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摘要：針對飛機座艙系統(tǒng)復雜，利用單一的系統(tǒng)仿真軟件開發(fā)平臺進行模擬往往顧此失比。通過闡述利用3DSMAX和MultiGenCreator相結(jié)合的模型構(gòu)建方法，并以殲某機駕駛艙的幾何模型制作過程為例，探討了兩者相結(jié)合的建模方法。

關(guān)鍵詞：3DSMAX；MultiGenCreator；虛擬現(xiàn)實；駕駛艙的建模

1引言

幾何建模技術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)中最重要的技術(shù)領(lǐng)域和關(guān)鍵技術(shù)之一。計算機圖形領(lǐng)域的一著名學者伊萬·薩瑟蘭說到:“計算機屏幕只是一個窗口，但通過這個窗口，我們可以看見一個虛擬的世界。我們面臨的挑戰(zhàn)是如何使這個世界看起來真實、動起來真實、聽起來真實、摸起來真實”，而所有這些“真實”的實現(xiàn)，主要依靠建模技術(shù)。

2殲某機駕駛艙的幾何建模

2.1數(shù)據(jù)的準備

數(shù)據(jù)準備是建模的關(guān)鍵，它的好壞直接關(guān)系到模型的質(zhì)量，它涉及兩個軟件相結(jié)合的接口處理，飛機駕駛室的三視圖以及實際拍攝的數(shù)碼照片。

2.2對殲某機的駕駛艙幾何建模

3DSMAX建模的一般原則就是由整體到局部，由粗到精，具體包括以下幾個步驟：

(1)在3DMAX中導入飛機機艙的三視圖，勾畫出最能體現(xiàn)機艙的輪廓線，使用Extrude命令拉伸一定的高度，完成機艙的主體建模。

(2)三維模型映射紋理。在建模過程中貼紋理是很重要的一個環(huán)節(jié)，直接影響到模型的質(zhì)量。

(3)數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，在3DSMAX中將格式為max的文件導出為3ds格式，導出時選擇保留紋理坐標選項，然后導入到Creator中，并保存為flt格式。

(4)修改紋理路徑和關(guān)聯(lián)了透明紋理的面屬性，將3ds文件導入到Creator中后紋理丟失了，需要重新指定紋理路徑。

(5)導入的3ds文件的數(shù)據(jù)庫沒有層次結(jié)構(gòu)，所有的對象都存放在是同一個父節(jié)點下，應該按照模型各部分的主、次重新組織數(shù)據(jù)庫。由于場景渲染時是從左往右繪制，因此較重要的對象放在樹狀結(jié)構(gòu)中兄弟節(jié)點的左邊，次要的放在右邊。為了防止渲染時發(fā)生錯誤，必須刪除空的組和對象節(jié)點，而且關(guān)聯(lián)了透明紋理的面需放在數(shù)據(jù)庫尾部。三維駕駛艙模型如圖1所示。

2.3殲某機座艙的主要儀表的建模

Creator的儀表面板模塊提供了盤式量表、矩形量表、柱狀量表等在內(nèi)的各種常見量表儀器的模塊，并且提供優(yōu)化儀表面板顯示的剪裁特性。同時，該模塊還特別提供了用于創(chuàng)建和編輯多邊形字體的編輯器，不僅可以應用到儀表面板上還可以應用到模型數(shù)據(jù)庫的任意位置。用Creator的儀表面板模塊創(chuàng)建機載設備儀表模型可以使儀表在Vega軟件中得到動態(tài)仿真模擬，增加飛行仿真的真實性。

殲某機座艙的主要儀表包括：高度表、速度表、燃料表、油壓表、溫度表、飛機姿態(tài)表、雷達掃描屏、飛機方位表、指南針等。在Creator的儀表面板模塊中所提供的儀表種類不能滿足機艙內(nèi)儀表的需要。也就是說，有些儀表必須自己創(chuàng)建出來，比如飛機姿態(tài)表和相應的盤式儀表。飛機姿態(tài)表是各種飛行器座艙最重要的量表儀器，它通常用于顯示飛機的側(cè)偏和俯仰角度。在飛行過程當中，垂直標尺會隨著視點向上下左右做相應的旋轉(zhuǎn)變化，以模擬飛行器的俯仰和側(cè)偏等飛行姿態(tài)。創(chuàng)建飛機姿態(tài)儀表的主要步驟如下：

（1）定義量表尺寸、背景和標尺刻度布局；

（2）將垂直標尺數(shù)字及其他標志添加到量表中；

（3）將設計好的機載量表放置到模型數(shù)據(jù)庫的指定位置上。

Creator中創(chuàng)建這個儀表相當麻煩，為了彌補這個儀表，采用液晶顯示在一個外部顯示器上。通過Vega的調(diào)用隨時可以觀察到飛機的飛行狀態(tài)和姿態(tài)。最終創(chuàng)建出的飛機姿態(tài)儀表如圖2所示。

在殲某機的機艙中有大量的盤式儀表，所謂的盤式儀表是指扁平的帶有細分刻度和數(shù)字標記的圓盤狀計量儀表，創(chuàng)建一個盤式量表的主要步驟如下：

（1）定義量表的尺寸、背景、刻度區(qū)域以及數(shù)字標志布局；

（2）將數(shù)字及其他標志添加到量表面板中；

（3）添加表盤弧度以突出量表面板上的特定區(qū)域；

（4）將設計好的盤式量表放置到模型數(shù)據(jù)庫的指定位置。

利用Creator的儀表面板模塊創(chuàng)建的盤式儀表時，達不到逼真的效果，這就需要為其映射相應的紋理和添加相應的指針，為了使在飛機在飛行的過程當中，使相應的儀表的指針做相應的轉(zhuǎn)動，這就要為儀表模型設置好DOF節(jié)點和添加合理的自由度，在儀表面板中只是修改儀表的外部參數(shù)，如大小、指針顏色、字體等。通過使用Local-DOF/DOFViewer菜單命令，檢驗其動態(tài)效果，如果不符合實際的要求則可以使用Local-DOF/SetDOFLimits菜單命令，重新設置，使達到最佳的動態(tài)效果。某盤式儀表的動態(tài)模擬效果如圖3所示。

2.4對機艙模型紋理的映射

紋理映射是一種將二維圖像映射到一個幾何形狀上來產(chǎn)生特殊效果或真實感的一種技術(shù)，并不是實際的幾何模型。在計算機圖形學中，不定形物體的模擬是一種十分活躍、難度很大的研究領(lǐng)域，常用的方法是通過分形、粒子、布爾等算法構(gòu)造大量三維體組合而成。而該種建模方法在逼真度提高的同時是以大量系統(tǒng)資源的耗費為條件的。在殲某機的機艙模擬中，采用紋理映射技術(shù)可以較好地模擬機艙內(nèi)復雜的儀器和儀表，同時實現(xiàn)逼真度和運行速度的平衡。另一方面，對于復雜實體模型，采用紋理映射技術(shù)可以模擬出豐富的細節(jié)，簡化模型的構(gòu)造過程，降低實體模型的復雜度，同時還可以賦予模型鮮明的色彩，映射圖特征等。

3殲某機機艙整體模型的簡化

對于飛機駕駛艙個體模型來說數(shù)據(jù)不算大，但相對與整個項目而言確是可觀的。為了使調(diào)用整個模型不影響機器的運行速度，需要在Creator中將模型簡化。因此在簡化過程中不涉及子面的處理，方法主要有3個。

(1)三角面片合并。模型導人時，Creator會經(jīng)過重新計算，在處理過程中所有的非三角形將被轉(zhuǎn)化成三角形(例如一個矩形會轉(zhuǎn)化成兩個三角形)。也就是說，它會增加多邊形的數(shù)量，這就涉及到三角面片的合并問題。Creator中的Vsimplify插件可利用三角化算法來優(yōu)化模型，使被處理的模型比原始模型包含更少的多邊形，從而加快圖像的呈現(xiàn)和傳輸速度。合并面的方法很簡單，在face模式下，選中所有的面，使用ModFace下的CombineFaces命令，Creator會自動將處在同一平面上的相鄰三角面片合并。

(2)刪除多余面。在Creator中，根據(jù)數(shù)據(jù)量大小由面片數(shù)決定原理，通過刪除不可見面片來達到減小數(shù)據(jù)量的目的。例如，艙體均是用box構(gòu)建的，因此，除了艙體底部，其余box上下兩個面均被儀表遮擋，不可見，據(jù)此判斷，逐步找出所有不可見面片并刪除。

(3)面的修改。模型制作過程中，圓柱體或球體往往是導致數(shù)據(jù)量大的重要原因之一。以圓柱體為例，一個圓柱體一般有8～12個面即可滿足精度要求，刪除多余的面，把保留面連接完整即可。

通過以上的方法對某殲擊機的模型簡化后得到最后的模型如圖5所示。

4結(jié)束語

利用本文介紹的某殲擊機的駕駛艙的建模方法已經(jīng)應用在本實驗室的三維虛擬仿真中，它滿足了系統(tǒng)所要求的精確度和細節(jié)層次水平的要求，具有一定的應用價值。

參考文獻

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［2］洪光，李洪儒，牟建國．基于Creator的三維模型的簡化研究［J］．計算機仿真，2004，21(1)：57-115.［3］王裕儉．基于MultiGenCreator和Vega的虛擬現(xiàn)實探討［J］．測繪信息與工程，2003，28(4)：14-16.