[發明專利]一種飛機拉煙模擬系統的模擬方法

在審

• 申請號: 201611135791.4
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106650066A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 唐勇;張穎;張豆;劉宇涵;吳國倩;安陽陽;劉丁;張浩然;高虎;劉智軒
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F17/13
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙)13116
• 代理人: 李合印

技術領域

本發明屬于計算機圖形學和計算機仿真和虛擬現實領域，涉及一種飛機飛行拉煙模擬系統的模擬方法。

背景技術

飛機拉煙就是“尾跡云”，就是飛機排出來的廢氣與周圍環境空氣混合后，水汽凝結而成的特殊云系。飛機尾跡在軍事上有重要的價值，模擬飛機拉煙在軍事仿真上有重大意義與價值。煙霧的計算機模擬近年來都是計算機圖形學領域的熱點。煙霧的動畫模擬是計算機的重要組成部分，模擬煙霧產生的動畫在影視娛樂、軍事仿真等方面具有重大的應用價值。

在現實生活中飛機的飛行軌跡即為煙霧的軌跡，飛機的不同飛行軌跡可以產生不同的飛機拉煙效果。特技飛行表演中飛機拉煙的絢麗效果留給人們很多美好的印象和震撼，編排更多新奇的飛機拉煙效果，借助煙霧實時模擬，模擬特技飛行表演中的飛機拉煙仿真場景十分必要。

時代在進步，對于飛機表演過程中的飛行軌跡和煙霧效果的要求越來越高，新的機型，新的飛行軌跡，新奇的編制隊伍這幾個方面，在漫長的研發過程中需要無數次測試與實驗，耗費大量的人力物力，但是通過飛機拉煙演練模擬系統就可以很快地在計算機中通過操作呈現飛機拉煙的飛行的模擬效果，利用飛機的3d模型和煙霧的3d模擬設定軌跡來呈現出相應的模擬效果，利用虛擬系統大大減少了在研究過程中的人力、物力及時間上的浪費。

隨著虛擬科技的發展，越來越多的科技工作人員一直致力于尋找新的更為有效的方法來模擬煙霧，為了實現更加真實的模擬動畫效果，必須調節煙霧的各種參數來完成對飛機拉煙模擬系統的模擬。在模擬過程中，煙霧運動的物理模型是通過流體力學中描述不可壓縮流體的最為全面的微分方程的N-S方程組來組建。

將飛機的運動軌跡和煙霧運動軌跡相匹配，所以煙霧軌跡模擬是我們要解決的最核心的問題，要實現出千變萬化的飛機拉煙隊列，軌跡建模和構建煙霧軌跡的核心算法尤為重要。Foster和Lamorlette分別在2001年和2002年，通過人為設定空間曲線和曲面用于控制流體的運動和結構。2004年，Pi ghin等人使用基于徑向基函數的控制粒子來引導周圍的粒子沿著用戶定義的方向運動。2006年，Kim等人提出了一種基于物理方法的物理模擬方法，可使煙霧沿著用戶設定的三維空間曲線運動。2013年，Jamie等人用拉格朗日渦粒子的方法控制煙霧的速度，控制顆粒給出運動軌跡，在網格內分配目標顆粒，使目標顆粒匹配控制粒子獲得速度場。2014年，Sarah Abraham等人，采用煙霧刷系統，在數字畫布上繪制煙霧動畫使原圖更加真實，或完全用煙霧繪制精美的圖片。當前煙霧軌跡模擬都集中表現特定軌跡，而忽略了煙霧仿真也可以應用到飛行表演等軍事仿真，飛機拉煙軌跡可以千變萬化，因此利用煙霧軌跡的模擬來完成飛機拉煙表演模擬系統。

當前煙霧軌跡模擬都集中在表現特定的軌跡，而忽略了煙霧仿真也可以應用到特技飛行表演等軍事仿真上。利用現在的模擬仿真，對飛機拉煙的軌跡，機型，煙霧顏色等進行設計和設置，進而對飛機拉煙進行系統的模擬，這樣就減少了實地演練的時間和資源，能夠直觀地看到演練后的效果，此外，所述飛機拉煙模擬系統具有操作簡單，場景真實的特點。

目前的飛機拉煙模擬系統中，只是對飛機拉煙機理的模擬實現，沒有對飛機編制隊伍、軌跡和煙霧效果的模擬。本發明方法對飛機的機型，編制隊伍，飛行軌跡和煙霧各種參數等效果都進行了仿真模擬，實現了對飛機拉煙演練的系統的仿真模擬。

發明內容

本發明克服了現有技術中的不足，提供一種飛機拉煙演練模擬系統，以解決上述問題。

本發明的技術方法主要包括：利用3DMAX等3D建模軟件建造飛機的3D模型；利用改進的N-S方程組建煙霧運動的物理模型；飛機在飛行時的編制隊伍的設計與實現；飛機飛行軌跡的設計與實現；對用戶交互界面上對飛機飛行軌跡的設計的實現；另外在交互界面對煙霧各種參數的設置的實現。

為了解決上述存在的技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：