[发明专利]一种飞机拉烟模拟系统的模拟方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机图形学和计算机仿真和虚拟现实领域，涉及一种飞机飞行拉烟模拟系统的模拟方法。

背景技术

飞机拉烟就是“尾迹云”，就是飞机排出来的废气与周围环境空气混合后，水汽凝结而成的特殊云系。飞机尾迹在军事上有重要的价值，模拟飞机拉烟在军事仿真上有重大意义与价值。烟雾的计算机模拟近年来都是计算机图形学领域的热点。烟雾的动画模拟是计算机的重要组成部分，模拟烟雾产生的动画在影视娱乐、军事仿真等方面具有重大的应用价值。

在现实生活中飞机的飞行轨迹即为烟雾的轨迹，飞机的不同飞行轨迹可以产生不同的飞机拉烟效果。特技飞行表演中飞机拉烟的绚丽效果留给人们很多美好的印象和震撼，编排更多新奇的飞机拉烟效果，借助烟雾实时模拟，模拟特技飞行表演中的飞机拉烟仿真场景十分必要。

时代在进步，对于飞机表演过程中的飞行轨迹和烟雾效果的要求越来越高，新的机型，新的飞行轨迹，新奇的编制队伍这几个方面，在漫长的研发过程中需要无数次测试与实验，耗费大量的人力物力，但是通过飞机拉烟演练模拟系统就可以很快地在计算机中通过操作呈现飞机拉烟的飞行的模拟效果，利用飞机的3d模型和烟雾的3d模拟设定轨迹来呈现出相应的模拟效果，利用虚拟系统大大减少了在研究过程中的人力、物力及时间上的浪费。

随着虚拟科技的发展，越来越多的科技工作人员一直致力于寻找新的更为有效的方法来模拟烟雾，为了实现更加真实的模拟动画效果，必须调节烟雾的各种参数来完成对飞机拉烟模拟系统的模拟。在模拟过程中，烟雾运动的物理模型是通过流体力学中描述不可压缩流体的最为全面的微分方程的N-S方程组来组建。

将飞机的运动轨迹和烟雾运动轨迹相匹配，所以烟雾轨迹模拟是我们要解决的最核心的问题，要实现出千变万化的飞机拉烟队列，轨迹建模和构建烟雾轨迹的核心算法尤为重要。Foster和Lamorlette分别在2001年和2002年，通过人为设定空间曲线和曲面用于控制流体的运动和结构。2004年，Pi ghin等人使用基于径向基函数的控制粒子来引导周围的粒子沿着用户定义的方向运动。2006年，Kim等人提出了一种基于物理方法的物理模拟方法，可使烟雾沿着用户设定的三维空间曲线运动。2013年，Jamie等人用拉格朗日涡粒子的方法控制烟雾的速度，控制颗粒给出运动轨迹，在网格内分配目标颗粒，使目标颗粒匹配控制粒子获得速度场。2014年，Sarah Abraham等人，采用烟雾刷系统，在数字画布上绘制烟雾动画使原图更加真实，或完全用烟雾绘制精美的图片。当前烟雾轨迹模拟都集中表现特定轨迹，而忽略了烟雾仿真也可以应用到飞行表演等军事仿真，飞机拉烟轨迹可以千变万化，因此利用烟雾轨迹的模拟来完成飞机拉烟表演模拟系统。

当前烟雾轨迹模拟都集中在表现特定的轨迹，而忽略了烟雾仿真也可以应用到特技飞行表演等军事仿真上。利用现在的模拟仿真，对飞机拉烟的轨迹，机型，烟雾颜色等进行设计和设置，进而对飞机拉烟进行系统的模拟，这样就减少了实地演练的时间和资源，能够直观地看到演练后的效果，此外，所述飞机拉烟模拟系统具有操作简单，场景真实的特点。

目前的飞机拉烟模拟系统中，只是对飞机拉烟机理的模拟实现，没有对飞机编制队伍、轨迹和烟雾效果的模拟。本发明方法对飞机的机型，编制队伍，飞行轨迹和烟雾各种参数等效果都进行了仿真模拟，实现了对飞机拉烟演练的系统的仿真模拟。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供一种飞机拉烟演练模拟系统，以解决上述问题。

本发明的技术方法主要包括：利用3DMAX等3D建模软件建造飞机的3D模型；利用改进的N-S方程组建烟雾运动的物理模型；飞机在飞行时的编制队伍的设计与实现；飞机飞行轨迹的设计与实现；对用户交互界面上对飞机飞行轨迹的设计的实现；另外在交互界面对烟雾各种参数的设置的实现。

为了解决上述存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：