雷达视景仿真系统初探
【摘 要】精密进场雷达是空军航空兵场站普及的大型导航设备之一，可以提供飞机在空中实时的距离和方位信息，在飞机进近着陆过程中发挥着重要的作用。为解决雷达装备存在学习实践难的问题，提出利用Creator和Vega Prime虚拟现实技术对机场雷达进行系统建模及整体设计，并使用Vega Prime的API函数进行系统开发的方法。雷达视景仿真结果表明，采用Creator和Vega Prime将虚拟技术与机场雷达结合的系统设计方法的可行性可以为雷达装备的虚拟化教学创造平台，促进雷达装备的普及化。
【关键词】雷达导航 虚拟现实 视景仿真 建模
1引言
虚拟现实，英文为Virtual Reality，简称VR，这一词是由美国人Jaron Lanier在1989年创造的。虚拟现实技术是由高速计算机系统创建的一种令人感到身临其境并可以获得与环境交互体验的虚拟世界，具有沉浸性、交互性和感知性的基本特征。VR综合了计算机图形学、图像处理与模式识别、智能技术、传感技术、语音处理与音响技术及网络技术等多门科学，将计算机处理的数字化信息变为人所能感受的具有各种表现形式的多维信息，通过视、听、触觉等作用于使用者，对使用者的控制行为做出动态的交互反应。
该视景仿真系统正是基于Multigen Creator和Vega Prime平台的虚拟现实技术，重点介绍机场雷达视景仿真系统的技术开发及相关知识。
2 应用软件Multigen Creator和Vega Prime介绍
2.1 Multigen Creator软件
Multigen Creator是美国Multigen Paradigm公司开发的强大的三维建模软件，是世界上领先的实时三维数据库生成系统，它拥有针对实时应用优化的OpenFlight模型数据格式，强大的多边形建模、矢量建模、大面积地形精确生成功能，以及多种专业选项及插件，能高效、最优化地生成实时三维(RT3D) 数据库，可以用来对战场仿真、娱乐、城市仿真和计算可视化等领域的视景数据库进行产生、编辑和查看。用Creator的基本建模(Modeling)工具，能手工创建三维模型，可对地形、特征、模型加入如颜色、材质、纹理等以使其更真实，在建模过程中借助Creator Wizards将提高场景建模的效率，在满足实时性的前提下可以生成实时逼真的大面积场景。所有的这些元素：地形、特征、模型和各种属性，组成了Creator视景数据库，且OpenGL API是支持的。它的层次细节(LOD)、多边形筛选、逻辑筛选、绘图优先级、自由度设置等高级功能使得其数据格式Open Flight(*.flt)在实时三维领域成为流行的图像生成格式。Creator还可以接受DXF、DEM和其他矢量格式的数据，与AutoCAD和GIS软件结合方便。
2.2 Vega Prime软件
Vega Prime(以下简称VP)是Multigen Paradigm公司专门应用于实时视景仿真、声音仿真和虚拟现实等领域的渲染软件环境，支持Microsoft Windows、SGIIRIX、Linux、Sun Micros等操作系统，并且用户的应用程序也具有跨平台特性，用户可在任意一种平台上开发应用程序，而且无须修改就能在另一个平台上运行。它同时支持OpenGL
1.2 和Direct3D 8，支持MetaFlight文件格式，支持双精度浮点数。与C＋＋STL(Standard Template Library)兼容，并且可定制用户界面和可扩展模块，其中包括Vega Prime FX：爆炸，烟雾，弹道轨迹等等；Vega Prime：分布式渲染；Vega Prime LADBM：非常大的数据库支持；DIS/HLA：分布交互仿真；Blueberry：3D开发环境；DI-GUY：三维人体；GL-Studio：仪表；Vega Prime IR Scene：传感器图像仿真；Vega Prime IR Sensor：传感器图像实际效果仿真；Vega Prime Radar Works：基于物理机制的雷达图像仿真；Vega Prime Vortex：刚体动力学模拟；Vega Primemarine：三维动态海洋。
VP是一个跨平台实时工具。它构建在VSG(Vega Scene Graph)框架之上，是VSG的扩展API，包括了一个图形用户界面LynX Prime和一系列可调用的、用C++实现的库文件、头文件。LynX Prime是一种可扩展的跨平台的单一的GUI(图形用户界面)工具，为用户提供了一个简单的直接明了的开发界面，可根据仿真需要快速开发出合乎要求的视景仿真应用程序。Lynx Prime基本上继承了Lynx的功能，同时又增加了一些新功能。它具有向导功能，能对VP的应用程序进行快速创建、修改和配置，从而大大提高了生产效率；它基于工业标准的XML(可扩展标志语言)数据交换格式，能与其他应用领域进行最大程度的数据交换；它可以把ACF(应用配置文件)自动生成C++代码。
VSG(Vega Scene Graph)是VP的基础，是高级的跨平台场景渲染API(应用程序接口)，它包括了VSG提供的所有功能，并在易用性和生产效率上作了相应的改进。VSG主要分为三个部分：⑴vsgu(Utility library)，提供内存分配等功能；⑵vsgr(Rendenring library)，底层的图形库抽象，比如OpenGl；⑶vsgs(Scene graph library)。在内核中，Vega Prime使用vsgs，vsgs使用vsgr，它们都使用vsgu。1 V" D2 Y4 `3 I H* y4 VSG具有最大限度的高效性、优化性和可定制性，无论用户有何需求，都能在VSG基础之上快速高效地开发出满足需要的视景仿真应用程序，它的可扩展性为仿真、训练和可视化等高级三维应用开发人员提供了极大的便利。
利用Multigen Creator和Vega prime相结合的虚拟现实技术，研发人员可以很方便地开发出自己所需要的仿真系统，极大缩短研发时间。
3 机场雷达实体三维模型的建立
针对机场和雷达进行相关的图片资料、纹理的采集和数据预处理，并使用Creator自带的先进工具：多边形建模，创建地表，矢量化建模和编辑等建立模型，最后生成的图形文件(.flt)提供给VP调用。
3.1 树型层次结构
在机场雷达模型建立过程中，将模型分成几组，每组模型建立在相应的组节点(Gr- -oup node)下，每个组节点表示一组对象节点(Object node)，模型中的某一部分可以由一个对象节点表示。Multigen中这种树型结构便于对三维模型进行构建和修改，同时对模型的操纵更加方便快捷.
3.2 纹理贴图
纹理(texture)是指被映射到三维模型表面的二维图像，纹理的合理使用可以使模型对象获得真实的视觉效果。纹理一般通过数码相机摄影或扫描其它图片获得素材，然后进过适当的处理得到。Creator
3.0可以支持多种通用标准图像格式如INT(仅包含一个灰度通道)、INTA(包含一个灰度通道和一个透明度通道)、RGB(包含R、G、B 这3个颜色通道)、RGBA(包含R、G、B这3个颜色通道和1个透明度通道)、TGA、JPEG、TIF、GIF、BMP等格式。考虑到漫游环境LynX Prime用户图形界面对纹理图片的要求，引用的纹理图形格式均为rgb格式。
