基于MFC和VegaPrime的无人机三维视景仿真实现

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整的机身。 相比较传统模型的建立，这种方法大大减少 了操作人员建模的工作量。 在完成了无人机各部分的 建模工作后，贴上纹理图片，就可以得到一个完整的无 人机仿真模型，如图 2 所示。
图 2 无人机仿真模型图
3.2 地形场景模型的建立 Creator 是用海拔数据来生成 OpenFlight 格式的地
1 三维视景仿真环境简介
1.1 Creator 建模环境
Creator 是 Multigen 公 司 创 建 的 一 个 实 时 仿 真 建 模软件， 它拥有独创的用于描述三维虚拟场景的层次 化数据结— ——OpenFlight 数据结构。这是一种树形的层 次化结构，采用这种结构主要 基 于 两 点 考 虑[1]：一 是 这 种结构可以方便地将模型按照几何特性进行有效地组 织， 并将其转化为能够方便地进行编辑和移动的节点 的形式； 二是这种树形结构非常适合实时系统进行各 种遍历操作。 其中，所谓的节点（node）就是建构层次化 模型数据库最基本的元素或模块。 利用 Creator 构造出 的模型能与实时仿真软件紧密结合[2]。
Creator 主要包括两个窗口： 应用程序窗口和数据 库窗口。 Creator 的大部分工作都是在应用程序主窗口 内的模型数据库窗口中进行的， 用户可以使用 Creator 的工具条、建模工具或者菜单命令，在数据库窗口内完 成创建模型、调整视图、编辑模型等多种操作[1]。 1.2 Vega Prime 视景仿真环境
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Lynx Prime， ，，，
Vega Prime， ，
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图 1 系统总体设计流程图
用 Creator 建 模 的 传 统 方 法 是 运 用 它 的 面 体 基 本 工具相互组合构建规则模型 （无人机测控实验三维可 视 化 研 究 ）[4]，而 无 人 机 的 机 身 部 分 显 然 是 不 规 则 体 ， 不 能用规则的几何体工具来建立实体模型，因此，就需要 利 用 Loft Tool (连 接 体 工 具 ，也 称 放 样 工 具)技 术 来 构 建。 在模型设计界面中加入准备好的无人机视图，设置 网格大小对齐背景图后，就可以制作物体剖面图，然后 使 用 放 样 工 具 生 成 模 型 大 体 形 状 [12]，它 用 于 将 一 组 截 面 多边形连接生成为一个三维实体。 在背景图上，通过分 析无人机自身的几何特征， 将各个剖面多边形放到合 适的位置，调整好其倾斜的角度，从而整合形成一个完
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图 3 地形场景模型图
图 4 Vega Prime 应用程序基本框架
编写基于 MFC 对话框程序的 Vega Prime 应用程
形 数 据 库 [14~15]，而 不 同 的 海 拔 数 据 又 具 有 不 同 的 清 晰 度 和格式。 只有把海拔数据转化成 Creator 内部的DED 格 式，才能输入 Creator 并继续生产地形数据库。 地形场 景的建立对整个三维视景有着至关重要的作用， 它能 够真实逼真地反映外部世界，让仿真更具真实感。 建立 一个视景仿真应用的地形是一个非常复杂的工作，一 般构造真实地形的步骤是先导入记录真实地理信息的 原始地形数据，设置地形转换算法，应用地形纹理，映 射地形特征数据，然后批处理生成地形模型数据库。 最 后，在铺好纹理的地形上导入各种地形特征后，一个完 整的地形场景模型就建立完成了，如图 3 所示。
3.3 视景驱动的实现 利用 Vega Prime 软件开发视景平台，主要包括两
个步骤：①利用 LynX Prime 建立底层模型，生成 *.acf 文件；②编写 Vega Prime 应用程序，驱动场景，完成视 景平台。
LynX Prime 只 是 用 来 设 定 和 预 览 Vega Prime 应 用程序的图形式用户界面， 可以进行简单的程序初始 化和设置， 对于高级仿真设计则需要利用 Vega Prime 提供的完整的 C 语言应用程序接口(API)编制仿真程序。 在 Windows 平 台 上 建 立 Vega Prime 应 用 程 序 有 两 种 较为典型的开发方式。 最简单的一种是 Windows 的“控 制台应用程序”[16]。 和传统的控制台程序一样， 入口是 常规的 main()。 另一种是基于 MFC (Microsoft Foundation Class)的应用程序，如图 4 所示，它使用 WinMain() 入口。 用户可以根据需要进行选择。
层次结构应尽可能简单明了， 这样既便于模型的读取 和移动，也方便用户根据个人需求进行相关修改。 由于 要 时 实 地 描 绘 出 无 人 机 的 飞 行 过 程 [9]，包 括 在 细 节 方 面 无人机舵面的偏转和螺旋桨的转动， 就必须要使无人 机的局部能够相互独立分解运动， 这就要用到 Creator 工具中的自由度节点 DOF[10~11]。 根据实际情况，需要设 置 6 个 DOF 节点，其中 1 个为飞机的主体节点，5 个为 舵机节点。 要使舵机的偏转建立在整个机身偏转的基 础上，舵机的 DOF 节点必须以飞机的主体节点为父节 点，当视点离无人机较远时，使用多边形数相对较少的 细节层次节点 LOD 显示无人机，这时候无人机模型是 很简单很粗糙的；随着视点向无人机移动，会用一个复 杂的 LOD 代替前一个 LOD 节点，反之亦然。
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序主要解决两个问题： ①在什么地方执行 VP 的主循环； ②在哪个窗口显示 VP 场景。 对于第一个问题的解决，只有一个方法，就是要在
MFC 对话框程序里 启 动 一 个 工 作 者 线 程[13]，在 线 程 的 主函数里初始化 VP 和执行主循环；而第二个问题，就 是 确 定 VP 窗 口 的 父 窗 口 ，VP 的 场 景 在 父 窗 口 上 显 示，具体就是把父窗口的句柄传给函数 setParent()。
2 无人机三维视景仿真总体设计
人机三维视景仿真的总体设计目标是以无人机自 主飞行为仿真对象，对其进行直观实时的再现，利用各 种技术描绘出无人机飞行的全过程。 在进行系统需求 分析的基础上，完成系统主要模块的建立。 无人机模型 的建立是整个系统的主要部分， 而构造场景模型是为 了描述地形及大气环境。 模型的建立就是将仿真的具 体对象与环境通过数学方法表达成一个三维图象的集 合存储于计算机内。 本文采用 Multigen-Creator 进行模 型的构造。 Vega Prime 驱动是视景系统根据对象运行 时 的 状 态 参 数 驱 动 所 建 立 的 场 景 驱 动 [8]，可 以 生 成 实 时 视景。 视景系统可以通过数据传输技术从无人机飞行 控制的仿真环境中获取无人机飞行过程中的各项实时 数据。
VP 应用程序的主线程函数如下所示：
UINT PublicMember::CTS_RunBasicThread(LPVOID) {
vp::initialize(__argc,__argv); PublicMember::CTS_Define(); vpKernel::instance()->configure();
3 无人机三维视景仿真实现
3.1 无人机模型的建立 无人机模型的建立是利用三维仿真建模工具 Cre-
ator 来完成的。 首先要采集无人机的相关原始数据，包 括 图 片 、尺 寸 等 数 据 ，然 后 在 Creator 软 件 中 根 据 实 际 无人机的尺寸缩放到合适的比例，最后进行建模。 无人 机的建模在整个仿真视景中占据重要地位， 因此它的 细节必须做得比较精细， 这样才能真实地体现无人机 的形状姿态。 在模型的建立中，需要注意的是，模型的
Vega Prime 是 Multigen 公司推出的最新虚拟现实 开发工具，具有面向对象、功能强大、界面友好、平台兼 容性好等特点。 它是一个进行实时仿真和虚拟现实开 发 的 高 性 能 软 件 环 境 和 良 好 工 具 [3]，能 高 效 地 创 建 和 配 置视景仿真、基于仿真的训练、通用可视化等应用程
收稿日期：2013-06-14 修稿日期：2013-07-15 作 者 简 介 ：丁 梦 雨 （1989-），女 ，黑 龙 江 哈 尔 滨 人 ，硕 士 研 究 生 ，研 究 方 向 为 无 人 机 地 面 控 制 站
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序[2]， 同时 Vega Prime 软件也融入了许多新的特性，这 将更好地为用户快速地创建、 编辑和运行复杂的三维 视景仿真应用。
Vega Prime 包含所有创建实时三维虚拟现实应用 程 序 的 API[3]，但 还 是 专 门 设 计 了 LynX Prime。 LynX Prime 能够简化应用程序的开发过程 ， 不通过 编 写 代 码，只是通过可视化的编辑界面进行配置，就能够开发 出实时三维虚拟现实应用程序。 通过 LynX Prime[7]，开 发人员可以添加类的实例对象， 并为这些对象定义参 数。 这些参数都存储在一个应用程序的实例框架中，形 成一个应用程序配置文件（Application Configuration File， ACF）。 这个应用程序配置文件包含一个 Vega Prime 应 用 程 序 初 始 化 和 运 行 时 所 需 要 的 信 息 。 同 时 ，LynX Prime 还提供了一个预览功能，让开发人员对实时三维 虚拟现实应用程序的开发达到所见即所得的效果。
摘 要： 利用 Multigen Creator 建立无人机和地形场景模型，通过 Vega Prime 来驱动视景系统，实现 一个基于 MFC 的可视化无人机三维 视 景 仿真 实 验 平台 ，对 无 人机 的 飞 行过 程 进 行实 时 描 绘，良好地再现无人机自主飞行时的飞行姿态。通过无人机试飞实验证明，该视景仿真系统 取得比传统视景系统更好的效果。
vpWindow*vpWin=*vpWindow::begin(); vpWin->setParent(PublicMember::CTS_RunningWindow); vpWin->setBorderEnable(false); vpWin->setFullScreenEnable(true); vpWin->open();
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文 章 编 号 ：1007-1423（2013）23-0085-05
DOI：10.3969/j.issn.1007-1423.2013.23.023
基于 MFC 和 Vega Prime 的无人机三维视景仿真实现
丁梦雨 ， 芦利斌 ， 金国栋
（第二炮兵工程大学 907 教研室， 西安 710025)
关键词： 无人机； Creator 建模； Vega Prime； MFC； 视景仿真
0 引言
近年来， 无人机在民用和军事领域都发挥着越来 越重要的作用。 随着无人机飞行功能的日益完善，使得 其飞控系统日趋复杂化，这就需要采集大量的数据。 通 常无人机地面站的数据回显功能主要由参数来直接显 示，这样不够直观，对于非专业操作人员来说，无法快 速直观地读取无人机的飞行状态。 同时，无人机飞行实 验具有高风险、高成本的特点，因此，开发一个能够满 足无人机试飞实验的三维视景仿真系统， 具有其特殊 意义和重要性。 无人机三维视景仿真是利用三维图像 来实现无人机的飞行过程，实时地再现其飞行状态。 操 作人员通过观察三维仿真视景中无人机的飞行姿态， 可以直接判断出无人机的飞行状态， 这样就大大减少 操作人员的工作量。 三维视景仿真是在虚拟现实技术 的基础上，综合计算机、图像、计算机交互及数据传输 等技术进行可视化显示的一个重要技术， 它能够实时 动态地再现无人机飞行全过程， 为今后研究无人机整 个运动过程提供直观易懂的事实依据。