2024年4月28日发(作者：大地影院西瓜影院)

某型吊舱训练模拟器的建模与仿真　

李进杰　，　刘雅娟　，　郭龙　

（海军航空工程学院青岛分院，青岛２６６０４１）　

摘要：介绍构建某型吊舱训练模拟器的建模和仿真方法．重点研究系统实现三维建模和交互式控　

制技术等关键问题的解决方案．对研发其他装备的虚拟仿真训练系统具有一定的借鉴意　

义。　

关键词：虚拟仿真；三维建模；３ＤＭａｘ；ＥＯＮ　Ｓｔｕｄｉｏ；ＧＬ　Ｓｔｕｄｉｏ　

０　引言　

于细腻的模型必然会增加模型的复杂度．模型导入视　

现代武器装备的功能越来越强大、组成结构越来　

越复杂、自动化程度越来越高，这就要求使用操作人员　

景仿真驱动软件以后会给计算机带来较大的计算负　

担．影响交互实时性　

对装备的结构和工作原理要更加熟悉．这也对日常的　

训练和维护提出了更高的要求　但高技术武器装备数　

量少、造价高，无法全面满足部队及院校维修操作和教　

学的需求．随着计算机技术的飞速发展．一种基于虚拟　

现实技术和计算机仿真技术的虚拟仿真训练系统的构　

建方法在各种装备维修训练模拟器中逐步得到了应　

用　本文以某型吊舱训练模拟器为例介绍了虚拟仿真　

１．２三维建模注意事项　

采用３ＤＭａｘ构建吊舱模型时．除了充分利用软件　

提供的各种建模工具以外，还应注意以下三点：　

（１）在满足模型不失真的基础上．尽量减少模型的　

复杂程度　这就要求在建模过程中不能简单地利用几　

何体进行叠加、堆积，而是要多采用面片结构实现，对　

于已经建好的模型要把冗余的点、线、面进行整合删　

除．做到模型简化而不失真　

（２）充分利用纹理贴图。提高模型逼真程度。对于　

构成吊舱各分机的细节部分可以不必全部构建出其详　

细结构，而应采用贴图分方式进行展示．这样既可以提　

系统中的建模和仿真方法　

１　虚拟吊舱的三维建模　

１．１建模软件介绍　

虚拟仿真训练系统中的可供选择的三维建模软件　

有许多种，包括３ＤＭａｘ、ＡｕｔｏＣＡＤ、ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ、Ｍｕｔｉｇｅｎ　

Ｃｒｅａｔｏｒ等．这些软件具有各自的特点．可根据不同的领　

高模型的逼真度．又降低了模型的复杂度。制作贴图文　

件时所有的贴图集中放在一张２￣．ｘ２－的图上．然后采用　

多重／子物体材质进行贴图　

域和设计需求进行选择　本文所讨论的训练模拟器中　

的虚拟吊舱选用三维建模领域最为流行的３ＤＭａｘ进　

行建模。　

３ＤＭａｘ具有很强的三维实体建模能力．其建模方　

（３）对复杂模型的子模块进行命名、分类。构建复　

杂模型时．为构成模型的各个子模块进行命名．并按照　

模型的组成结构对子模块进行分类．这样做的目的是　

为了在模型导入视景仿真软件以后便于对模型进行控　

式有基本几何体建模、复合物体建模、次对象建模、网　

格对象建模和面片建模等　采用３ＤＭａｘ建模具有模型　

逼真细腻、软件功能强大、建模手段多样等特点。但由　

收稿日期：２０１１—０９—２３　修稿日期：２０１１—１０—０８　

制和管理，有利于实现吊舱的拆装、分解、使用操作等　

交互性仿真　

图１为采用３ＤＭａｘ构建的某型吊舱三维模型　

作者简介：李进杰（１９７５－），男，山东平度人，讲师，硕士，研究方向为航空电子对抗、虚拟仿真设计　

现代计算机２０１１．１０　囝　

开发案例　

图１某型吊舱三维模型　

需要注意的是．由于３ＤＭａｘ形成的模型文件没有　

合理的数据结构．而且模型的冗余面片比较多，在某些　

视景仿真软件（例如Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ）中不适合进行实时渲　

染．因此在进行视景仿真时某些３ＤＭａｘ建立的模型不　

能直接拿来应用于虚拟仿真系统，须进行一定的简化　

处理　常用的模型简化工具是Ｒａｔｉｏｎａｌ　Ｒｅｄｕｃｅｒ．它可以　

高效地对物体进行选择性地自动简化．简化后的模型　

再导人到Ｍｕｈｉｇｅｎ　Ｃｒｅａｔｏｒ进行手工简化　Ｍｕｌｔｉｇｅｎ　

Ｃｒｅａｔｏｒ是一种专业的虚拟现实建模软件．它的建模功　

能虽不如３ＤＭａｘ那么完善．但是却非常适合对已有模　

型进行简化、编辑、改进以及进行数据结构的整理　

２　吊舱训练模拟器的视景仿真　

２．１视景仿真软件介绍　

构建完成三维模型以后还需对模型进行交互性控　

制．这就需要采用视景仿真软件来完成．常用的视景仿　

真软件包括Ｖｅｇａ　Ｐｒｉｍｅ、ＯｐｅｎＧＬ、ＥＯＮ　Ｓｔｕｄｉｏ等。本文　

所讨论的模拟器采用的是ＥＯＮ　Ｓｔｕｄｉｏ　

ＥＯＮ　Ｓｔｕｄｉ０是一个完全基于ＧＵＩ的设计工具．能　

够开发出虚拟现时场景漫游的实时３Ｄ多媒体应用程　

序　它可以轻松导入各种３Ｄ模型．支持导入的文件格　

式包括　．３ｄｓ、　．ｄｗｇ、：ｌ：．ｆｉｔ、￥．ｓｌｄｐｒｔ等。模型导入后。可以　

通过ＥＯＮ直观的图形设计界面方便地为模型添加各　

种行为　ＥＯＮ应用程序可以发布于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ．也可以与　

其他支持微软ＡｃｔｉｖｅＸ控件的工具相结合．例如　

Ｍａｃｒｏｍｅｄｉａ　Ａｕｔｈｏｒｗａｒｅ、Ｖｉｓｕａｌ　Ｂａｓｉｃ、Ｓｈｏｃｋｗａｖｅ、Ｐｏｗｅｒ—　

Ｐｏｉｎｔ等。　

２．２视景仿真的关键技术　

采用ＥＯＮ　Ｓｔｕｄｉ０仿真软件可以实现吊舱模型的　

交互性控制，例如移动缩放、自由旋转、拆装分解等动　

作仿真　

（１）交互控制的实现　

在吊舱训练模拟器中．最关键的技术就是虚拟环　

＠　现代计算机２０１１．１０　

境下人与吊舱及各分机之间的行为交互和模型的三维　

运动。在ＥＯＮ　Ｓｔｕｄｉｏ中，这种交互式控制是通过传感器　

触发、事件驱动和路由（Ｒｏｕｔｅ）机制实现的。其实现的　

基本过程如图２所示。　

图２事件路由机制　

通过系统中设置的传感器节点（例如ＭｏｕｓｅＳｅｎｓｏｒ、　

ＫｅｙｂｏａｒｄＳｅｎｓ０ｒ、ＴｉｍｅＳｅｎｓ０ｒ等）接收用户指令，然后由　

路由把相关的数据信息发送出去，以实现交互控制。路　

由用于连接节点、定义事件（Ｅｖｅｎｔ）的发送与接收方式，　

它体现了节点与节点之间的一种特定的关联。事件驱　

动过程的人事件（ＥｖｅｎｔＩｎ）是由其他节点产生的数据信　

息来改变接收节点的状态；出事件（ＥｖｅｎｔＯｕｔ）是由于一　

些节点状态发生了改变而输出数据信息　

在ＥＯＮ　Ｓｔｕｄｉ０中．路由可用路由视窗（Ｒｏｕｔｅ　

Ｖｉｅｗ）的图标来表示和编辑．从而方便地实现行为和交　

互的设计与编辑　例如通过鼠标选择选择吊舱蒙皮或　

分机进行实时地三维可视化分解维修过程可采用图３　

所示的路由图来表示　功能运行过程如下：单机传感器　

节点（ＣｌｉｃｋＳｅｎｓｏｒ）．触发放置节点（Ｐｌａｃｅ），蒙皮或分机　

按照预设的路径和方式进行移动．实现设备分解：当点　

击恢复按钮时．触发蒙皮和分机节点按照预设的位置　

节点（Ｐｌａｃｅ１）进行运动．使模型恢复初试状态。吊舱分　

解效果如图４所示　

图３部分模型分解路由图　

恢复　

■　

●　

图４吊舱分解效果图　

（２）外部程序的调用接口和调用方法　

◆　．　

若想在没有安装ＥＯＮ　Ｓｔｕｄｉｏ的环境下运行ＥＯＮ　

的应用程序．则需要创建ＥｏｎＸ控件．通过调用ＥｏｎＸ　

控件的接口函数来实现．实现步骤如下　

①在ＥＯＮ　Ｓｔｕｄｉｏ中创建人事件节点（ＩｎＥｖｅｎｔ）或　

出事件节点（ＯｕｔＥｖｅｎｔ）：　

⑦在ＥＯＮ中建立与ＩｎＥｖｅｎｔ节点或ＯｕｔＥｖｅｎｔ节点　

的连接．对由ＩｎＥｖｎｅｔ节点收到的指令／数据进行处理，　

或将指令／数据从ＯｕｔＥｖｅｎｔ节点输出：　

③在第三方运行软件中．添加ＥｏｎＸ控件的０ｎ—　

Ｅｖｅｎｔ消息响应函数ＯｎＥｖｅｎｔＥｏｎｘ（）对ＥｏｎＸ中的Ｏｕｔ．　

Ｅｖｅｎｔ节点进行监听．或利用ＳｅｎｄＥｖｅｎｔ方法将指令／数　

据发送到ＩｎＥｖｎｅｔ节点　

３　检测与通电仿真　

在吊舱的训练和维护过程中需要定期对其进行检　

测和通电检查．在基于软件形式的训练模拟器中．设备　

的维护检测和通电仿真可采用虚拟仪表驱动软件来实　

现。常用的虚拟仪表驱动软件有ＧＬ　Ｓｔｕｄｉｏ、Ｖａｐｓ、ＧＭＳ、　

ＣＳＴ等．这里选用ＤＩＳＴＩ公司的仪表仿真工具ＧＬ　Ｓｔｕ．　

ｄｉｏ。　

ＧＬ　Ｓｔｕｄｉｏ是一个独立平台的快速的原型工具．用　

来创建实时的、三维的、照片级的互动图形界面。它能　

与ＨＬＡ／ＤＩＳ仿真应用相连：它生成Ｃ＋＋和ＯｐｅｎＧＬ源　

代码可以单独运行．也可以嵌入其他应用中．它运行于　

ＷｉｎｄＯｗｓ、ＴＲＩＸ和Ｌｉｎｕｘ操作系统上。　

创建照片级图形显示界面需要设计者具有两种技　

能：贴图制作和软件开发。对贴图制作者和软件开发者　

而言．ＧＬ　Ｓｔｕｄｉｏ的界面友好、操作方便。ＧＬ　Ｓｔｕｄｉ０设　

计器（如图５所示）允许一个贴图制作者迅速而且容易　

地绘制图形界面．且快速地模型化　使用ＧＬ　Ｓｔｕｄｉｏ设　

计器不需要编程的知识　

ＧＬ　Ｓｔｕｄｉｏ代码生成器把ＧＬ　Ｓｔｕｄｉｏ设计创建的文　

件生成Ｃ＋＋和ＯｐｅｎＧＬ源代码　任何可由ＧＬ　Ｓｔｕｄｉｏ设　

计器绘出的对象都能生成Ｃ＋＋源代码　代码生成器允　

许把对象组生成为定制的Ｃ＋＋类．这些Ｃ＋＋类能被轻　

松集成到仿真应用程序中　

图５　ＧＬ　Ｓｔｕｄｉｏ设计器　

ＧＬ　Ｓｔｕｄｉｏ生成的代码使用了ＧＬ　Ｓｔｕｄｉｏ运行时间　

类结构．它提供了图形对象、显示列表和用户界面对象　

的框架　运行时间类是一个独立的平台．且允许程序员　

只写一次代码就能应用到所有运行时间类支持的ＧＬ　

Ｓｔｕｄｉｏ平台上　

ＧＬ　Ｓｔｕｄｉｏ设计开发的一般步骤为：　

（１）设计图形界面：　

（２）生成代码。ＧＬ　Ｓｔｕｄｉｏ代码生成器把ＧＬ　Ｓｔｕｄｉｏ　

设计器创建的文件生成为Ｃ＋＋和ＯｐｅｎＧＬ源代码　任何　

可由ＧＬ　Ｓｔｕｄｉｏ设计器绘制出的对象都能生成Ｃ＋＋源　

代码：　

（３）将生成的代码添加到自己的应用程序中。代码　

生成器允许把对象组生成为定制的Ｃ＋十类．这些Ｃ＋＋　

类能被轻松集成到仿真应用程序中：　

（４）编译、连接、运行，生成可执行文件。　

通过ＧＬ　Ｓｔｕｄｉ０设计的吊舱显控面板重建真实设　

备的面板结构和控制方式．为地勤人员对吊舱进行检　

测维护、通电演练、熟悉操作流程，提供一个完全真实　

的虚拟化环境　

４　结语　

采用虚拟仿真技术实现军事装备的虚拟操作训　

现代计算机２０１１．１０　囝　

练．解决了训练经费消耗大、设备磨损严重等实际问　

题．极大地提高了训练效率和水平．同时也可用于院校　

的新装备教学．可有效地缓解院校缺乏实装的实际困　

业过程动态模拟ｌ　Ｊ１．计算机辅助设计与图形学学报，２００４，　

５：７２４—７２６　

『２１汪连栋，张德锋，聂孝亮，马孝尊．电子战视景仿真技术与　

应用［Ｍ１．北京：国防工业出版社。２００７　

难．具有较大的军事和经济效益　本文介绍了某型吊舱　

训练模拟器研制中建模和仿真的方法和步骤．所涉及　

『３１陈卓，马谨，纪伯公．基于ＥＯＮ　Ｓｔｕｄｉｏ　６．０的某装备虚拟训　

练系统设计ｆＪ１．装甲兵工程学院学报，２００８，５：５５～５８　

的关键技术对其他装备的虚拟训练系统开发也具有一　

定的参考价值　

参考文献　

『４］于辉，赵经成，付战平，欧海英．ＥＯＮ入门于高级应用技巧　

『Ｍ］．北京：国防工业出版社。２００８　

［１］储俊伟，孙家根，杨晓强，王哲．液压挖掘机三维建模与作　

Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａ　Ｐｏｄ　Ｓ　Ｔｒａｉｎｉｎｇ　Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ　

ＬＩ　Ｊｉｎ－ｊｉｅ　，ＬＩＵ　Ｙａ－ｊｕａｎ　，　ＧＵＯ　Ｌｏｎｇ　

（Ｎａｖａｌ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ａｃａｄｅｍｙ　Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｂｒａｎｃｈ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０４１）　

　ａ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ａ　Ｐｏｄ　ｓ　ｔｒａｉｎｉｎｇ　ｓｉｍｕｌａｔｏｒ．Ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ，　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　

Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ

ｓｔｕｄｉｅｓ　ｔｈｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　３Ｄ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｃｈ—　

ｎｉｑｕｅ．Ａｎｄ　ｔｈｉｓ　ｒｅｓｅｒａｅｈ　ｃａｎ　ｂｅ　ｔａｋｅｎ　ａｓ　ａ　ｖａｌｕａｂｌｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｔｏ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ｏｔｈｅｒｓ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｓｉｍｕｌａ—　

ｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｒａｉｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ．　

ｔｒｕａｌ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；３Ｄ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ；３ＤＭａｘ；ＥＯＮ　Ｓｔｕｄｉｏ；ＧＬ　Ｓｔｕｄｉｏ　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　

Ｖｉ

（上接第５０页）　

Ａｎ　Ｉ　ｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　Ｔｈｏｕｇｈｔ　ｏｎ　Ｉ　ｎｆｏｒｍａｔｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎ　ＮＪ　ＵＳＴ　

ＷＡＮＧ　Ｃｈｅｎｇ　．　ＴＵ　Ｑｉｎｇ－ｈｕａ　

（Ｍｏｄｅｒｎ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００９４）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＮＪＵＳＴ　ｓｅｔｓ　ａｎ　ａｉｍ　ｔｏ　ｓｅｒｖｅ　ｓｔｕｄｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｆａｃｕｌｔｙ　ｍｅｍｂｅｒｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｚａｔｉｏｎ　ｐｌａｎ，　

ｗｈｉｃｈ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｓ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｚａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｏｆ　ｓｅｌｆ—　

ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ｔｈｅ　ｉｄｅａ　ｏｆ“ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｃｈｏｏｌ　ａｎｄ　ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ，ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　

ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　ａｎｄ　ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　ｓｅｒｖｉｃｅ”，　

ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｌａｙｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｒｏｌｅ．Ａｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　

ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｎｄ　ｗｅａｋｎｅｓｓｅｓ　ｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｎｅｘｔ　ｓｔｅｐ　ｐｌａｎ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＮＪＵＳＴ；Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｚａｔｉｏｎ；Ｐｒａｃｔｉｃｅ　Ｔｈｏｕｇｈｔ　

＠　现代计算机２０１１．１０