无人机任务飞行的三维可视化
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摘要
“无人机任务飞行的三维可视化”仿真充分吸收和运用当前先进的三维可视化理论，尽可能的模拟真三维立体显示技术的全视景、多角度、可供多人同时观察等的特点，通过四台计算机的联机，在同一时刻从各个不同的角度来显示无人机任务飞行的全过程。
文中研究了三维模型的建模技术，使用专业建模软件建立无人机、机场等复杂模型，再转化为OpenGL程序显示。在此基础上，建立和渲染整个无人机任务飞行的三维场景，使无人机的飞行环境贴近真实世界。
航迹的规划采用曲线拟合的方式。文中通过研究无人机纵向航迹跟踪和横侧向协调转弯的控制律使得无人机可以以下确的姿态沿预定的航迹飞行。为便于观察，在同一时刻从多个平面、多个角度显示无人机任务飞行的全过程。
最后，文中讨论了飞行仪表显示技术及实现仪表显示和多平面显示所必需的网间通信技术。
The simulation of "Flight Mission 3D Visualization of the Unmanned Aerial Vehicle (UAV)" fully absorbs and applies current advanced 3D visualization theory, simulates the characteristics of true 3D volumetric display technique which are full-vision, multi-angle and can be observed by many persons at the same time and so on. It displays the process of flight according to mission of UAV by the online of four computers.
This paper does some research of the technology of 3D modeling and uses professional software to get the complex 3D models of the UAV and airport and so on, and then transforms them into OpenGL programs. Based on this, it establishes and enriches the 3D scene, which makes the flight environment of the UAV like true world.
The approach of curve fitting is used to mark out of the flight path. The UAV can fly along the scheduled fight path with correct attitude by the research of the control law of portrait flight track and transverse coordinated turn. To be convenient for being observed, the whole process of the flight according to mission of UAV is displayed from multi-plane and multi-angle at the same time.
At last, the paper discusses the display technique of flight meters. To realize the display of flight meters and from multi-plane, the communication technology in network is necessarily discussed.
文中研究了三维模型的建模技术，使用专业建模软件建立无人机、机场等复杂模型，再转化为OpenGL程序显示。在此基础上，建立和渲染整个无人机任务飞行的三维场景，使无人机的飞行环境贴近真实世界。
航迹的规划采用曲线拟合的方式。文中通过研究无人机纵向航迹跟踪和横侧向协调转弯的控制律使得无人机可以以下确的姿态沿预定的航迹飞行。为便于观察，在同一时刻从多个平面、多个角度显示无人机任务飞行的全过程。
最后，文中讨论了飞行仪表显示技术及实现仪表显示和多平面显示所必需的网间通信技术。
The simulation of "Flight Mission 3D Visualization of the Unmanned Aerial Vehicle (UAV)" fully absorbs and applies current advanced 3D visualization theory, simulates the characteristics of true 3D volumetric display technique which are full-vision, multi-angle and can be observed by many persons at the same time and so on. It displays the process of flight according to mission of UAV by the online of four computers.
This paper does some research of the technology of 3D modeling and uses professional software to get the complex 3D models of the UAV and airport and so on, and then transforms them into OpenGL programs. Based on this, it establishes and enriches the 3D scene, which makes the flight environment of the UAV like true world.
The approach of curve fitting is used to mark out of the flight path. The UAV can fly along the scheduled fight path with correct attitude by the research of the control law of portrait flight track and transverse coordinated turn. To be convenient for being observed, the whole process of the flight according to mission of UAV is displayed from multi-plane and multi-angle at the same time.
At last, the paper discusses the display technique of flight meters. To realize the display of flight meters and from multi-plane, the communication technology in network is necessarily discussed.
引文
[1] S.R. Lang, A.R.L. Travis, O.M. Castle, J.R. Moore, "A 2nd generation autostereoscopic 3-D display", Eurographics, technical Report EG92 HW,5-6 sep. 1992, Cambridge, pp.53-63
[2] Neil A. Dodgson, John R. Moore, Stewart R. Lang, Graham Martin, Peter Canepa, "A 50" time-multiplexed autostereoscopic display", Proc. SPIE 3957, SPIE Symposium on Stereoscopic Displays and Applications XI,23rd-28th Jan 2000, San Jose, California
[3] Brown, J., McGregor, A., and Braun, H-W., "Network Performance Visualization: Insight Through Animation", PAM2000 Passive and Active Measurement Workshop, Hamilton, New Zealand, Apr. 2000, pp. 33-41
[4] Jackie. Neider Tom. Davis Mason. Woo, OpenGL Programming Guide, USA, Silicon Graphics Incoporation, 1998
[5] OpenGL Architectural Review Board, OpenGL Reference Manual, Dave Shreiner (Editor) Addison-Wesley, December 1999
[6] J?RGEN D(?)LLNER, KLAUS HINRICHS,"Object-Oriented 3D Modeling, Animation and Interaction", Journal of Visualization and Computer Animation, 8(1):33-64, 1997
[7] Sanford Kennedy, 3DS MAX Animation and Visual Effects Techniques, Charles River Media Release, 27 March, 12003, pp. 4-6
[8] Remondino Fabio, "From Point Cloud to Surface: the Modeling and Visualization Problem", Tarasp-Vulpera, Switzerland, International Workshop on Visualization and Animation of Reality-based 3D Models, February 2003, pp. 24-28
[9] Adler, D., Nenadic, O., Zucchini., W., "RGL: A R-library for 3D Visualization With OpenGL", Proceedings of the 35th Symposium of the Interface: Computing Science and Statistics (refereed), Salt Lake City,2003
[10] K.L. Eddie Law, Roy Leung, "A Design and Implementation of Active Network Socket Programming," (best paper selections in IEEE IC3N'02) in Microprocessors and Microsystems Journal, Vol. 27, Issues 5-6, pp. 277-284, June 2003, Elsevier Publisher
[11] Dougles C. Schmidt and Steve Vinoski, "Object Interconnections,Comparing Alternative Client-side Distributed Programming Techniques
(Column 3)", SIGS C++ Report, Vol. 7, No. 4, May 1995
[12] 候俊杰，深入浅出MFC第二版，华中科技大学出版社，2001年1月：49-50
[13] Richard S.Wright,Jr.Michael Sweet，潇湘工作室译，OpenGL超级宝典(第二版)，人民邮电出版社，2001年6月
[14] 张明廉，飞行控制系统，航空工业出版社，1994年7月：198-199
[15] 高攀，面向低空飞行与突防的三维可视化理论与实现，南京航空航天大学硕士学位论文，1998
[16] 李颖，薛海斌，朱伯立，朱仲立，OpenGL技术应用实例精粹，国防工业出版社，2001年1月：70-100
[17] 付战平，邸亚洲，尚希良，邱智，基于OpenGL的飞行过程再现与仿真，系统仿真学报，第14卷，第9期，2002年9月：1197-1199
[18] 王小同，杜芳，潘永仁，范立础，可视化仿真及其应用综述，计算机工程，第24卷，第8期，1998年8月：20-22
[19] 管伟光，马颂德，三维体数据可视化技术，CT理论与应用研究，第4卷，第1期，1995年2月：1-6
[20] 贾春华，肖卫国，贾霖，可视化技术及研究方向，西安工业学院学报，第17卷，第2期，1997年6月：114-116
[21] 刘慎权，李华，唐卫青，王大昌，张其松，可视化技术及其发展前景述评，CT理论与应用研究，第4卷，第1期，1995年2月：7-9
[22] 郑飞，叶尚辉，科学可视化——直观而自然的信息表示科学，电子科技导报，1994年06期：20-21
[23] 姜太平，沈春林，谭皓，真三维立体显示技术，中国图像图形学报，2003年04期：1—4
[24] 赵文广，李仲学，李翠平，面向工程可视化仿真的VC++，OpenGL与3DS集成技术，北京科技大学学报，第23卷，第6期，2001年12月：563-565
[25] 郭景，雷鸣，3DS MAX模型在OpenGL中的读取与重现，自动化与仪表，2002年05期：46-49
[26] 王彪，宫娜，在VC++中使用3DMAX SDK和OpenGL实现建模的方法，黑龙江商学院学报，第16卷，第3期，2000年9月：44-47
[27] 阎晓东，张永生，基于3DS MAX环境的3维场景重建工具，测绘学院学报，第19卷，第2期，2002年6月：109-112
[28] 方斌，OpenGL中3DMAX模型的应用，贵州工业大学学报，第28卷，第6期，1999年12月：45-49
[29] 潘日晶，三次有理B?zier曲线的形：伏控制，福建师范大学学报，第10卷，第4期，1994年12月：13—19
[30] 张晓鹏，陈泽志，空间有理B?zier曲线的逼近性质与几何性质，西安公路交通
大学学报，第15卷，第2期，1995年6月：71-77
[31] 王成伟，姚云，带有给定切线多边形的三次B?zier闭曲线，北京服装学院学报，第21卷，第1期，2001年4月：79-82
[32] 齐从谦，邬弘毅，一类可调控B?zier曲线及其逼近性，湖南大学学报，第23卷，第6期，1996年12月：15-19
[33] 高建瓴，施怀瑾，邸江涛，一种新型的开放式图形库OpenGL及其运用，贵州工业学院学报，第24卷，第6期，1995年12月：81-84
[34] 田红鹏，马苗，OpenGL及其基于VC++6.0的开发，西安科技学院学报，第21卷，第4期，2001年12月：365-368
[35] 关沫，黄有群，OpenGL实用编程技巧两则，沈阳工业大学学报，第22卷，第4期，2000年8月：321-324
[36] 白云，金锋，林锐，石教英，基于OpenGL的交互式三维图形软件开发工具，计算机工程，第26卷，第11期，2000年11月：158—160
[37] 强大再，陆长德，余隋怀，何卫平，基于OpenGL的三维仿真实现，机械科学与技术，第18卷，第5期，1999年9月：846-848
[38] 王玉华，杨克检，王玲，基于OpenGL的光照处理技术绘制真实感图形，现代计算机，总第147期，2002年9月：72-75
[39] 孙向东，用OpenGL构造三维地形，山西电子技术，2002年第3期：3-5
[40] 汤彬，基于OpenGL实现三维绘图，上海工程技术大学学报，第16卷第1期，2002年3月：18-22
[41] 胡伟，王弘，如何在VC++中用MFC进行OpenGL编程，计算机应用，第21卷第8期，2001年8月：87-89
[42] 黄锡山，于相滨，江春红，飞机座舱仪表的实时仿真，微电子学与计算机，1998年第2期：39-41
[43] 顾郁莲，蔡宣平，颜飞翔，虚拟仪表的可视化技术，电子应用技术，2000年第6期：29-31
[44] 梅杓春，许世民，Windows环境下的Socket编程技术，计算机与通信，1998年第7期：28-30
[45] 郭勇，利用Socket开发客户／服务器应用，广西师范大学学报，第18卷，第1期，2000年3月：24-27
[46] 曹宁，冯忠义，沙济彰，基于客户／服务器模式的Socket网络编程，计算机工程，第25卷，第2期，1999年2月：72-74
[47] 路学新，李秀，利用Socket开发客户机／服务器应用，计算机与现代化，1998年第4期：32-34
[48] 杨大全，拱长青，董伟嗣，范艳芳，Socket编程技术，沈阳工业大学学报，第22卷，第4期，2000年8月：313-316
[2] Neil A. Dodgson, John R. Moore, Stewart R. Lang, Graham Martin, Peter Canepa, "A 50" time-multiplexed autostereoscopic display", Proc. SPIE 3957, SPIE Symposium on Stereoscopic Displays and Applications XI,23rd-28th Jan 2000, San Jose, California
[3] Brown, J., McGregor, A., and Braun, H-W., "Network Performance Visualization: Insight Through Animation", PAM2000 Passive and Active Measurement Workshop, Hamilton, New Zealand, Apr. 2000, pp. 33-41
[4] Jackie. Neider Tom. Davis Mason. Woo, OpenGL Programming Guide, USA, Silicon Graphics Incoporation, 1998
[5] OpenGL Architectural Review Board, OpenGL Reference Manual, Dave Shreiner (Editor) Addison-Wesley, December 1999
[6] J?RGEN D(?)LLNER, KLAUS HINRICHS,"Object-Oriented 3D Modeling, Animation and Interaction", Journal of Visualization and Computer Animation, 8(1):33-64, 1997
[7] Sanford Kennedy, 3DS MAX Animation and Visual Effects Techniques, Charles River Media Release, 27 March, 12003, pp. 4-6
[8] Remondino Fabio, "From Point Cloud to Surface: the Modeling and Visualization Problem", Tarasp-Vulpera, Switzerland, International Workshop on Visualization and Animation of Reality-based 3D Models, February 2003, pp. 24-28
[9] Adler, D., Nenadic, O., Zucchini., W., "RGL: A R-library for 3D Visualization With OpenGL", Proceedings of the 35th Symposium of the Interface: Computing Science and Statistics (refereed), Salt Lake City,2003
[10] K.L. Eddie Law, Roy Leung, "A Design and Implementation of Active Network Socket Programming," (best paper selections in IEEE IC3N'02) in Microprocessors and Microsystems Journal, Vol. 27, Issues 5-6, pp. 277-284, June 2003, Elsevier Publisher
[11] Dougles C. Schmidt and Steve Vinoski, "Object Interconnections,Comparing Alternative Client-side Distributed Programming Techniques
(Column 3)", SIGS C++ Report, Vol. 7, No. 4, May 1995
[12] 候俊杰，深入浅出MFC第二版，华中科技大学出版社，2001年1月：49-50
[13] Richard S.Wright,Jr.Michael Sweet，潇湘工作室译，OpenGL超级宝典(第二版)，人民邮电出版社，2001年6月
[14] 张明廉，飞行控制系统，航空工业出版社，1994年7月：198-199
[15] 高攀，面向低空飞行与突防的三维可视化理论与实现，南京航空航天大学硕士学位论文，1998
[16] 李颖，薛海斌，朱伯立，朱仲立，OpenGL技术应用实例精粹，国防工业出版社，2001年1月：70-100
[17] 付战平，邸亚洲，尚希良，邱智，基于OpenGL的飞行过程再现与仿真，系统仿真学报，第14卷，第9期，2002年9月：1197-1199
[18] 王小同，杜芳，潘永仁，范立础，可视化仿真及其应用综述，计算机工程，第24卷，第8期，1998年8月：20-22
[19] 管伟光，马颂德，三维体数据可视化技术，CT理论与应用研究，第4卷，第1期，1995年2月：1-6
[20] 贾春华，肖卫国，贾霖，可视化技术及研究方向，西安工业学院学报，第17卷，第2期，1997年6月：114-116
[21] 刘慎权，李华，唐卫青，王大昌，张其松，可视化技术及其发展前景述评，CT理论与应用研究，第4卷，第1期，1995年2月：7-9
[22] 郑飞，叶尚辉，科学可视化——直观而自然的信息表示科学，电子科技导报，1994年06期：20-21
[23] 姜太平，沈春林，谭皓，真三维立体显示技术，中国图像图形学报，2003年04期：1—4
[24] 赵文广，李仲学，李翠平，面向工程可视化仿真的VC++，OpenGL与3DS集成技术，北京科技大学学报，第23卷，第6期，2001年12月：563-565
[25] 郭景，雷鸣，3DS MAX模型在OpenGL中的读取与重现，自动化与仪表，2002年05期：46-49
[26] 王彪，宫娜，在VC++中使用3DMAX SDK和OpenGL实现建模的方法，黑龙江商学院学报，第16卷，第3期，2000年9月：44-47
[27] 阎晓东，张永生，基于3DS MAX环境的3维场景重建工具，测绘学院学报，第19卷，第2期，2002年6月：109-112
[28] 方斌，OpenGL中3DMAX模型的应用，贵州工业大学学报，第28卷，第6期，1999年12月：45-49
[29] 潘日晶，三次有理B?zier曲线的形：伏控制，福建师范大学学报，第10卷，第4期，1994年12月：13—19
[30] 张晓鹏，陈泽志，空间有理B?zier曲线的逼近性质与几何性质，西安公路交通
大学学报，第15卷，第2期，1995年6月：71-77
[31] 王成伟，姚云，带有给定切线多边形的三次B?zier闭曲线，北京服装学院学报，第21卷，第1期，2001年4月：79-82
[32] 齐从谦，邬弘毅，一类可调控B?zier曲线及其逼近性，湖南大学学报，第23卷，第6期，1996年12月：15-19
[33] 高建瓴，施怀瑾，邸江涛，一种新型的开放式图形库OpenGL及其运用，贵州工业学院学报，第24卷，第6期，1995年12月：81-84
[34] 田红鹏，马苗，OpenGL及其基于VC++6.0的开发，西安科技学院学报，第21卷，第4期，2001年12月：365-368
[35] 关沫，黄有群，OpenGL实用编程技巧两则，沈阳工业大学学报，第22卷，第4期，2000年8月：321-324
[36] 白云，金锋，林锐，石教英，基于OpenGL的交互式三维图形软件开发工具，计算机工程，第26卷，第11期，2000年11月：158—160
[37] 强大再，陆长德，余隋怀，何卫平，基于OpenGL的三维仿真实现，机械科学与技术，第18卷，第5期，1999年9月：846-848
[38] 王玉华，杨克检，王玲，基于OpenGL的光照处理技术绘制真实感图形，现代计算机，总第147期，2002年9月：72-75
[39] 孙向东，用OpenGL构造三维地形，山西电子技术，2002年第3期：3-5
[40] 汤彬，基于OpenGL实现三维绘图，上海工程技术大学学报，第16卷第1期，2002年3月：18-22
[41] 胡伟，王弘，如何在VC++中用MFC进行OpenGL编程，计算机应用，第21卷第8期，2001年8月：87-89
[42] 黄锡山，于相滨，江春红，飞机座舱仪表的实时仿真，微电子学与计算机，1998年第2期：39-41
[43] 顾郁莲，蔡宣平，颜飞翔，虚拟仪表的可视化技术，电子应用技术，2000年第6期：29-31
[44] 梅杓春，许世民，Windows环境下的Socket编程技术，计算机与通信，1998年第7期：28-30
[45] 郭勇，利用Socket开发客户／服务器应用，广西师范大学学报，第18卷，第1期，2000年3月：24-27
[46] 曹宁，冯忠义，沙济彰，基于客户／服务器模式的Socket网络编程，计算机工程，第25卷，第2期，1999年2月：72-74
[47] 路学新，李秀，利用Socket开发客户机／服务器应用，计算机与现代化，1998年第4期：32-34
[48] 杨大全，拱长青，董伟嗣，范艳芳，Socket编程技术，沈阳工业大学学报，第22卷，第4期，2000年8月：313-316