京（100876）E-mail：zdtracy@yahoo.com.cn摘要：视景仿真(VisualSimulation)是一种基于可计算信息的沉浸式环境，采用计算机图形图像技术，根据仿真的目的，构造仿真对象的三维模型并再现真实的环境，达到非常逼真的仿真效果。视景仿真技术在航空、航天领域得到了广发的应用，图形显示能提供给飞行员综合信息，有利于飞行员迅速定性掌握事态全貌。本系统使用VC++作为软件平台，应用OpenGL来开发飞机

2、飞行过程仿真，研究了交互界面的设计技术、三维对象的建模方法、特殊效果产生技术、模型的数据驱动及视点变化技术。建立了飞机的三维模型，制作了地形三维仿真场景，该系统可通过视景仿真终端多角度地观察飞机飞行姿态。关键词：飞行环境仿真；OpenGL；三维建模；粒子系统中图分类号：TP391.411.引言由于仿真技术在应用上的特殊功效如安全性和经济性，仿真技术在航空、航天等领域都得到了十分广泛的应用，尤其在军事领域，仿真技术已经成为武器系统研制与实验中的先导技术和效验技术，从而克服了传统理论分析和实体实验技术要求高、耗费大、周期长的缺点。而且在飞行过程中会产

3、生大量的数据，如果仅仅用数字来表示，则很难理解其中的关系，视景仿真为解决这个问题提供了强有力的工具，将生成的数据通过图像来表示，这种直观感觉更有利于用户对仿真结果的分析。2.OpenGL简介2.1OpenGL简介及工作流程OpenGL是目前用于开发可移植的、可交互的2D和3D图形应用程序的首选环境，也是目前应用最广泛的计算机图形标准。OpenGL是SGI公司开发的一套的计算机图形处理系统，是图形硬件的软件接口，GL代表图形库（GraphicsLibrary）。OpenGL具有可移植性，任何一个OpenGL应用程序无须考虑其运行环境所在平台与操作系

4、统，在任何一个遵循OpenGL标准的环境下都会产生相同的可视效果。OpenGL是一个开放的三维图形软件包，它独立于窗口系统和操作系统，以它为基础开发的应用程序可以十分方便地在各种平台间移植；OpenGL可以与VisualC++紧密接口，便于实现机械手的有关计算和图形算法，可保证算法的正确性和可靠性；OpenGL使用简便，效率高。OpenGL具有的功能包括建模，变换，颜色模式设置，光照和材质设置，纹理映射，图像效果的增强，双缓存动画。2.2OpenGL工作流程OpenGL是个状态机。设置它的各种状态（或模式），然后让这些状态一直生效，直到它们被修改

5、。当前颜色是一个状态变量，可以把当前颜色设置为白色、红色或其他任何颜色，在此之后绘制的所有物体都将使用这种颜色，直到把当前颜色设置为其他颜色。当前颜色只是OpenGL所维护的许多状态变量之一。其他的状态变量还有很多，例如控制当前视图和投影变换、直线和多边形点画模式、多边形绘图模式、像素包装约定、光照的位置和特征以及-1-中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn被绘制物体的材料属性等。许多表示模式的状态变量可以用glEnable()和glDisable()函数进行启用和禁用。绝大部分OpenGL实现都有相似的操作顺序，即称为O

6、penGL渲染管线的一系列相关的[1]处理阶段，如图1所示。图1OpenGL渲染过程3.飞行视景仿真实现3.1基于分形技术的三维地形仿真研究地形的模拟分为两种：真实感地形与模拟地形。真实感地形是现实世界中真实地形的在线，具有非常高的真实度，必须采用真实世界中的具体数据来构造，这种数据结构比较复杂，精度高，但是图形生成速度慢。模拟地形一般是采用随机生成或分形算法生成的地形，采用这种函数生成的地形速度比较快，但不能和真实世界一一对应。在飞行模拟这种场合，人们对于地形的精细结构不是很关心，但对实时性和交互性要求很高，即在满足一定的视觉效果的前提下要求实

7、时地形生成。所以本文采用基于分形技术的地形生成仿真。[2]分形地形模拟就是利用随机分形的统计自相似性，从简单的剖析规则开始递归，最终生成具有丰富细节的地形。分形布朗运动（FBM）是比较理想的描述地形地貌的随机过程，利用分形进行地形模拟实质上就是构造满足FBM统计特性的空间曲面。但FBM有计算量大，十分费时的缺点，不能满足虚拟场景实时生成的要求，因此牺牲某些FBM特性，以降低算法的空间复杂度来换取计算时间，更符合实际工程要求的中点位移算法在实时计算系统中得到了广泛的应用，成为计算机地形模拟中一种代表性的算法。中点位移法的基本思路是：用对分线段加上一

8、个方向的随机扰动，并无限细分下去以产生景物的丰富多彩的细节。随机中点位移算法有三角形边界细分法和四边形细分法。这里介绍三角形边界细分法。