塔台模拟机主要利用虚拟现实的技术,根据训练计划和用户的输入实时的生成机场塔台的三维环境,为塔台管制人员提供训练用。本课题使用分布式实时视景生成技术实现了基于微机的沉浸式三维视景系统,并将这样的系统用于实现塔台模拟机的视景生成部分,以代替基于单机系统的SGI图形工作站。实验的结果表明,用微机构成的这样的系统的性能完全可以达到图形工作站的水平,而成本却大大降低。分布式系统可以聚集多台廉价计算机的处理能力以超越以往的大型机、巨型机才能达到的处理能力,而三维图形应用正是一种处理密集型的应用。但是实现分布式系统的困难也是明显的,其中包括任务的分配、数据一致性和通信的开销,而对于塔台视景这样需要实时交互的系统来说,在这些方面的困难显得更加明显,再加上基于成本和可维护性的考虑,我们往往不能选用高级实时分布式系统常用的技术(如映射内在网络和一些实时操作系统等)。因此,我们需要针对应用的硬件条件,合理设计算法,最大限度的回避分布式处理可能带来的不同步,响应慢等问题。本文通过介绍塔台模拟机的视景生成部分的设计和实现,描述了如何通过多台微机并行的渲染整个三维场景,以代替图形工作站。其主要的内容包括塔台模拟机中三维图形生成的原理,以及如何解决多台微机并行渲染场景所面临的同步问题。我们将塔台模拟机的视景生成部分的实现分为视景服务器和视景客户端两部分,在多个视景客户端中,使用多机分区域渲染的技术实现大范围的三维视景。在视景服务器和视景客户端的传输过程中,我们使用了信息丢失不敏感的网络传输方案和信息的分级传输方式,实现了视景显示的同步和视景响应的实时性。在视景客户端使用无缓冲区算法实现了渲染帧率的自动控制。 <WP=3>本文主要由以下的几个部分组成:第一部分介绍了塔台三维仿真系统的开发背景、目的、系统框架和各个组成部分,描述了基于工作站的塔台模拟机和基于微机的塔台模拟机在实现上的不同点。第二部分介绍了塔台模拟机三维视景生成的原理,主要包括三维图形开发包Vega和三维建模软件MutiGen-Creator的介绍以及如何用它们生成塔台模拟机的三维视景。这部分还介绍了塔台模拟机中雨、雪、爆炸、望远镜等特殊效果的实现原理。第三部分介绍了用基于微机的分布式实时视景生成技术实现塔台视景时,将塔台模拟机的视景生成部分分为视景服务器和视景客户端。这一部分描述视景服务器和视景客户端之间的通信方式。首先介绍了视景服务器和视景客户端之间传送的信息的数据结构和传送的时序,然后描述了信息不敏感网络的传输方案和信息分级传送的方案解决视景客户端的同步问题。第四部分介绍了用分布式的实时视景生成技术实现塔台模拟机视景生成部分的一些具体细节,讨论了一些实现上的问题的解决,并综合前面各个部分中的观点,给出了一个分布式实时视景生成系统的具体的实现。其中谈到了如何消除系统负载程度对视景服务器发送数据的影响,如何使用客户端无缓冲区的算法实现帧率的自动控制。在这一部分最后对由图形工作站构成的视景系统和由基于微机的分布式实时视景系统进行了对比。