飞行模拟器视景仿真中气候现象的模拟

摘要

本文在中国民用航空总局科技基金项目“飞行模拟器视景系统的研制”前期飞行控制模拟研究的基础上研究视景系统中气候仿真，着重完成降雨、降雪、闪电和立体云团的模拟。 气候现象模拟是飞行视景仿真中不可缺少的部分，它的真实度直接关系到系统的整体效果。而气候模拟真实度的提高必将造成仿真系统实时性的下降，因此，本文在维持系统实时性的基础上，以适应飞行仿真视景系统为目的，提出以下气候现象的模拟方法。 降雪和积雪。本文在分析已有的降雪和积雪模拟方法的基础上，提出了一种大场景环境下降雪和积雪模拟的新方法。本文将降雪和积雪过程看成雪景模拟的两个阶段，分别用不同的方法进行模拟。在降雪方面，引入粒子的旋转，粒子动态纹理和动态颜色等，提高了降雪模拟的真实性和灵活性；在积雪方面，引入噪声技术，解决了已有积雪模拟方法不能用于大场景模拟的问题。实验表明：本文提出的降雪积雪模拟方法模拟效果真实，实时性良好，适合大场景尤其是飞行模拟系统中。 降雨模拟。降雨模拟是在降雪模拟基础上完成的，也是采用粒子系统技术，为了提高模拟效果，采用了漏斗模型，同时简化粒子结构提高渲染速度。 闪电模拟。一方面通过对Vega软件环境中特效模块的分析，得出了Vega系统自身难以实现随机闪电模拟的结论，然后根据Vega与OpenGL之间的联系，论证了通过openGL在Vega中实现随机闪电模拟的可行性；另一方面，将纹理映射技术与传统闪电渲染方法相结合，得到一个更高速的闪电渲染方法，并将此方法成功应用到Vega系统中。 立体云团模拟。云团模拟是本文的一个难点，使用粒子建模技术完成云团的动态生成，在渲染上成功实现Impostotr快速渲染算法，但由于与Vega的兼容问题，最后提出减粒子算法。 实验表明，本文实现的气候现象模拟效果真实，而且能够满足民航飞行模拟器实时性要求。同时，闪电和立体云团模拟成功引用到Vega环境下，扩展了Vega的特效模块。本文的实验虽然都是建立在Vega平台上的，但涉及的模拟算法的思路可以应用到其它渲染平台上。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1课题来源及研究的目的和意义

1.2气候现象模拟的国内外研究现状

1.3本文的主要研究内容及其组织

第二章降雪现象模拟

2.1引言

2.2粒子系统

2.2.1粒子系统的形式描述

2.2.2粒子系统的基本模型

2.3雪景的分析

2.4降雪模拟

2.4.1降雪的改进

2.4.2降雪算法描述

2.5积雪模拟

2.5.1积雪的改进

2.5.2积雪算法描述

2.6实验结果

2.6.1几组实验

2.6.2实验结果分析

2.7本章小结

第三章降雨现象模拟

3.1引言

3.2降雨的改进

3.2.1外形

3.2.2运动

3.3降雨算法描述

3.4实验结果

3.5本章小结

第四章闪电现象模拟

4.1引言

4.2 VEGA下模拟的可行性

4.3闪电结构生成

4.3.1数据结构

4.3.2算法描述

4.4闪电渲染

4.4.1纹理结构生成

4.4.2纹理着色

4.4.3映射

4.5对于VEGA的适应性

4.5.1注意问题

4.5.2调整

4.6实验结果

4.7本章小结

第五章立体云团模拟

5.1引言

5.2 3D云团建模

5.2.1改进

5.2.2模型的生成

5.2.3纹理生成

5.3渲染

5.3.1深度检测与排序

5.3.2光照效果

5.3.3 Impostor渲染算法

5.3.4渲染流程

5.4适应VEGA的改进算法

5.4.1分析问题

5.4.2解决问题

5.5实验结果

5.6本章小结

第六章气候模拟在基于Vega平台飞行视景仿真中的应用

6.1 VEGA

6.2雾效果

6.3天空顶

6.4机场导航及信号灯的设计与实现

6.5本章小结

第七章结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间所发表论文