基于vega prime的三维视景方案及案例介绍
挑战
在现阶段各种作战仿真研究中，均以提高仿真环境真实感为首要目标，同时还需要与整个虚拟作战过程同步，这就要求所开发的三维视景能够有较强的实时性，并且针对大环境、多实体能够流畅渲染。
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基于vega prime的三维视景方案由三维模型创建系统、三维地形生成系统以及三维视景可视化系统三部分组成。主要完成武器装备三维模型创建、精细地面地形创建、大规模作战地形生成和三维视景可视化渲染及显示，系统组成由下图所示。
三维模型创建系统
该系统为三维视景可视化系统提供模型元素，采用presagis公司的creator建模工具创建武器装备三维模型和精细地面地形，武器装备三维模型创建将构造视景仿真中各种仿真实体的三维模型；精细地面地形创建将构造高清晰度的地形模型，模型中不仅包含地理信息，还包括道路、建筑物、植被等精细模型。并通过优化模块将模型的多边形数目优化以保证实时渲染的效率。
武器装备三维模型创建
武器装备三维模型创建流程如下：
• 武器装备模型创建及编辑；
• 纹理属性创建、显示效果的精确控制；
• 细节层次(lod)创建及渐变(morphing)效果制作；
• 自由度控制(dof)创建。
精细地形地貌创建
精细地面地形包括道路交通、河流湖泊、山地平原、房屋建筑等，为可视化仿真系统提供高保真的地理信息。其创建流程主要分为三个阶段：建模阶段、合成阶段和导出阶段。其中建模阶段分为四部分工作：地表建模、建筑物建模、道路建模、植被建模。合成阶段将建模阶段的产出物在creator中集成，在层级视图（hierarchy view）中合理的设置各元素所处的层级，同时进行统一的lod设置及合理的分组来优化地形模型库的数据结构。导出阶段将地形数据导出，为三维地形生成系统提供精细的地面地形，以便进行大规模三维地形数据的合成，或者直接为三维视景可视化系统和战场仿真系统提供精细的地面地形。
三维地形生成系统
该系统采用presagis公司的terra vista地形建模工具，根据真实高程数据、卫星航拍图像、地理特征数据生成大规模的真实地形数据库。
地形生成类型
针对不同的应用需要不同精度要求的地形，常规分为三类：
• 飞行仿真地形，该类地形对渲染效率要求较高，主要用于高空俯视地形，可采用terra vista生成；
• 地面仿真地形，该类地形对分辨率和三维模型精度要求很高，可采用creator创建；
• 混合应用地形，该类的部分地形需满足高空飞行的要求，部分地形需满足地面仿真的要求，如飞机起飞着陆时要求机场的地面精细地形，高空飞行时要求高空俯视地形。可采用terra vista加载creator创建的地面精细地形，协同创建大规模地形数据。
工作流程
采用terra vista生成大规模地形的工作流程如下：
（1）导入高程数据，图像数据，矢量数据三类数据源；
（2）根据要求对地形数据库进行设置，使地形数据库能够适用于高空飞行和飞机起降的要求。主要包括以下几个方面：
• 选择地形区域；
• 选择投影方式；
• 编辑地理特征；
• 设置lods；
• 设置输出格式。
（3）对重点关注的区域，如高清机场，使用creator构建精细地面地形，导入terra vista，进行地形融合；
（4）地形生成，选择生成方式，如单机或多机联合生成，地形生成区域选择等。
三维视景可视化系统
该系统是整个方案的核心，提供逼真的三维可视化效果，同时也可为图像处理算法或设备提供虚拟的图像数据，以满足算法测试的要求。该系统包含可视化硬件和软件两个系统。
可视化软件系统
采用presagis公司的vega prime工具实现视景定制和渲染，该系统分为四个阶段，分别为场景配置、视景驱动软件开发、可视化特效定制及外部数据接入。
• 采用vega prime的lynx prime场景配置工具完成地形数据加载、武器模型加载、环境设定、视角设定、漫游方式设定、多通道设定等；
• 根据vega prime的sdk，通过编程的方式设计视景驱动软件架构、武器作战驱动、可动部件驱动、视角切换驱动、装备参数显示等；
• 采用sdk定制视景特效，如爆炸、烟尘、灯光、液体流动、碰撞检测、海洋效果、以及音效定制等；
• 外部数据驱动接口定制，采用以太网、总线及反射内存等方式定制离线仿真数据驱动、数字化模型驱动、半实物仿真系统驱动等。
可视化硬件系统
可视化硬件系统包括视景工作站和视景显示系统。视景工作站运行可视化软件系统并将视景软件的实时渲染结果传送给视景显示系统，视景显示系统完成实景效果的显示。
视景显示系统包括以下三种常用显示方式：
• 显示器方式
• 正投幕布方式
• 背投dlp多屏拼接方式
应用案例
装甲车辆案例
主要功能
• 显示战机三维模型及机场、目标区域等精细地面地形
• 建立大规模巡航及作战地形，分别构建15m、5m、1m不同精度地形
• 实现战机起降，编队飞行、对地攻击、爆炸、烟尘等特效及音效
• 使用背投dlp多屏拼接方式
案例效果
太空工作案例
主要功能
• 利用creator优化proeug三维太空舱体模型，达到实时视景要求
• 建立地球模型，并实现星象效果
• 完成航天器交汇、对接、模块更换、分离等功能
• 使用正投幕布方式构建视景显示系统
案例效果
总结
基于vega prime的三维视景方案在提高仿真环境真实感的同时，实现了与整个虚拟作战过程同步，并且使用面片优化功能以及阶段地形渲染功能使视景达到了较强的实时性，有效解决了视景渲染的流畅性。