视景仿真在航空安全中的应用
飞行仿真中所用到的三维模型数据库主要有这样几种:飞机、机场、地形、仪表等。飞机模型主要是显示飞机外形、活动件、航行灯等,如起落架、襟翼、副翼、升降舵等,一般1000个左右的多边形即可达到比较满意的外形效果;机场模型主要包括跑道、滑行道等道面,灯光系统,机场标志性建筑物和影响净空的建筑物,其复杂程度主要由可获得的资料和硬件能力来决定。地形是飞行仿真中最难处理的模型,一是大比例尺地图难以获得,二是即使有地图也很难将其数字化并生成相应的模型,三是需要大量的多边形和高清晰度的纹理,而地形模型对于一般飞行仿真来说只是增强了仿真效果,并不影响分析,因此可以用一些简单通用的地形进行替代,只有在涉及地形的事故分析飞行仿真中有必要建立细致的地形模型;仪表模型是仿造真实仪表构建的三维模型,是飞行仿真中最重要的模型。受到所记录的参数限制,进行事故分析的飞行仿真不可能显示所有仪表,有的仪表也只能显示部分参数,而模拟机仿真再现中除了CDU或MCP以外的仪表及其参数都可以显示。其他还有一些仪表不显示的参数,如三个方向的过载,操纵杆、油门、各种手柄的位置,因其重要性也要做成三维模型,模型仪表和杆盘的布局和逼真度要依据能使观察者最有利于获取相应信息的原则来制定,不一定要与实际仪表完全一样。
有了各种相关的三维模型和数据,我们就可以通过一个仿真程序根据数据驱动三维模型,再现飞行过程。一个好的飞行图形仿真程序应该包含这样几类功能:
1. 任意的观察视点:这个功能可以使观察者在飞机外面的任意一个位置观察飞机的姿态、舵面的变化等,这个视点可以是跟随飞机移动的,也可以是以类似于塔台的位置观察飞机的运行状况,或是显示一个相当于飞行员从驾驶舱观察风挡外面的画面;
2. 多种视图及其组合:所谓视图就是视点观察得到的画面,仿真程序除了提供上述两个视点的视图外,还有仪表视图、地图视图等,并可以根据要求在屏幕上同时显示多个视图的组合,前提条件是需要强有利的硬件支持;
3. 简单的天气状况:目前视景仿真中可以提供的天气状态有雾(能见度)和云。能见度对于考察一些飞行过程是十分有帮助,这也是仿真的优势之一,由于计算机所表现的能见度和真实的跑道视程是有差异的,因此能见度的数值(距离)是可以调节的,从而使之达到最接近实际情况。计算机对云的显示效果还比较僵硬,在模拟机上也存在同样的问题,其他包括雨、雪、闪电等虽然可以实现,效果却不佳;
4. 辅助分析:仿真过程不仅仅是再现飞行过程,它还可以提供相应的分析手段,如飞行轨迹,标准下滑道、航向道及其范围,可做为对比的标准飞行程序,二维数据曲线,碰撞检测及其相应效果等;
5. 音效:对于事故分析来说,舱音与画面在仿真中同步播出可以更加有效地帮助分析人员获得有关信息。而对于模拟机仿真系统,同步播出的是视频加声音。无论哪种应用,同步都是最关键的技术,有时不仅仅是在程序内同步,还可能在进程间同步,甚至是通过网络在不同的计算机上同步。