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无人机飞行姿态航迹虚拟现实仿真系统

作　者: 邓会亨
导　师: 王琪
学　校: 南昌航空大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 无人机 虚拟现实 海浪 运动策略 碰撞检测
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着科学技术的不断发展，计算机软、硬件得到不断更新，为虚拟现实技术能得到广泛使用奠定了基础。将虚拟现实技术应用到无人机仿真系统中，不仅可以直观地观察无人机的飞行姿态，还可以用来训练操纵手的操纵技术，具有重大的军事价值和经济价值。本文以无人机为研究对象，利用Multigen Creator、Vega Prime以及VisualStudio.Net2003三个工具共同开发了无人机飞行姿态航迹虚拟现实仿真系统。首先对虚拟现实技术及其发展进行了介绍，提出了本系统开发的技术路线。其次，根据无人机仿真系统的特征和要求完成了虚拟现实仿真系统的基本功能设计。主要内容包括：开发了一个虚拟海洋环境，包括海浪模型、无人机模型、航空母舰模型、岛屿模型，着重探讨了海浪的建模技术；为无人机设计了四种运动策略，分别为游戏模式、飞行模式、自控模式和回放模式，用户可以选择任意一种进行仿真并可以对无人机的运动模式进行随时切换；基于键盘和鼠标的输入设备对无人机的飞行姿态进行控制并用Z方法实现了无人机在漫游时的碰撞检测，在无人机发生碰撞后会发生爆炸、起火、冒浓烟等特效；实时显示无人机位姿信息和在自控模式下实时显示无人机的飞行航迹。最后，根据技术路线和设计思路，编程实现了无人机飞行姿态航迹虚拟现实仿真系统。本系统运行效果良好，虚拟场景给人以逼真的沉浸感，用户可以实时对无人机进行控制，具有很好的利用价值，为进一步的研究奠定了一定的基础。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题研究背景及意义  8-9
  1.2 虚拟现实技术及发展现状  9-12
    1.2.1 虚拟现实技术及其特征  9-10
    1.2.2 虚拟现实技术国内外研究现状  10-11
    1.2.3 虚拟现实技术实现飞行仿真的主要方法  11-12
  1.3 本文的主要研究内容与结构安排  12-14
第2章 无人机虚拟现实仿真系统总体框架设计  14-20
  2.1 Vega Prime及其开发流程  14-17
    2.1.1 Vega Prime概述  14-15
    2.1.2 Vega Prime开发流程  15-17
  2.2 无人机虚拟现实仿真系统总体框架设计  17-19
    2.2.1 无人机虚拟现实仿真系统的主要组成部分  17-18
    2.2.2 系统的开发环境  18
    2.2.3 虚拟现实视景开发技术路线  18-19
  2.3 本章小结  19-20
第3章 虚拟场景建模  20-28
  3.1 海浪模拟方法  20-23
    3.1.1 基于几何的建模  20-21
    3.1.2 基于动力模型的建模  21-22
    3.1.3 基于物理的建模  22
    3.1.4 基于海浪频谱的建模  22-23
  3.2 无人机、辽宁号航空母舰和岛屿的建模  23-27
    3.2.1 Creator简介  24-25
    3.2.2 无人机、辽宁号航空母舰和岛屿的模型  25-27
  3.3 本章小结  27-28
第4章 无人机虚拟现实仿真系统模块设计  28-44
  4.1 坐标系统  28-29
    4.1.1 地心坐标系  28
    4.1.2 投影坐标系  28-29
    4.1.3 无人机机体坐标系  29
  4.2 数学技术基础  29-30
    4.2.1 向量  29-30
    4.2.2 矩阵  30
  4.3 无人机运动策略设计  30-35
    4.3.1 游戏模式  31
    4.3.2 飞行模式  31-33
    4.3.3 自控模式及实现算法  33-35
    4.3.4 回放模式  35
  4.4 碰撞检测模块设计和碰撞检测算法  35-40
    4.4.1 Tripod算法  36-37
    4.4.2 Bump算法  37-38
    4.4.3 LOS算法  38
    4.4.4 XYZPR和ZPR算法  38-39
    4.4.5 HAT和Z算法  39-40
    4.4.6 碰撞特效  40
  4.5 仿真界面设计  40-43
    4.5.1 启动界面  40-41
    4.5.2 交互界面  41-43
  4.6 本章小结  43-44
第5章 无人机虚拟现实仿真系统实现  44-58
  5.1 软件架构设计  44-47
    5.1.1 MFC架构  44-45
    5.1.2 基于MFC的Vega Prime程序流程设计  45-47
  5.2 无人机虚拟现实仿真系统功能实现  47-53
    5.2.1 三维模型的加载  47
    5.2.2 视点跟随功能实现  47-48
    5.2.3 无人机运动策略实现  48-51
    5.2.4 数据管理  51
    5.2.5 碰撞检测实现  51-52
    5.2.6 无人机位姿信息的实时显示  52-53
  5.3 仿真效果  53-57
  5.4 本章小结  57-58
第6章 总结与展望  58-60
  6.1 本文总结  58-59
  6.2 进一步的工作  59-60
参考文献  60-63
论文发表及参加科研情况说明  63-64
致谢  64-65

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 计算机仿真
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