0.引言
导弹地面训练是航空兵部队训练的重要内容。对导弹操练的熟练程度直接影响装备战斗力的形成。 然而，由于受装备和训练器材数量的限制和新装备不能及时装配到训练院校，训练效果往往不是十分明显。 为了解决培训院校训练设备滞后部队的难题，提高培训质量和减少培训费用，在集成现有数字仿真程序和视景仿真平台，再充分发挥视景仿真直观效果的基础上，结合计算机图形学，设计了一套机载导弹地面训练虚拟现实系统。 在机载导弹地面训练虚拟现实系统中，可以模拟各种导弹设备的拆装、导弹电路检测和机载导弹电路的故障排除等。机载导弹地面训练虚拟现实系统不仅是改善训练效果和降低培训费用的有效途径之一，而且对进一步的分析和研究也有着非常重要的意义。
1.机载导弹地面训练虚拟现实系统的结构与功能分析
从结构上分析，机载导弹地面训练虚拟现实系统包括多个功能模块，其中有立体显示、运行模拟、各零部件的信息查询和虚拟装配等。先做好系统框架，然后自上而下逐步实现各项子功能。 该系统主要实现机载导弹地面训练的交互式虚拟可视化显示，可以加深地面维修人员对导弹地面维护的认识和理解，更好地指导实战中对导弹系统的正确操作，及时发现故障并做出正确决策。
1.1 机载导弹地面训练的立体显示
立体显示是虚拟现实系统中基本而又独特的功能[1]，在该系统中包括： 机载导弹地面训练被动式立体显示， 即输出至 e-desk 硬件系统，通过立体眼睛即可观看到立体的机载导弹地面训练;各种显示方式以及相互叠加、切换，如线框方式，光照效果，是否带纹理显示等;键盘、鼠标或操纵杆交互操作，从不同的视角浏览机载导弹地面训练按照系统预设的路径自动在场景中漫游导航;环境声音的应用;任意零部件的显示和隐藏。
1.2 机载导弹地面训练的运行模块功能
运行模块功能是指系统模拟设备在工作时的运转状况并且可以进行人机交互控制， 鼠标或操纵杆交互控制整个设备的运行和停止[2];对于一些自由度没有完全限制，但设备运行时不参与的零部件，需要对其进行单独的交互仿真，比如使用鼠标左键点击舱盖以模拟座舱盖的打开与关闭等。
1.3 各零部件的信息查询功能
利用数据库原理实现信息的查询功能。 将设备中的零部件的信息，如零部件的介绍、作用、机械性能、材料、数量等记录在数据库中，系统将图形界面与数据库连接以实现信息查询功能。 而且，一旦零部件的信息改变，只需改变数据库中的相关内容即可。 方便日后数据的维护和更新。
1.4 虚拟装配功能
虚拟装配在虚拟设计和虚拟制造中有着举足轻重的作用[3]。 虚拟装配可以更直观地表达机载导弹的内部结构，各个零部件的相对位置以及装配关系，模拟出装配过程中的各种状态，可以使受训人员更好地理解设备，及时发现装配过程中可能出现的问题，以便正确地制定出合理的装配顺序，缩短受训周期;使用设备时，配合系统中的信息查询功能，能很好地理解设备的结构和性能，并可以作为设备调试和维修的依据。
2.机载导弹地面训练三维交互仿真系统的实现
从实际应用出发，以导弹系统为例，将原有的 Solidworks 模型转化为 MultiGen Creator 支持的 VR 模型 (Openflight 格式)， 以 Vega 和Visual C++作为软件平台，实现了其三维交互仿真系统。 具体开发流程如图 1 所示。
2.1 导弹系统 VR 模型的建立
虚拟现实系统中建模包括几何建模、运动建模、物理建模和行为建模。 本系统需要的是导弹系统 VR 模型的建立。
(1)利用技术说明书的 CAD 资源 ，将 Solidworks 的三维模型通过中间格式转换成 Creator 支持的 Openflight 格式的 VR 模型，并将其模型数据库简化、优化和完善，包括添加纹理映射、灯光、材质、场景模型等。
(2)在 MultiGen Creator 软件中进行运动建模 ，如观察者 Observer的视角等;物理建模，如碰撞检测等;行为建模和模型管理，包括构造LOD 层次，设定 DOF 和 Switch 节点等[4]。生成 flt 格式的模型数据库。
(3)将优化的模型(.flt 格式)导入 Vega 提供的图形化的用户界面Lynx 中，并在 Lynx 中建立系统所必需的对象 ，包括场景 、窗口 、通道 、运动方式、观察者、碰撞方式等，建立对象之间的相互联系，生成一个ADF(Application DefiNItion File)格式的文件。
(4) 将生成的 ADF 文件在 DOS 窗口中使用命令 “objconvert-Amissile-training.adf-s fst-i”转化成 FST 格式的文件 。 FST 文件格式是Vega 的 Fast 格式，包括场景中模型的纹理等信息，为系统快速加载模型到场景中提供了有效的途径，可提高运行效率。具体方案如图2 所示。
2.2 系统应用程序框架
在 Windows NT 平台上的 Vega 应用，主要有 3 种类型，即控制台程序、 传统的 Windows 应用程序和基于 MFC (Microsoft FoundationClasses)的应用。 无论是哪一种 Vega 应用程序，都有 3 个必需的步骤：
模型的建立具体方案
(1)初始化。 这一步初始化Vega 系统并创建共享内存以及信息量等。
(2)定义。 通过.ADF 应用定义文件创建三维模型或是通过显式的函数调用来创建三维模型。
(3)配置。 通过调用配置函数来完成配置设置完 Vega 系统后，就开始了 Vega 应用的主循环， 主循环的作用是对三维视景进行渲染驱动。它主要分 2 步：①对于给定的帧速进行帧同步;②对当前的显示帧进行必要的处理。为了便于使用单位能容易地开发出基于 MFC 的 Vega 应用程序，Vega 通过继承 MFC 中的 CView 类而派生出一个子类 zsVegaView。 该类层次结构如图 3 所示。
图3.基于MFC的Vega程序类层次结构因此，创建基于 MFC 的 Vega 应用程序的具体步骤如下：
(1) 创建基于单文档的 MFC 应用程序 ， 视图类的基类确定为CView 类;
(2)将 zsVegaView 的.h 和.cpp 文件引入到装备;
(3) 修改单文档的视图基类 ， 即将 CView 类修改为 zsVegaView类;
(4)重载必需的虚函数;
(5)使用 zsVegaView：：runVega()启动 Vega。
2.3 Vega API 和 OpenGL 混合编程实现交互仿真功能
从底层实现来看，Vega 实际上是基于场景图(Scene Graph)之上的，而场景图管理系统本身又建立在 OpenGL 标准图形库之上。 Vega提供的一个图形界面的应用程序定义文件工具-Lynx， 可以大大降低视景仿真应用开发难度。 但是完成比较复杂的功能还是必须通过Vega API 编程实现，更复杂的功能或一些特殊操作则需要使用更底层的 OpenGL 编程实现。Vega 与 OpenGL 进行混合编程时 ，OpenGL 所需实现的功能一般都是在 Vega 的回调函数中来实现的，但因为两者坐标系的不一致，所以必需将场景融合。
(1)在 VC 中首先要配置编译系统为多线方程式 ，因为 Vega 本身就是基于多线程的。
(2) 在 Vega 中混合 OpenGL 代码主要是使用回调函数 AddFunc，在 MyFun 函数中，进行 OpenGL 的代码加入。
(3)回调函数在主循环之前调用，在系统配置之后调用。使用 Vega API 提供的函数库，结合进行 OpenGL 编程技术实现系统的各项子功能。 如：使用 Vepicker 类实现系统中对象的拾取;调用vgSyncFrame()和 vgFrame()函数控制场景中对象的运动 ;使用 OpenGL实现汉字的绘制等。 将这些功能模块添加到系统应用程序框架中即可生成完整的机载导弹地面训练虚拟现实系统。
2.4 机载导弹地面训练虚拟现实系统三维交互仿真系统的运行界面机载导弹地面训练虚拟现实系统三维交互仿真系统的运行界面如图 4 所示。
3.结论
对虚拟现实技术应用于导弹地面训练进行了研究，提供了一套开发机载导弹地面训练三维交互仿真系统的有效方法。 所实现的虚拟现实系统具有通用性和可移植性。 这一技术适用于各种机载设备的训练，其应用和推广必将大大提高培训效果和减少培训费用。
【参考文献】
[1]王乘，李利军，周均清等.Vega 实时三维视景仿真技术 [M].武汉 ：华中科技大学出版社，2005.
[2]MultiGen -Paradigm Inc. Vega Programmers Guide (Version3,7) [M].U.S.A:MultiGen-Paradigm Inc. 2001.
[3]代丽红，尹文生，李世其. OpenGL 在 Vega 开发环境中的应用研究[J].计算机应用与软件，2005(7)：64-66.
[4]Pigon D.Perspectives of Development of Virtual Reality and Its Use in Scientific and Technical Information, Museums and Education in Europe [R].ERCIM Prospective Report on Virtual Reality,2000.
作者简介：邱学军(1964—)，男，汉族，河南人，硕士研究生，副教授，研究方向是装备训练虚拟现实。
