【正文】 技術(shù)和方法研究的主要支柱和新機首飛前的試飛員培訓(xùn)的唯一工具。特別是地面飛行模擬技術(shù)同空中飛行模擬技術(shù)的結(jié)合所出現(xiàn)的空地綜合飛行模擬系統(tǒng)，給改善飛行訓(xùn)練系統(tǒng)性能和擴大模擬器應(yīng)用領(lǐng)域開辟了一個新的途徑，進一步展現(xiàn)出了飛行訓(xùn)練系統(tǒng)的廣闊發(fā)展空間。 我國計算機訓(xùn)練系統(tǒng)領(lǐng)域在 50年代末開始對飛機控制系統(tǒng)進行仿真實驗 [5],自行研制了仿真設(shè)備，在“七五”、“八五”期間，我國建立了一批大型的仿真實驗室或仿真系統(tǒng) ，我我國研制飛機的過程中發(fā)揮了重要的作用。 通過對比國內(nèi)外飛行訓(xùn)練系統(tǒng)的發(fā)展狀況可以得到下述結(jié)論： 國外飛行訓(xùn)練系統(tǒng)具有豐富的經(jīng)驗，國內(nèi)對于飛行訓(xùn)練系統(tǒng)在軍用模擬上雖有較大的發(fā)展，但軍用飛行訓(xùn)練系統(tǒng)考慮到戰(zhàn)術(shù)、機動性等方面的要求，較多采用的為固定基座的模擬，通過視景論文） 3 和抖振座椅實現(xiàn)飛機的動感模擬，逼真度相對較差。在民用飛行模擬器上的發(fā)展緩慢。 在系統(tǒng)集成上，國外具有較好的經(jīng)驗積累，可以進行多種條件下的綜合集成，而國內(nèi)在飛行訓(xùn)練系統(tǒng)方面，還處于嘗試階段，主要的產(chǎn)品還依靠國外的系統(tǒng)，主要系統(tǒng)的集成化程度不 高。 國內(nèi)使用的技術(shù)多數(shù)參照國外的經(jīng)驗技術(shù)，自主開發(fā)的較少，沒有形成獨有的技術(shù)體系，同國外相比競爭力等相對較差。 本論文的基本路線 由于硬件的限制，本文著重的模擬通過鼠標和鍵盤的系統(tǒng)交互式操作，進而對仿真飛行訓(xùn)練系統(tǒng)的的實現(xiàn)。 論文的的章節(jié)安排如下： 第一章：分析研究飛行訓(xùn)練系統(tǒng)的重要性，對飛行訓(xùn)練系統(tǒng)的特點、研究現(xiàn)狀進行了概述，對飛行仿真技術(shù)進行了介紹。 第二章：簡單的介紹了 OpenGL及 MFC的建?；A(chǔ)，分析了 OpenGL的渲染管道， MFC中的各種類結(jié)合起來構(gòu)成了一個應(yīng)用程序框架， MFC框架 定義了應(yīng)用程序的輪廓，并提供了用戶接口的標準實現(xiàn)方法。 第三章 ：飛行訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)。首先對系統(tǒng)的設(shè)計展開介紹，用結(jié)構(gòu)圖表面系統(tǒng)的實現(xiàn)的步驟，闡述了系統(tǒng)的模型導(dǎo)入，關(guān)于矩陣的變換，所有變 換都在三維空間中定義。要完成一次平移，需要引用平移子程序且設(shè)定三維平移向量。在旋轉(zhuǎn)函數(shù)中需指定經(jīng)過坐標系原點的旋轉(zhuǎn)軸的角度和方向。以及對系統(tǒng)中場景繪制和渲染，使它看起來更真實。 第四章 : 在導(dǎo)入飛機模型后，使用鍵盤操作控制模型，運行系統(tǒng)得到很好的演示效果。 論文） 4 第二章 基于 OpenGL+MFC 的建?；A(chǔ) OpenGL 的概念 OpenGL? 是行業(yè)領(lǐng)域中最為廣泛接納的 2D/3D 圖形 API, 其自誕生至今已催生了各種計算機平臺及設(shè)備上的數(shù)千優(yōu)秀應(yīng)用程序。 OpenGL? 是獨立于視窗操作系統(tǒng)或其它操作系統(tǒng)的，亦是網(wǎng)絡(luò)透明的。在包含 CAD、內(nèi)容創(chuàng)作、能源、娛樂、游戲開發(fā)、制造業(yè)、制藥業(yè)及虛擬現(xiàn)實等行業(yè)領(lǐng)域中， OpenGL? 幫助程序員實現(xiàn)在 PC、工作站、超級計算機等硬件設(shè)備上的高性能、極具沖擊力的高視覺表現(xiàn)力圖形處理軟件的開發(fā)。 OpenGL 的前身是 SGI 公司為其圖形工作站開發(fā)的 IRIS GL。 IRIS GL 是一個工業(yè)標準的 3D 圖形軟件接口，功能雖然強大但是移植性不好，于是 SGI公司便在 IRIS GL的基礎(chǔ)上開發(fā)了 OpenGL。 OpenGL的英文全稱是“ Open Graphics Library”，顧名思義， OpenGL 便是“開放的圖形程序接口”。雖然DirectX 在家用市場全面領(lǐng)先，但在專業(yè)高端繪圖領(lǐng)域， OpenGL 是不能被取代的主角。 在 OpenGL 的基礎(chǔ)上還有 Open Inventor、 Cosmo3D、 Optimizer 等多種高級圖形庫，適應(yīng)不同應(yīng)用。其中， Open Inventor 應(yīng)用最為廣 泛。該軟件是基于 OpenGL 面向?qū)ο蟮墓ぞ甙?，提供?chuàng)建交互式 3D 圖形應(yīng)用程序的對象和方法，提供了預(yù)定義的對象和用于交互的事件處理模塊，創(chuàng)建和編輯 3D場景的高級應(yīng)用程序單元，有打印對象和用其它圖形格式交換數(shù)據(jù)的能力。 OpenGL 的發(fā)展一直處于一種較為遲緩的態(tài)勢，每次版本的提高新增的技術(shù)很少，大多只是對其中部分做出修改和完善。 1992年 7月， SGI 公司發(fā)布了 OpenGL 的 ，隨后又與微軟公司共同開發(fā)了Windows NT 版本的 OpenGL，從而使一些原來必須在高檔圖形工作站上運行的大型 3D 圖形處理軟件也可以在微機上運用。 1995年 OpenGL 的 ，該版本比 ，并加入了一些新的功能。其中包括改進打印機支持，在增強元文件中包含 OpenGL 的調(diào)用，頂點數(shù)組的新特性，提高頂點位置、法線、顏色、色彩指數(shù)、紋理坐標、多邊形邊緣標識的傳輸速度，引入了新的紋理特性等等。 OpenGL “ OpenGL Shading Language”，該語言是“ OpenGL ”的底核，用于著色對象、頂點著色以及片斷著色技術(shù)的擴展功能。 OpenGL 的發(fā)展歷程 1992年 7月， SGI 公司發(fā)布了 OpenGL 的 ，隨后又與微軟公司共同開發(fā)了 Windows NT 版本的 OpenGL，從而使一些原來必須在高檔圖形工作站上運行的大型 3D 圖形處理軟件也可以在微機上運用。 1995年 OpenGL 的 ，該版本較 ，并加入了一些新的功能。包括提高頂點位置、法線、顏色、色彩指數(shù)、紋理坐標、多邊形邊緣標識的傳輸速度，引入了新的紋理特性等等。 1997年， Windows 95下 3D 游戲的大量涌現(xiàn)，游戲開發(fā)公司迫切需要一個功能強大、兼容性好的3D 圖形接口，而當時微軟公司自 己的 3D 圖形接口 DirectX 。因而以制作《雷神之錘》等經(jīng)典 3D射擊游戲而著名的 id公司同其它一些游戲開發(fā)公司一同強烈要求微軟在 Windows 95中加入對 OpenGL 的支持。微軟公司最終在 Windows 95的 OSR2版和后來的 Windows 版本中加入了對OpenGL 的支持。這樣，不但許多支持 OpenGL 的電腦 3D 游戲得到廣泛應(yīng)用，而且許多在 3D 圖形設(shè)計軟件也可以運用支持 OpenGL 標準的 3D 加速卡，大大提高其 3D 圖形的處理速度。 20xx年的 7月 28日， SGI 和 ARB 公布了 OpenGL 。 OpenGL OpenGL ARB 的正式擴展規(guī)格繪制語言“ OpenGL Shading Language”。 OpenGL ：頂點 Buffer Object、 Shadow 功能、隱蔽查詢、非乘方紋理等。 20xx年 8月， OpenGL SGI，而是逐漸在 ARB中占據(jù)主動地位的 3Dlabs。 OpenGL Shading Language、新的 shader 擴展特性以及論文） 5 其他多項增強特性。 20xx年 8月初 Khronos工作組在 Siggraph 20xx大會上宣布了 OpenGL ， shader 語言和其他新增功能將再次未來開放 3D 接口發(fā)展指明方向。 OpenGL API 開發(fā)代號為 Longs Peak，和以往一樣， OpenGL 臺的 3D 圖形接口標準，在 Shader 語言盛行的今天， shader 語言： GLSL ,可以充分發(fā)揮當前可編程圖形硬件的潛能。同時， ，例如頂點矩陣 對象，全幀緩存對象功能， 32bit 浮點紋理和渲染緩存，基于阻塞隊列的條件渲染，緊湊行半浮點頂點和像素數(shù)據(jù)，四個新壓縮機制等等。 20xx年 3月又公布了升級版新規(guī)范 OpenGL ，也是這套跨平臺免費 API 有史以來的第九次更新。 OpenGL OpenGL 著色語言“ GLSL”從 ，通過改進程序增強了對最新可編程圖形硬件的訪問，還有更高效的頂點處理、擴展的紋理功能、更彈性的緩沖管理等等。寬泛地講， OpenGL API 模型體系進行了簡化， 可大幅提高軟件開發(fā)效率。 20xx年 8月 Khronos 小組發(fā)布了 OpenGL ，這是一年以來 OpenGL 進行的第三次重要升級。該版本仍然延續(xù)了 OpenGL 發(fā)展的方向讓圖形程序開發(fā)者能在多種操作系統(tǒng)和平臺下更好的利用新的 GPU 功能。 、改進了視覺質(zhì)量、提高了幾何圖形處理速度，而且使Direct3D 程序更容易移植為 OpenGL。除 OpenGL 之外， Khronos 還將其開發(fā)的其它標準進行了協(xié)調(diào)改進，以求可以在更廣泛的領(lǐng)域提供強大的圖形功能和計算生態(tài)系統(tǒng)，這些標準包括用于并行計 算的 OpenCL、用于移動 3D 圖形開發(fā)的 OpenGL ES 和用于網(wǎng)絡(luò) 3D 開發(fā)的 WebGL。 Khronos旗下的 OpenGL ARB(Architecture Review Board)工作組推出了 GLSL Language(OpenGL 著色語言 )的升級版，以及在 ，可以讓開發(fā)者在開發(fā)新程序時能夠在使用流水線內(nèi)核特性或兼容性特性之間做出選擇，其中兼容性特性會提供與舊版 OpenGL 之間的兼容性。 OpenGL 的渲染管道 大部分 OpenGL 的實現(xiàn)都有一個的相類似的操作順序，一系列處理階段稱為 OpenGL 渲染管道。這個順序（如下圖所示），對 OpenGL 的實現(xiàn)來說不是一套嚴格的規(guī)則，但是對我們了解 OpenGL 將做什么有很好的幫助。 下面的圖表顯示了一條福特工廠裝配流水線的過程，這就是 OpenGL 處理數(shù)據(jù)的過程。幾何數(shù)據(jù)（頂點、線、多邊形）跟隨著這些路徑通過這些代表求值程序和每一個頂點操作的盒子，而像素數(shù)據(jù)（像素、圖像、位圖）的部分加工處理過程有些不同。在將最后的像素數(shù)據(jù)寫到幀緩存前，兩種類型的數(shù)據(jù)都要經(jīng)過最后相同的步驟（光柵化和碎片操作 ）。 圖 OpenGL 處理數(shù)據(jù)流程 現(xiàn)在可以看到 OpenGL 渲染管道中關(guān)鍵步驟的更加詳細的信息 。 所有數(shù)據(jù)，無論是幾何描述或像素，都要被保存在一個顯示列表中以備用。（如果要將數(shù)據(jù)保留論文） 6 在顯示列表中，就要馬上處理這些數(shù)據(jù)，這就是立即模式）。一旦顯示列表被執(zhí)行，保留數(shù)據(jù)將從顯示列表中發(fā)送出去，就像在立即模式下被發(fā)送一樣。 所有幾何元素最后都要用頂點來描述。量化曲線和曲面可以用控制點和多項式函數(shù)（稱為基礎(chǔ)函數(shù)）來初始描述。求值程序提供了一種方法可以從控制點來表示曲面 。這個方法是多項式映射，它能夠從控制點產(chǎn)生曲面法線、材質(zhì)坐標、顏色、空間坐標值。 對于頂點數(shù)據(jù)，下一步就是每一個頂點的操作步驟，它將這些頂點轉(zhuǎn)化程原始圖元。一些頂點數(shù)據(jù)（例如空間坐標）是用 4x4的浮點矩陣轉(zhuǎn)換來的?？臻g坐標是從 3D 世界上的一個點映射到你屏幕上的一個點。 假如使用了更高級的屬性，這個步驟甚至更加復(fù)雜。假如使用了紋理，紋理坐標將要產(chǎn)生并轉(zhuǎn)換。假如光照效果開啟，光照效果將使用轉(zhuǎn)換過的頂點、曲面法線、光源位置、材質(zhì)屬性、其他光源的信息進行計算，產(chǎn)生一個顏色值。 步組裝 裁剪，一個初步組裝最主要的部分，是將可視空間外的部分幾何元素消除。點裁剪只是簡單的忽略或刪除該點；線或多邊形裁剪將會增加一些附加的點，當然這依賴于怎么裁剪。 在有些情況下，這是隨著透視處理發(fā)生的，它使遠處的幾何物體看起來更小一些。然后是視點和景深（ z 坐標）處理。假如淘汰功能是打開的，且是多邊形元素，它有可能通過淘汰監(jiān)測而被抑制。根據(jù)多邊形模式，一個多邊形有可能被畫成點或線。 這個步驟的結(jié)果是用相關(guān)的顏色、景深、有時還有紋理坐標值和輔助線完成幾何元素的轉(zhuǎn)換和裁剪處理，為光柵化做準備。 作 在幾何數(shù)據(jù)通過 OpenGL 渲染管道的過程中，像素數(shù)據(jù)走的另外一條不同的路徑。像素從系統(tǒng)內(nèi)存的一個數(shù)組中首先用其中一種格式解包到適當數(shù)量的組件中。然后數(shù)據(jù)將被縮放、偏離，和被像素表處理。結(jié)果被匯總?cè)缓髮懭爰y理內(nèi)存或送入光柵化步驟。 假如像素數(shù)據(jù)是用幀緩存中讀取的，像素轉(zhuǎn)換操作（縮放、偏離、映射、 clamping）將被執(zhí)行。然后這些結(jié)果將被打包成適當?shù)母袷街匦路祷氐较到y(tǒng)內(nèi)存的一個數(shù)組中。 這兒有一些特殊的像素拷貝操作，用于一個幀緩存中拷貝數(shù)據(jù)到另外一個幀緩存或紋理內(nèi)存。整個像素傳輸操作可以在數(shù)據(jù)寫到紋理內(nèi)存 或?qū)懟氐綆彺嬷兄巴ㄟ^一條單獨的路徑進行。 一個 OpenGL 程序也許希望能夠?qū)D像貼到幾何物體上去，使它看起來更加真實。假如使用了很多紋理貼圖，將它們放到紋理對象中是個明智的選擇，因為你能夠更容易的切換它們。 一些 OpenGL 實現(xiàn)也許有專用的方法用于加速紋理貼圖的性能。這兒也許有專用的、高性能的紋理內(nèi)存。假如這個內(nèi)存是存在的，紋理對象將優(yōu)先使用這種有限的且非常有用的資源。 光柵化 光柵化是將幾何物體和像素數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成片斷的轉(zhuǎn)換器。每一個片斷塊對應(yīng)一個幀緩存中的像素。線和多邊形點、線寬、點 大小、陰影模型、反走樣的平均計算都被綜合考慮，與頂點被連接成線或用于填充多邊形的點都被計算出來。每一個片斷塊的顏色和景深值都被賦值。 MFC 的概述 MFC 是一個編程框架，面前最新版本為 。 MFC (Microsoft Foundation Class Library) 中的各種類結(jié)合起來構(gòu)成了一個應(yīng)用程序框架，它的目的就是讓程序員在此基礎(chǔ)上來建立 Windows 下的應(yīng)用程序，這是一種相對 SDK 來說更為簡單的方法。因為總體上， MFC 框架定義了應(yīng)用程序的輪廓，并提供了用戶接口的標準實現(xiàn)方法，程序員所 要做的就是通過預(yù)定義的接口把具體應(yīng)用程序特論文） 7 有的東西填入這個輪廓。 Microsoft Visual C++提供了相應(yīng)的工具來完成這個工作： AppWizard