一种基于三维视景的飞行数据回放系统及方法

技术领域

本发明属于飞行数据处理分析技术领域，适用于利用飞行测试数据或数值仿真数据进行飞行过程的三维动态回放。

背景技术

在试飞数据或飞行仿真数据分析中，通常是将飞机的姿态、位置、舵面偏转角度、起落架等飞行参数的时间历程绘制为图表或曲线进行可视化，分析人员在大脑中抽象重现飞机的运动过程。这种数据分析的方式不够直观形象，对分析人员的空间想象能力要求高，在一些急剧飞行机动的场景下，这种方式很难适用。同时，这种抽象的数据可视化形式不利于跨专业的技术交流和对外进行机动飞行成果展示。

发明内容

本发明的目的：提出一种基于三维视景的飞行测试数据或飞行仿真数据的动态回放方法，实现飞行数据三维可视化，可用于飞行数据分析、飞行过程重现、故障分析、飞机机动展现、飞行教学等场景。

本发明的技术方案

本发明利用飞机三维视景平台，读取解析试飞数据文件后，按照相应数据包协议通过以太网向视景平台发送飞机的运动参数，实现飞行过程的三维回放。

作为本发明的实施方案之一，提供一种基于三维视景的飞行数据回放系统，所述回放系统包括数据读取解析模块、数据关联配置模块、通讯配置模块、数据截选模块、回放画面模块、回放控制模块、回放视频生成模块；

所述数据读取解析模块获取试飞数据，对试飞数据读取解析，并加载至计算机的内存中；

所述回放控制模块从计算机内存中提取试飞数据；所述回放控制模块分别与数据关联配置模块、通讯配置模块、数据截选模块进行数据交互；其中，数据关联配置模块，用于控制回放控制模块将试飞数据与飞行视景软件所需的飞行参数关联映射起来；所述通讯配置模块，用于向回放控制模块发送飞行视景软件的配置信息；所述数据截选模块，用于控制回放控制模块从试飞数据中截选出需要进行回放的特定时间段数据；

所述回放控制模块与回放画面模块数据交互；回放画面模块内嵌有飞行视景软件；所述回放控制模块将需要进行回放的特定时间段内且与飞行视景软件所需的飞行参数关联映射的试飞数据发送给回放画面模块，驱动回放画面模块进行数据回放；所述回放画面模块，用于配置和管理回放画面；

所述回放视频生成模块，将回放画面模块的回放过程进行录制，并生成视频格式文件。

进一步地，飞行视景软件的配置信息包括飞行视景软件所处主机的IP地址、端口号，以及飞行视景软件启动的初始化设置项。

进一步地，所述回放控制模块包括回放控制工具条，用于控制回放的开始、暂停、停止，回放进度拖放、倍速回放。

进一步地，所述回放画面模块包括三维视景画面单元、虚拟平显画面单元、定制参数画面单元；三维视景画面单元对飞机的运动姿态、轨迹进行三维显示；虚拟平显画面单元提供虚拟的平显画面；定制参数画面单元对所需的定制参数进行显示。

进一步地，所述回放画面模块还包括实拍视频画面单元或者时间历程曲线画面单元；实拍视频画面单元用于播放飞行视频数据；时间历程曲线画面单元用于显示飞行参数的时间历程曲线。

进一步地，回放控制模块根据数据关联配置模块生成的数据关联关系从试飞数据中取出相应参数定时向飞行视景软件发送网络协议报文，以驱动飞行视景软件进行画面更新；并同步刷新回放画面模块的不同画面单元，实现飞行过程的动态回放。

进一步地，数据读取解析模块支持二进制文件和文本文件的读取解析；数据关联配置模块能够将生成的数据关联关系保存为一个配置文件。

作为本发明的另一实施方案，提供一种基于三维视景的飞行数据回放方法，利用如上所述的回放系统，所述回放方法包括：

所述数据读取解析模块获取试飞数据，对试飞数据读取解析，并加载至计算机的内存中；

所述回放控制模块从计算机内存中提取试飞数据；

所述数据关联配置模块，用于控制回放控制模块将试飞数据与飞行视景软件所需的飞行参数关联映射起来；所述通讯配置模块，用于向回放控制模块发送飞行视景软件的配置信息；所述数据截选模块，用于控制回放控制模块从试飞数据中截选出需要进行回放的特定时间段数据；

所述回放控制模块将需要进行回放的特定时间段内且与飞行视景软件所需的飞行参数关联映射的试飞数据发送给回放画面模块，驱动回放画面模块进行数据回放；所述回放画面模块，用于配置和管理回放画面；

所述回放视频生成模块，将回放画面模块的回放过程进行录制，并生成视频格式文件。

本发明的优点：

(1)能够将飞行数据进行三维可视化显示，重现飞行过程飞机的姿态和轨迹变化，可以显著提高飞行数据分析的效率，方便进行教学或跨学科交流；

(2)多分区配置的回放画面可以将三维视景、虚拟平显、实拍视频、定制参数等多种数据源和数据显示方式集中在一个画面上同步回放，极大丰富了回放的数据显示方式的多样性，可满足多种场景的应用需求。

附图说明

图1为本发明的飞行数据回放方法的原理框图；

图2为典型三分区回放画面配置示意图；

图3为典型四分区回放画面配置示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例，提供一种基于三维视景的飞行数据回放方法，通过开发一套飞行数据回放系统，如图1所示，在这套回放系统的回放画面中，嵌入一种飞行视景软件，利用飞行视景软件公开的网络通讯数据接口实现飞行数据三维动态回放。回放系统由数据读取解析、数据关联配置、通讯配置、数据截选、回放画面、回放控制、回放视频生成等多个功能模块组成，其中：

数据读取解析模块，对试飞数据读取解析，并加载至计算机的内存中；

数据关联配置模块，能够将试飞数据与飞行视景软件所需的飞机姿态、位置等飞行参数关联映射起来；

通讯配置模块，用于配置回放系统与飞行视景软件之间的网络通讯，包括飞行视景软件所处主机的IP地址、端口号，以及飞行视景软件启动的一些初始化设置项等；

数据截选模块，用于从飞行数据中截选出需要进行回放的特定时间段数据；

回放画面模块，用于配置和管理回放画面。回放画面可根据需要划分为多个区域，每个区域显示一项子画面，由回放系统控制各个子画面在时间轴上的同步回放。常用的子画面单元包括：三维视景画面单元、飞行实拍视频单元、时间历程曲线单元、虚拟平显单元、定制画面单元等。三维视景画面单元通过在回放画面窗体上内嵌一种飞行视景软件实现，利用飞行视景软件公开的网络通讯数据接口实现回放系统与飞行视景软件之间的数据通信；

回放控制模块，提供便捷的回放控制工具条，可用于控制回放的开始、暂停、停止、回放进度拖放、倍速回放等；

回放视频生成模块，能够将回放过程录制下来并生成输出为常用的视频格式文件。

回放开始时，回放系统根据数据关联关系从试飞数据中取出相应参数，定时向飞行视景软件发送网络协议报文驱动飞行视景软件画面更新，并同步刷新回放画面的其他子画面，实现飞行过程的动态回放。

优选的，数据读取解析模块支持二进制文件和文本文件的读取解析；数据关联配置模块能够将参数关联关系保存为一个配置文件；数据截选模块提供可视化的数据截选手段，较为方便的方式是在飞行参数的时间历程曲线图上进行截选。

优选的，典型的三分区回放画面是这样配置的，如图2所示：回放画面左边部分配置为三维视景画面，右上部分配置为虚拟平显画面，右下部分配置为定制参数画面；

优选的，典型的四分区回放画面是这样配置的，如图3所示：回放画面左上部分配置为三维视景画面，左下部分配置为实拍视频画面或者时间历程曲线画面，右上部分配置为虚拟平显画面，右下部分配置为定制参数画面。

以某一试飞数据回放系统为例，具体实施方式如下：

选用Flightgear飞行视景软件，回放系统与Flightgear通过网络进行数据交互，采用UDP通讯协议。

回放系统的数据读取解析模块将文本文件形式或二进制文件形式的试飞数据读取解析，并加载至计算机的内存中。

回放系统的数据关联配置模块将Flightgear中所需的飞行参数与试飞数据中相应的参数映射起来，并将这种映射关系保存为本地的一个xml配置文件，方便再次使用。

回放系统的通讯配置模块用于配置Flightgear的IP地址和端口号，并对Flightgear启动时选用的飞机模型、飞机初始高度、飞机初始航向等进行初始化设置。

回放系统的数据截选模块可从飞行参数的时间历程曲线图上截选特定的时间段，在进行回放时回放系统仅回放截选的指定时间段的飞行过程。

回放系统的回放画面模块把回放画面配置为典型的三分区形式。左分区子画面显示的Flightgear的三维视景画面，右上分区子画面显示的是虚拟平显画面，右下分区子画面显示的定制参数画面，定制参数包括操纵杆位移、脚蹬位移、迎角、侧滑角、偏航速率。

回放系统的回放控制模块可以控制回放的开始、暂停和停止，拖动回放进度，控制倍数播放和慢速播放。

回放系统的视频生成模块可以将回放画面的回放过程中录制为视频，并输出为rmvb、avi、mp4等常用视频格式文件。

回放开始时，根据数据关联关系，回放系统从试飞数据中取出相应参数，定时向Flightgear发送UDP报文驱动Flightgear画面更新，同时同步刷新虚拟平显画面和定制参数画面，实现飞行过程的动态回放。