飞行模拟机是训练飞行驾驶员在地面上虚拟飞行的有效设备,飞行模拟机给飞行驾驶员带来真实感的原因之一就是它逼真的视景系统,可以将飞机上可见的一切视景以虚拟的方式呈现在飞行驾驶员的眼前。当训练飞行驾驶员时,除了起飞和降落的场景都是在空中,所以云是飞行驾驶员在空中最常遇见的场景也是飞行模拟视景仿真中不可或缺的场景。相对于游戏或影视中的三维云场景而言,飞行模拟机中的三维云场景有着不一样的需求,第一,云层在飞行过程所覆盖的范围较广;第二,飞机常飞行在2000m以上的平流层范围,且会穿过云层;第三,飞行模拟机中是模拟的视景,需要更高效的实时渲染技术支撑。针对上述需求,本文将从云的建模方法和云的渲染方法上进行优化,以维持飞行模拟机中视景系统的稳定性和实时性。具体工作改进如下:1.在飞行模拟机视景系统中,云原本使用的是基于纹理的建模方法,在渲染云层前需要大量的预计算。为了解决飞行模拟机中基于纹理的建模方法在实时渲染和建模范围的缺点,本文通过对比几种常见的云层建模方法,选取基于噪声的建模算法进行大规模的云层建模。针对大规模建模下云层真实感不够的问题,本文提出使用结合2D噪声和3D噪声的云层建模方法,使用二维Simplex噪声创建云层的初始密度,然后使用两个不同的三维Worley噪声对云的初始密度进行基础形状和细节形状的“雕刻”。2.使用多种噪声结合的建模可以模拟出云的外部特征,但是当太阳光穿过云层时,云的内部会发生多种光学反应。为了保持渲染效率的同时模拟出云的真实光照效果,本文采用简化后的光照模型,保留光线穿过云层发生的光衰减效果和散射效果。针对穿过基于纹理建模的云层不能随着视点的前进而自然淡化周围云层效果的问题,本文提出了基于优化后的光线步进算法对云的建模进行采样,使用可变的步长进行采样并在密度为一的时候提前停止采样,在采样点采样云层密度的同时朝着太阳所在的位置采样进行光照计算。实验结果表明,本文的算法在穿过云层时,能有效的模拟云层在视点周围散开的效果同时满足了飞行模拟机实时渲染的效率要求。3.通过实验将本文的算法应用到飞行模拟机的视景系统中,在不同的实验条件下来验证本文算法的有效性,通过云的模拟效果展示实验,展示了本文的算法在飞行模拟视景系统中的效果;通过云的模拟效果对比实验,验证了本文算法在模拟真实度和大范围模拟的有效性;通过云的模拟实时性对比实验,验证了本文改进的光线步进算法的实时渲染效率的有效性。