先进塔台视景模拟系统基础理论与关键技术-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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先进塔台视景模拟系统基础理论与关键技术

项目名称：先进塔台视景模拟系统基础理论与关键技术
项目类别：联合基金项目
批准号：60832011
申请代码：F0104
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2009-01-01-2012-12-31

项目负责人：董健康
负责人职称：教授
依托单位：中国民航大学
批准年度：2008

中文摘要：

针对大型繁忙机场塔台空中交通引导与控制的模拟训练需要，研究复杂动态场景混合建模基础理论，解决复杂大场景自然光照图像的恢复与重建、全自动的多层多屏环幕投影几何校正等关键技术，构建大型机场塔台视景模拟原型系统。以可组构仿真基础理论研究为基础，开展机场活动目标行为建模方法和机场逼真场景生成方法等两大关键基础理论的研究；重点突破逼真模拟机场虚拟场景快速搭建和航空器、车辆等机场活动目标行为组件库，实现高真实感虚拟环境和高逼真度仿真模拟的融合；研究多通道自动几何校正技术，构建具备高沉浸感的塔台模拟虚拟环境；选择国内大型繁忙机场，集成理论探索和关键技术研究成果，搭建大型繁忙机场塔台视景模拟原型系统。本项目是研发具有自主知识版权的先进塔台视景模拟系统关键应用基础研究，对提升我国大型机场规划与运行管理能力，加快民航大型培训装备国产化进程具有重要的现实意义；对虚拟现实学科的发展具有重要推动作用。

中文主题词：机场塔台管制模拟；仿真建模；虚拟现实；体系结构；

英文摘要：

Tower ATC Simulation；Simulation Modeling；Virtual Reality；Architecture；

英文主题词： Tower ATC Simulation；Simulation Modeling；Virtual Reality；Architecture；

结论摘要：

塔台视景模拟仿真是仿真模拟验证与训练中最复杂的一类。美欧提出的新一代空管系统研究计划中将具有高度真实感虚拟环境的塔台视景模拟仿真作为研究重点。中国民航大学、四川大学、中国民用航空飞行学院承担的“先进塔台视景模拟系统基础理论与关键技术”项目，取得了多项成果（1）高置信度塔台视景模拟仿真模型构建技术。以本体建模为基础，综合SysML、SMP2和CIGI等技术，提出了符合OWL2和XMI规范的模型转换方法，形成了支持可组构仿真模型分析与设计环境。提出了与滑行、IFR、VFR运行相匹配的场面及周边空域交通自适应网络，包含转弯的飞机地面滑行路径生成及VFR运行模式下飞机进场路径规划算法。建立了活动目标微观运动行为计算方法，解决了活动目标群体作业中智能行为仿真的实时计算。（2）高真实感塔台大场景快速建模、演变及绘制技术。建立了机场领域本体模型，提出了基于OpenFlight标准的场景生成方法，实现了快速建模。提出了SIFT特征匹配全景图像拼接算法，完整还原了机场周围的复杂场景。提出了一种基于自由图像的机场三维模型自动恢复技术，建立了具有高逼真纹理的三维场景。提出了基于真实拍摄的单目视频的雾天场景演变算法。构建了一个基于GPU的面向对象的通用三维实时应用开发平台HIVE。针对云团、雨雪、烟雾、火焰等自然现象，改进了多种图形学绘制算法，实现了基于GPU的实时绘制。（3）高沉浸感虚拟环境构建技术。建立了精确描述“投影仪-屏幕”系统光场分布的数学模型，提出了大规模多投影异性图像的几何校正数据快速测量方法，开发了多通道投影几何校正软件。研究了多重重叠边缘自动无缝融合技术，开发了融合软件，实现了二重、三重、四重投影交叠区的融合校正。搭建了180度环形柱幕投影环境和超高分辨率半球投影环境。（4）塔台视景模拟仿真系统实现及应用。采用虚实结合方法建立了多个机场三维场景模型；研制了塔台管制席位软件、模拟机长席位软件，搭建了180度多通道柱幕投影系统；集成上述研究关键技术，形成了先进塔台视景仿真模拟系统；为多家单位研制了塔台管制模拟仿真系统，并投入实际培训与仿真研究。本项目的研究不仅从理论上论证了先进塔台建模与仿真的可行性，而且通过实际应用验证了模型和技术的实用性。本项目研究形成的支持可组构仿真的模型分析与设计环境和虚拟视景仿真技术，为研制具有自主知识产权的新一代空管系统奠定技术基础。

成果综合统计