基于设计模式的多无人机地面站视景仿真系统设计与实现

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无人机地面站视景系统用三维图像显示飞行数据,使观察者能对无人机飞行状态做直观判断。无人机视景仿真则可以利用仿真验证航迹规划算法以及飞行方案,节约成本。在当今计算机多核化发展迅猛,同时无人机作战日益向编队作战发展的情况下,视景系统应该架构在多核平台下,并且能支持多无人机的显示。借助设计模式以及.NET平台对多核并行编程的简化,本文基于EV-Globe平台设计并且实现了一套无人机视景仿真系统软件。系统软件实现所需解决的主要几个问题有:1.视景的驱动。为了驱动三维引擎,需结合EV-Globe平台研究视景开发有关的3D理论及渲染基础,包括三维坐标系统以及模型矩阵的基本转换,三维引擎渲染流水线,还有视景所驱动的模型结构等。2.多核架构下驱动多无人机。为了完成程序并行架构,可以利用.Net与设计模式对并行问题进行简化。研究了设计模式,引入并行编程模式语言的线性设计空间;研究了多核与多线程的相关理论,以及.Net中的TPL相关编程技术。3.视景的功能实现。在分析了功能需求后,共设计并且实现了7个功能模块,分别是模型自主加载模块、数据同步模块、模型控制模块、多核并行模块、虚拟仪表模块、分屏模块还有航迹显示模块。设计过程中,从系统的分层架构、物理架构、交互界面架构以及模块方案等方面对系统总体进行全面设计。在相关理论支持下,利用C++/.Net平台编程语言,D3D图形接口以及相关技术对各大模块进行具体设计。结合基于XML的系统拓展技术设计完成了模型自主加载模块,结合基于实时时钟和分布式队列缓存的仿真数据同步技术和基于DLL调用的跨语言数据接收等技术完成了数据同步模块设计,利用回调机制以及EV-Globe相关API设计完成了模型控制模块。最终在PC机上,设计并且初步实现了支持多无人机的视景仿真系统,该软件中不仅集成了传统视景需要的基本功能如飞行控制,虚拟仪表,航迹显示等,还设计了诸如自由自主加载模型、分屏窗口、视角自由切换等有特色的功能,带给使用者新的功能体验。视景系统达到很高的帧频率,画面十分流畅,场景渲染真实高效,具有良好的可扩展可移植性。
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