北京四維灝景科技有限公司成立于2001年,總部設(shè)在北京中關(guān)村高科技產(chǎn)業(yè)園,是一家以虛擬現(xiàn)實設(shè)備、視景仿真軟件為主營業(yè)務(wù)的科技型公司。公司集中了一批優(yōu)秀的擁有多年實際工作經(jīng)驗的工程技術(shù)人員。
公司擁有一支知識新穎、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)驗豐富的高效率的管理體系和高素質(zhì)的專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊,擁有深厚質(zhì)樸的企業(yè)文化底蘊;從事新產(chǎn)品開發(fā)、系統(tǒng)集成和安裝調(diào)試。多年來四維灝景科技先后通中國高新企業(yè)證書,中關(guān)村高新企業(yè)證書;同時申請獲得多項軟件著作權(quán)。公司在電子沙盤、互動投影、增強(qiáng)現(xiàn)實、虛擬成像、多點觸控、動感4D/5D影院、虛擬仿真、體感互動、數(shù)字簽名、液晶拼接、三維動畫制作、互動軟件開發(fā)、多媒體智能中控等多媒體展覽展示技術(shù)領(lǐng)域積累了豐富的行業(yè)經(jīng)驗。
視景仿真系統(tǒng)是飛行仿真系統(tǒng)中非常重要和關(guān)鍵的一個分系統(tǒng),可為飛行人員提供訓(xùn)練時真實的座艙外景象,約70%的有用信息。在模擬飛行過程中實現(xiàn)目標(biāo)和視景的圖形解算。視景系統(tǒng)的圖像生成和顯示質(zhì)量直接影響訓(xùn)練的效果。
整個飛機(jī)訓(xùn)練模擬器的視景仿真系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成,其中硬件系統(tǒng)由視景生成硬件系統(tǒng),投影系統(tǒng)等組成;如軟件系統(tǒng)由模型庫和仿真驅(qū)動組成。
投影&顯示方案
視景系統(tǒng)分類按照不同的標(biāo)準(zhǔn),可以有多種分類。
1顯示器顯示(Moinitor display)
顯示器顯示是用電視機(jī)或計算機(jī)顯示器直接顯示視景圖像的方式。這種方式的優(yōu)點是整個系統(tǒng)簡單,體機(jī)小,重量輕,安裝方便,靈活,造價低。缺點是分辨率,視場角等指標(biāo)受顯示器限制;另外,圖像縱深感不足,對眼點的位置要求嚴(yán)格,模擬效果差。在規(guī)模較小或?qū)χ亓,安裝尺寸等條件要求比較苛刻的飛行訓(xùn)練裝置中應(yīng)用這種方式比較多。例如在基于人用離心機(jī)的動態(tài)飛行訓(xùn)練模擬器基本采用這種方式的視景系統(tǒng)。
2投影顯示(Direct projection display)
在要求寬視角,特別是對垂直現(xiàn)場要求比較人的訓(xùn)練模擬器中經(jīng)常采用投影式的視景系統(tǒng)。由球幕建筑物,投影機(jī)及訓(xùn)練平臺,采用10臺投影機(jī),水平拼接,水平視野270°,垂直視野80°
該系統(tǒng)的最大優(yōu)點是可以得到很大的觀察視野,尤其在垂直方向上具有其他系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)勢。另外眼點到球幕之間的距離可以放得較大,兩眼之間得視差基本可以忽略,圖像縱深感較強(qiáng)并且更具有真實感,訓(xùn)練效果較好。其主要缺點是需要建造具有球幕得大型建筑物,并且對建筑物得精度要求嚴(yán)格。另外在球幕上進(jìn)行實像顯示,圖像得幾何失真問題需要重點考慮得問題。
3.分光鏡準(zhǔn)直顯示(Collimated monitor display)
主要包括顯示器,分光鏡以及球面準(zhǔn)直鏡等部組件。顯示器圖像發(fā)出的光線經(jīng)過兩次反射和一次透射到達(dá)眼點,這樣人眼觀察到的圖像是經(jīng)過準(zhǔn)直鏡適當(dāng)會聚后的圖像。根據(jù)不同球面準(zhǔn)直鏡的光學(xué)曲率半徑,該系統(tǒng)可以提供距眼點距離不等的視景虛像。
系統(tǒng)的主要優(yōu)點是當(dāng)眼點處于光軸附近時,頭部在一定范圍內(nèi)的活動不會對觀察效果產(chǎn)生過大的影響,為訓(xùn)練員提供一個類似遠(yuǎn)處真實景物的感覺。但是這種系統(tǒng)也存在一定的缺點,一是亮度偏低,二是視景系統(tǒng)視場角較小,這是目前制約虛像投影顯示系統(tǒng)發(fā)展的主要瓶頸
4.背投準(zhǔn)直顯示(Back projected collimated display)
背投準(zhǔn)直顯示,也稱作廣角無限遠(yuǎn)顯示設(shè)備(Wide angle infinity display equipent),主要由投影機(jī),背投屏幕及球面準(zhǔn)直鏡等部分組成。該系統(tǒng)也是為訓(xùn)練員提供較遠(yuǎn)距離的虛像。同分光鏡式準(zhǔn)直系統(tǒng)相比,當(dāng)訓(xùn)練員眼點遠(yuǎn)離系統(tǒng)光軸時,所觀察到圖像的畸變較小,訓(xùn)練員的眼點可在更大的范圍內(nèi)活動,另外在水平方向可得到更寬的觀察視野。由于這種準(zhǔn)直鏡的制造遠(yuǎn)比分光鏡形式的準(zhǔn)直鏡困難,所以系統(tǒng)造價也比分光鏡準(zhǔn)直系統(tǒng)高很多。
5.頭盔顯示器顯示(Helmet mounted displays,HMD)
頭盔顯示器從產(chǎn)生到現(xiàn)在經(jīng)過30多年的發(fā)展,已取得了巨大進(jìn)步和廣泛應(yīng)用。隨著微型液晶顯示器,VR等技術(shù)的發(fā)展,HMD在現(xiàn)代數(shù)字化部隊的裝備中的逐步普及,并迅速在飛行訓(xùn)練模擬技術(shù)中占據(jù)了重要地位。在HMD中,佩戴者通過眼前的目鏡觀察視境圖像。目前HMD的光學(xué)系統(tǒng)分為全投入式或半投入式全投入式將顯示器件的圖像經(jīng)放大,畸變像差的矯正以及中繼等光學(xué)系統(tǒng),觀察者眼前呈放大的虛像。半投入式是經(jīng)過矯正放大的虛像投射到觀察者眼前的半反半透的光學(xué)玻璃上,這樣顯示的圖像就疊加在透過玻璃的外界圖像之上,觀察者可以同時得到計算機(jī)生成的圖像信息和外部環(huán)境信息。
HMD視景系統(tǒng)的最大優(yōu)點是體機(jī)小,重量輕,很容易在各種狹小空間內(nèi)使用。由于顯示的視景圖像可以跟隨頭部及眼球的運動進(jìn)行同步更新,所以理論上不存在觀察視野的限制,可以獲得較好的模擬效果。但是在當(dāng)前技術(shù)水平下,由于計算機(jī)計算能力,顯示器件圖像刷新率以及頭盔制造工藝等條件限制,HMD在佩戴舒適感等人類工效指標(biāo)上還存在一定差距,尤其當(dāng)長時間使用會出現(xiàn)頭暈,惡心等不適癥狀。
球幕投影設(shè)計方案
一般的視景仿真的現(xiàn)場區(qū)域主要集中在水平角度上,而且技術(shù)和成本因素限制了視場角的大小,根據(jù)訓(xùn)練模擬器的需要,所實現(xiàn)的為大視場角度視景仿真,并且主要的視場角度集中在下半部分。
投影顯示系統(tǒng)配置:局部球形屏幕,一套顯示安裝構(gòu)架,六臺投影器,包括鏡頭和固定位置。
投影機(jī)鏡頭的”Projection Distance/Image Width”指標(biāo)決定了投影機(jī)距離屏幕的安裝位置
投影機(jī)鏡頭離屏幕距離 = 屏幕亮度 X “Projection Distance/Image Width”。
采用的投影機(jī)的不同,其”Projection Distance/Image Width“指標(biāo)也不同
球幕半徑
對于一個用于視景仿真的具有沉浸感的投影系統(tǒng)而言,如果球幕的半徑太小,觀察者會感到很壓抑,降低了沉浸感;如果球幕半徑太大,一方面對投影機(jī)的分辨率,亮度要求高,另外一方面增加了球幕的制造難度,也將大幅度增加整個投影系統(tǒng)的費用。
投影機(jī)與屏幕布局
由于視場角度較大,特別投影的區(qū)域主要集中下視場,訓(xùn)練模擬器的實體對投影光路的遮擋,對于投影機(jī)的安裝位置提出了很高的要求。
由于座艙的下部上方為視景仿真的重點,因此投影機(jī)的布局上應(yīng)以座艙下部上方為基準(zhǔn)。投影機(jī)與屏幕布局
圖中的數(shù)字為對應(yīng)的投影機(jī)編號;緦崿F(xiàn)了180度水平視場角和130度垂直視場角
投影機(jī)1,2,3負(fù)責(zé)球幕的上半部分投影,投影機(jī)4,5,6負(fù)責(zé)球幕的下半部分投影。
重疊部分用于邊緣混合處理。坐標(biāo)系以視點(球幕的球心)為原點。投影機(jī)布局側(cè)視圖。
在設(shè)計弧形/柱型屏幕的投影系統(tǒng)時,除了需要考慮投影機(jī)的X,Y,Z坐標(biāo)外,每一臺投影機(jī)還要考慮以下參數(shù):Projection Distance/Imager Width,Yaw,Pitch,Roll。
Projection Distance/Image Width:投影機(jī)鏡頭離屏幕距離與屏幕亮度的比值。
Yaw:在三維空間中,投影機(jī)繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角度。
Pitch: 投影機(jī)鏡頭軸線沿重心上下俯仰的角度
Roll:投影機(jī)沿鏡頭軸線旋轉(zhuǎn)的角度