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第14卷第8期系统仿真学报Vol.14No.8
2002年8月JOURNALOFSYSTEMSIMULATIONAug.2002
文章编号：1004-731X(2002)08-1022-04

基于虚拟现实的无人驾驶飞机仿真训练系统

张雄,叶榛,朱纪洪,李实
(清华大学计算机系智能技术与系统国家重点实验室,北京100084)

摘要：为了培训无人机控制人员，研究更为先进、成本更低、周期更短的训练方法，本文以某
新型无人机为应用背景，论述了“基于虚拟现实的无人驾驶飞机仿真训练系统”的体系结构与在
PC机上的实现过程。该系统在无人机飞行仿真的基础上，提出了基于“超包围盒”的碰撞检测技
术，使用基于图像的全景建模方法，构建虚拟现实三维飞行实景系统，使得受训人员易于沉浸其
中，大大提高训练的效率。该系统研制成功，对无人机控制人员的训练和新型无人机的广泛应用
具有重要的意义。
关键词：无人驾驶飞机仿真训练系统；全景建模；超包围盒；虚拟现实
中图分类号：TP391.9文献标识码：A
UnmannedAerialVehicleFlightSimulationandTrainingSystem
BasedonVirtualReality
ZHANGXiong,YEZhen,ZHUJi-hong,LIShi
(TheStateKeyLaboratoryofIntelligenceandTechnologySystem,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

Abstract:ForanewtrainingmodefortheUAVsteererandamoreadvanced,lower-costandshorter-periodtraining
approach,thepaperintroducesthestructureandPC-basedimplementationof“UnmannedAerialVehicleFlightSimulation
andSystembasedonVirtualReality”onthebackgroundofanewUAVapplication.BasedontheflightsimulationofUAV,
thepaperputsforward“superboundingbox”collisiondetectionandpanoramamodelingtoconstructtheVR3Dflight
simulationenvironmentthathelpsthetraineestoimmersethemselvesintothevirtualenvironmentsothatthetheycouldbe
trainedmoreeffectively.ThesuccessfulresearchwouldbesignificantforwidelyuseofthenewUAVsystem.
Keywords:UAVflightsimulationandtrainingsystem;panoramamodeling;superboundingbox;virtualreality

1引言1使用实装实施训练的传统训练模式已经很难满足教学和训
练任务。因此，迫切需要探索新的培训模式，提供更为先进、
无人驾驶飞机在军事和民用等诸多领域中正在发挥着成本更低、效率更高的培训手段。基于虚拟现实的无人驾驶
越来越重要的作用。无人机的不载人特性，使其可以长时间飞机仿真训练系统正是针对这一需要而建立的。
地进出各种危险的空域发挥特殊效用；由于广泛使用了高新系统仿真技术是当前应用最广泛的使用技术之一，它
技术设备，因此能很好地完成许多过去只有有人驾驶飞机才建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算技术基础
能完成的任务；同时，无人机体积小、结构简单、自重轻、之上，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统
成本低、使用维护方便、机动灵活性好，具有很大地发展潜模型对真实或假想的系统进行试验，通过对试验结果进行分
力和良好的应用前景。析研究，进而做出决策[3]。但是在一般的计算机系统仿真中，
然而，无人驾驶飞机的操纵是一个比较复杂的过程，仿真视人为旁观者，可视场景既不随用户的视点变化，用户
对操纵手有着比较高的要求。它除了要求操纵手了解一定的也没有身临其境的感觉，一般不强调交互的实时性，人们的
空气动力学原理、大气紊流知识外，还要求熟悉该型无人机想法要适应计算机；而结合虚拟现实的虚拟仿真技术带来了
气动特性，具备一定的操控经验和良好的心理素质。无人机人机交互的新概念、新内容、新方式和新方法，强调了人在
返场降落时，由于离地面近，稍有不慎，便会撞地受损，从虚拟环境中的主导作用