[发明专利]潜射导弹出水过程三维动态仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维动态仿真方法，属于计算机仿真模拟方法技术领域。

背景技术

现代战争越来越重视对敌方的精确打击和对己方的隐身保护。潜射导弹结合了潜艇和导弹二者的特点，具有射程远、威力大、命中精度高、生存能力和突防能力强等优点，不仅使潜艇具备了远程精确打击能力，而且可以起到有效的战略威慑作用以及二次打击能力。

潜射导弹的研制工作始于20世纪50年代，但因潜射导弹的水下发射技术难度大，目前拥有较成熟的潜射导弹发射技术的国家仅有俄罗斯、美国、法国等少数几个国家。我国从20世纪七十年代中后期开始研制潜射导弹，目前已取得长足的发展。

导弹垂直发射技术中主要有冷发射技术和热发射技术。由于热发射方式对导弹的性能要求较高，目前大多数导弹水下发射都采用冷发射方式。本文针对采用冷发射方式的潜射导弹设计其出水过程的三维动态仿真方法。

三维计算机仿真的应用涉及产品展示、机械制造、国防工业、航空航天等各个方面，仿真可视化已经成为科研人员开发仿真系统、开展虚拟仿真实验的重要辅助手段。潜射导弹水下发射要经历水下弹射出筒、水中自由滑行、出水、发动机点火和制导飞行5个阶段，其中水下弹射出筒段、水中自由滑行段和出水段是潜射导弹发射所独有的过程，也是潜射导弹发射成败的关键所在。一般的地面模拟仿真试验所需试验设备复杂，试验成本极高，而且可重复性差。可视化技术把数据转换成图像，将仿真过程真实生动的展示出来，具有安全、经济、可控、无破坏性、允许多次重复等许多优点。通过潜基发射导弹出水三维动态全过程仿真方法可以为地面模拟仿真试验提供参考，帮助分析试验结果，从而缩短试验和研制周期，节省试验和研制经费。

发明内容

本发明的目的是为了解决地面模拟仿真试验所需试验设备复杂、试验成本极高、可重复性差的问题，提供一种潜射导弹出水过程三维动态仿真方法。

本发明的潜射导弹出水过程三维动态仿真方法，所述方法是基于CPU-GPU异构的多线程开发环境来实现的，其特征在于所述方法包含以下内容：

一、搭建人机交互平台；

二、潜基导弹出水过程三维虚拟建模与显示：利用Multigen Creator和3DS MAX建立潜艇、导弹及水面舰艇的三维模型，并建立海洋、天空、岛屿及海底地形的虚拟仿真场景；

三、基于粒子系统的潜基导弹出水可视化建模：采用粒子系统建模方法，建立船行波、导弹尾焰、弹仓开盖气泡、导弹出筒水汽、导弹出水水汽粒子特效，模拟潜基导弹发射出水过程中的现象；

四、基于着色语言的潜基导弹出筒空泡可视化建模：采用GLSL着色语言编写空泡形状，综合导弹水下出筒阶段的水-气交互及Fluent仿真数据建立潜基导弹出筒空泡可视化模型，模拟导弹出筒空泡变化规律；

五、海洋深度标尺动态显示：使用投影节点构建海洋深度标尺，建立海洋深度与颜色变化对应的函数，并添加滑动浮标，动态显示潜艇的下潜深度和位置；

六、潜基导弹出水过程的多视角交互式三维漫游：读入不同时刻导弹和潜艇位置、姿态数据其中，x、y、z表示位置坐标，θ、ψ分别表示滚转、俯仰、偏航三个姿态角，对场景运动体进行实时驱动，设计使用多视角显示观测潜射过程中潜艇、导弹、海洋的变化情况；

七、潜基导弹出水过程的关键参数可视化：显示潜基导弹出水过程中的位置、姿态、速度方面的参数信息，并绘制不同时刻潜基导弹出水过程中的位置、姿态、速度的变化曲线。

本发明包含以下有益效果：

本发明以潜基导弹出水建模技术、可视化技术、虚拟现实技术和数值模拟技术等为核心，以VC++和OSG三维渲染引擎库为实现工具，完成潜基导弹出水过程的交互式虚拟仿真。可视化技术把数据转换成图像，将仿真过程真实生动的展示出来，具有安全、经济、可控、无破坏性、允许多次重复等许多优点。通过潜基发射导弹出水三维动态全过程仿真方法可以为地面模拟仿真试验提供参考，帮助分析试验结果，大大缩短了试验和研制周期，试验和研制经费减少一半以上。

本发明的技术特点及效果如下：

能够完成包括海洋、天空、地形等一系列环境场景三维可视化；

能够完成导弹、潜艇、水上舰艇的三维可视化；

能够完成包括船行波、导弹尾焰、出筒、出水等一系列粒子系统三维可视化；

能够完成潜艇航行、弹道位姿、空泡形状等运动过程的三维可视化；

能够显示海洋深度标尺，并以浮标的形式动态显示潜艇的下潜深度；

能够导入导弹数据和空泡数据并进行可视化仿真；