基于VegaPrime的潜望镜视景仿真系统的实现

　　0　引　言

　　随着计算机图形学、三维仿真技术、虚拟现实技术的发展以及计算机性能的提高,使得实时视景仿真得到了快速发展[1]。由于其能够使用户产生身临其境的沉浸感,使用户能够直接与其进行自然交互,而且可以节省大量的经费开支,并且可以避免训练中的危险。因此,在各种模拟器的研究与开发过程广泛应用,而且视景仿真的效果和逼真程度直接影响着模拟器的逼真度。

　　潜望镜视景仿真是视景仿真技术在潜望镜模拟器中的应用。该仿真系统的仿真对象主要是训练人员通过潜望镜所观察到的实际景物(景象),包括海面效果、海上目标、气象、光线以　　及通过潜望镜的操作在视觉上仿真出景物在光学镜片中各种特殊效果,如倍率、滤光片、以及光学测距等。

　　该仿真系统要求使参训人员透过潜望镜既可以感受到潜艇的各种航行姿态,又可以进行各种操作训练。因此需要解决的问题包括视景的逼真度和实时性、真实潜望镜设备与视景的实时交互、各种光学效果的仿真。

　　1　潜望镜视景系统的建立

　　虚拟场景的显示、海面运动效果的模拟、潜艇及目标运行的姿态数据、目标的实时模拟等,都需要视景系统产生实时的计算机仿真图形作为基础。因此,虚拟视景的快速、逼真、准确显示是系统最重要的因素。进行视景仿真所需要的三维模型用3DSMAX和Creator进行创建和修改、视景驱动和一些光学效果显示采用MultiGen-Paradigm公司开发的高性能视景驱动软件平台Vega Prime。Vega Prime基本承继了Vega的所有功能及模块,并在多个方面有了较大的提高。它有一个称为LynX的具有图形用户界面的工具箱和一个基于C++语言的Vega Prime　　函数调用库组成[2]。为了实现部分特殊的光学效果,这里利用虚拟仪表开发工具GL Studio在视景中的调用来实现[3]。

　　1.1　三维模型的创建与加载

　　三维实体模型的创建是进行视景仿真的重要步骤之一。由于可视化仿真的实时性和交互性的本质特征,以及实时渲染的底层实现过程,决定了面向可视化仿真应用的实时三维模型不　　仅有完整的几何外观,而且必须满足实时性。所以在满足视觉效果的前提下,应尽可能减少面片数、尽量不使用曲线进行复杂造型,尽量使用透明贴图。本文用3DSMax9. 0完成军舰、航母、反潜机的制作,然后导入到Creator对模型数据库进行优化:删除冗余面,合理设置LOD。冗余面的删除可以手动完成,也可以借助第三工具软件完成,如VSimp lify。删除的同时主要采用透明纹理技术对贴图进行修改[4]。

　　由于目标模型比较庞大,面片较多,可以合理设置LOD。在可视化仿真运行过程中,系统根据目标距离视点的距离选择一个LOD来显示模型对象,如视点距离目标较远,则选择面片数较少的LOD显示模型对象,随着视点离目标越来越近,实时系统会调用越来越复杂的LOD来显示模型对象,反之亦然。如图1采用透明贴图和LOD技术在视景中的模型效果。