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2024年6月28日发(作者：)
Microcomputer
Applications
Vol.
36
,
No.
9,2020
基金项目
微型电脑％用
2020
年第
36
)第
9
期
文章编号
:
1007-757X(2020)
09-0008-04
基于
Unity
的
VR
模拟飞行软件设计
惠铎铎
】
，
马进
】
，
胡文东
x
柳平
2
(1
.第四军医大学航空航天医学院
，
陕西西安
710032
；
2.
重庆交通大学航空学院
，
重庆
400074
)
摘
要
：
为了改善模拟飞行的操纵感和体验感
，
使模拟飞行更加贴近真实飞行
，
更好的为航空飞行服务
，将
VR
技术应用于模
拟飞行软件开发中
，
用户通过外接交互设备
，
使模拟飞行与虚拟现实技术结合起来
，实现模拟飞行过程体验和操控质感的飞
跃
。
本文详细的介绍了软件的设计流程及核心关键技术要点
，
同时给出源代码及解释
。
该软件较传统的模拟飞行软件在操
纵感和体验感有了较大的提升
，
可进一步应用于航空飞行的训练选拔中#
关键词
：
Unity
；
模拟飞行
；
VR
中图分类号
：
TP311.
5
文献标志码
：
A
Design
of
VR
Simulation
Flight
Software
Based
on
Unity
HUI
Duoduo
1
,
MA
Jin
1
,
HU
Wendong
1
,
LIU
Ping
2
(1.
School
of
Aerospace
Medicine,
the
Fourth
Military
Medical
University,
Xi'an
710032,
China
；
2.
Aviation
Academy
,
Chongqing
Jiao
Tong
University
,
Chongqing
400074
,
China
)
Abstract
:
In
order
to
improve
the
sense
of
control
and
experience
of
simulated
flight
,
make
simulated
flight
closer
to
real
flight
,
andbe
t
eHseHveaviationflight
!
thisaHtian
connectexteHnalinteHactiveequipmenttomakecombinationofsimulatedflightandviHtualflightHealistictechnologytoachievea
ticledetailsthesoftwaHedesignpHocessandcoHekeytechnicalpoints
!
edwiththetHaditionalflightsimulationsoftwaHe
!
thesoft-
waHehasgHeatlyimpHovedthesenseofcontHolandexpeHience
!
andcanbefuHtheHappliedtothetHainingandselectionofavia-
ionflight.
Keywords
:
unity
；
simulatedflight
；
VR
与真实场景在视觉
、
听觉
以及触
觉
等方面及其相似的
虚
拟场
景的计算机
技术
，
用户通过
必
要的交互设备
，
在虚拟
场景中
0
引言
模
拟飞行也可
以
称做飞行模拟
，
是
指通过
计算机软件及
进行交互操作
，
达到身临其境的效果
，
具有强大的沉浸性、
交
互性和构想性等特征&将该技术应用到模拟飞行领域中
外部硬件设备来对真实世界飞行中所遇到的各种元素
，
例如
空气动力
，
地理环境
，
飞行操控系统等
，综合在计算机中进行
仿真模拟
，
并通过外部硬件设备进行飞行仿真操控和飞行感
官回馈的一
项事物&模
拟飞行
是依
托
计算机硬件和软件
技
术
，
应用互联网
、
局域网环境，
进行近似于真实的真飞机的仿
将大大提高模拟飞行设备的性能
，
使模拟飞行设备更加贴近
真实飞行
，
增强操纵体验的真实感
，
将大大提高应用飞行模
拟器进行教学
、训练等的效率⑷
&
真飞行操作技术的运动
+
1
,
&高度仿真和互动性强是模拟飞
行
最显著
的特点&模
拟飞
行十分经济
，
所使用
的器材仅仅
是
1
软件设计
该软件是应用
Unity
Technologies
公司的游戏引擎
U-
nity
开发的
，
Unity
提供了一个功能齐备
、
容易操作的开发环
普通的家用
PC,
辅
以价格低廉的
游戏摇杆
等
，
使经费大大低
于实际航空飞行
&
而模拟飞行和真实飞行的基础训练具有
融通性
，
航空领域专家认为模拟飞行是进行真实飞行基础训
境
，
帮用户轻松创建如三维视频游戏
、
建筑可视化、
实时三维
动画等类型互动内容
，
是一个全面整合的专业游戏引擎
+
5
,
&
练的最
好途径&模
拟飞行还有更
加的现实作用是引
导青少
年投身航空事业
，
为国家
储备更多的航空人才⑵&
VR(Virtual
Reality
)
即虚
拟现实技术
，
是一种能够产生
基金项目
：
民航联合研究基金
(U1733101
)
它可以利用交互图形化开发软件
，
可运行在
Windows
和
Mac
OS
操作系统下
，
开发出来的软件可发布至
Windows
、
Android
等多个平台⑹&
作者简介
：
惠铎铎
(
1986-
),
女
，
硕士
，
助理研究员
，
研究方向
：
虚拟现实技术
&
马进
(1
978-),
男
，
博士
,
副研究员
，研究方向
：
航空航天医学
&
胡文东
(1964-
),男
，
博士
,研究员
，研究方向
：
航空航天医学
&
通讯作者:柳平
(1984-
),
男
，
硕士
,讲师,
研究方向：
航空航天动力学
。
・
8
・
Microcomputer
Applications
Vol.
36,
No.
9,2020
基金项目
微型电脳％用
2020
年第
36
)第
9
期
本软件是应用
Unity
自带的
C!
脚本语言开发
，
要求开
发和部署电脑的
名
选
择
航
始
，
程序将初始化模拟飞行场景参数
的
候
!
点
击
开
开数据库
&
初始
置为独立显卡
，
4G
内存
，
主频为
3.
4
赛钛客
X52pr
。
和赛
的虚拟现实头戴设备索
GHz,Unity
开发版本为
5.1.1
。
软件的硬件部分由
2
操
纵杆和油门杆以及脚舵组成
，
分别
钛客
Rudder
Peddal
,
同时还
尼
HMZ-T1,
如图
1
所示
&
图
4
UI
设计
化模拟飞行场景参数包括场景地图的建立
、
飞机模型的预
制
、
飞行航线的
&
预
void
Start
O
图
1
赛钛客
X52pro
和赛钛客
Rudder
Peddal
数
：
{
PublicApplicationData.
verticallevel
=
50
*
PublicApplicationData.
horizontalleve
=
100
；
roudwid
=
5f
；
PreSetO
；
软件设计流程
2
&
CHeateData
O$
；
CreateUpmesh#
"
roud"
,
roudface
,
roud
,
physicmate
rial,
false)
；
CreateUpmesh
(
"
roudV"
,
roudface
,
roudV
,
physic-
mateHial
false
,
)
；
置
预
场景
。
0
在
Unity
中
，
StatO
函数是在加载场景后只运行一次的
数
,
该
数
以
软件塑造
虚拟现实的三维立体
虚拟
条
，
该
是
1.3
模拟真实的机场创建，
在机场
该航线的参数来源
的航线
,
模拟飞行过程中
，
油门杆控制飞机的飞行速度
，
游戏
实的飞
数
。
操作者通过操纵游
杆和脚舵控制飞机的飞行方向
控制飞机的
,
态
，
其中
游戏杆表
戏杆
，
油门杆和脚舵来控制飞机模型沿着航线飞行
&
航线的
置总共分为
5
种
，
这
5
种航线的难易程度是等效的
&
每选
择一种航线的模拟飞行时间是
5
分钟
，
5
分钟结束的时候程
游戏杆表示控制飞机的滚转
，
脚舵控制飞机的偏航角
。
在飞行过程中
，
数据库打开
，
实
时采集飞行数据
，
采集数据的频率为
0.
2
秒
/
次
，
采集数据的
样本是飞机模型的重心与飞行航
序退出
&
1.1
的
。
在模拟飞
模
。
5
中
运行程序后登录界面
，
如图
3
所示
&
虚拟现实头戴设备索尼
HMZ-T1,
选择并排
,
实
现
维场景
飞
。
模
拟
飞
的
场景
,
欢迎参加测试
欢迎参加测试
图
3
登录界面
被试
姓名
选择
，
点击开始就可以
・
图
5
模拟飞行场景界面
测试
，
点击退出则可以退出程序
。
轨迹的选择从
15,
难度由
模拟飞行过程中对飞机操纵的源代码如下
：
void
FixedUpdate
O
高
，
随着难度的增加
，
轨迹的坡
大
，
弯
E
渐
。
界面设计使用
Unity
自带的
NGUI,NGUI
是严格遵循
KISS
原则并用
C!
编写的
Unity
插件，
提供强大的
UI
系统
{
Control
CaculateParameters
和事件
框架
+,
。
NGUI
完全集成到
Inspector
能
中
，
不
O$
；
AddForceAndTouque
O$；
数及加载力
O$
；
要点击
Play
按
Root
为
UI
游戏
1.2
果，
在场景
中
的就
0
在
Unity
中
，
FixedUpdate()
函数在每固定时间内刷新一
是在游戏
中
的
&
每一个
UI
场景，
都是以一个
U-
的根
&
中点击
“
NGUI
”
+
次
。
该函数在固定时间内计算舵面偏角
、
飞
和力矩
&
1.4
数据的采集
“
Create
”
+
“2D
UI
”
，
本软件中
UIRoot
设计
，
如图
4
所示
&
场景参数初始化
・
9
・
Microcomputer
Applications
Vol.
36,
No.
9,2020
基金项目
微型电脳％用
2020
年第
36
)第
9
期
本软件的数据库是采用
Access2007
数据库
，
在数据库
中包含两张数据表包括基
2.
2
飞机飞行动力模型
表
(basicMessage)
和测试数
本程序的飞机模
航飞行气动模型
，
在程序初始
体
，
同时预设飞机各项飞
数
&
据记录表
(testRecord)
,
basicMessage
表记录了操作者的姓
化时
！
飞机模
名和选择的航线轨迹
，
testRecord
表记录了飞机模型的重心
与飞行航
始时的
获取飞机模型冈
」
体代码
planeRigi
=
this.
GetComponent
；
在飞机飞行过程中
，
计算机实时获取飞机各
的
，
以及记录该数据
6
&
程序运行开
项操纵值
！
RoudNum
•
Calculatdloi
游戏杆横向
、
纵向操纵杆量
dx
、
dz,
以及
erticalLevel
~
Tine
舵的量
dy
。
dx
=
-Input.
GetAxis
(
"X"
)
；
dz
=
Input.
GetAxis("Z")
；
dy
=
Input.
GetAxis("Y")
；
图
6
数据库表信息
计算飞机的副翼偏角
、
平尾偏角
、方向舵偏角
，
以及由油门
杆位置计算动力系数
&
dx
=
-dx
-
45
；
dz
=
dz
*
35
；
dy
=
-dy
*
25
；
2
关键技术
2.
1
VR
虚拟现实技术
为了使模拟飞行场景更加贴
实的飞
！
采
虚拟现实技术
，
利用计算机模拟人的双眼立体视觉
，
人
的双眼
以能够感
两眼的
眼
体的
远
置
，
是因为人的
dp
=
-Input.
GetAxisCPower"
)
+
1
；
，左眼
的物体稍微偏左侧
，
右
计算
动力的方程为
Y
=
(Cy0
+
Cya
*
aDeg
+
Cywy
*
wy
+
Cydz
*
dz)
*
pf
；
体稍微偏右侧
，
经由视神
大脑
，
再由大脑将
两个影像整合成
立体影像
+,
。
软件开发
场
景中设置两
机
，
模拟人的两只眼睛
，
两
机之间
X
=
(Cx0
+
Cxa
*
aDeg
*
aDeg
)
*
pf
；
Z
=
Czb
*
bDeg
*
pf
*
的
模拟人的
模
，作为其的子物体
置方
7
&
的
&
机加
飞机
P
=
Pd
*
dp
*
飞机模型的后方
［
10
］
，
具体设
其中
，
Y
为升力
、
X
为阻力
、
Z
为侧力、
P
为推力
&
Cy0
为零升
力系数
，
Cya
为
升力系数
,
aDeg
为
，
Cywy
为
升
力系数
，
wy
为偏航角速度
，
Cydz
为平尾升力系数
，
dz
为平尾
偏转角
，
pf
为气动力
，
Cxa
为阻力系数
，
Czb
为测力系数
,
bDeg
为侧滑角
，
Pd
为推力系数
，
dp
为油门位置
&
Fx
=
P
-
Mathf.
Cos(aRad
)
-
X
；
F
y
=
P
-
Mathf.
Sin(aRad)
+
Y
；
Fz
=
Z
；
Fx
为机头方向的力
，
Fy
为机背方向的力
，
Fz
为机翼方向的
图
7
摄像机与
飞
机模型之间的关系
力
。
计算气动力矩
：
mx
=
(mxb
*
bDeg
+
mxwx
*
wx
+
mxwy
*
wy
+
mxdx
*
dx
+
mxdy
*
dy
)
*
pf
*
b
；
my
=
(myb
*
bDeg
+
mywx
*
wx
+
mywy
*
wy
+
摄像机位置
的设置
8
、
图
9
:
。
mydx
*
dx
+
mydy
*
dy
)
*
pf
*
b
；
mz
=
(mz0
+
mza
*
aDeg
+
mzda
*
da
+
mzwz
*
wz
+
mzdz
*
dz
)
*
pf*
c
*
mx
为滚转力矩
,my
为偏航力矩
，
mz
为
力矩
&
mxb
为侧
转力矩导数
,mxwx
为滚转
系数
，
wx
为滚转角速
,
mxwy
为
偏
航
转
力
矩
系
数
,
wy
为
偏
航
速
,
mxdx
为
副翼偏航力矩系数
，
dx
为副翼偏转角
，
mxdy
为方向舵滚转
using
Unity
Engine
；
using
System.
Collections
；
publicclassCamraControl
:
MonoBehaviour
{
力矩系数,
dy
为方向舵偏转角
，
mza
为
mzda
为
力矩导数
,
化
力矩导数
,da
为
化率
，
mzwz
为
系数
，
dz
为平尾偏转角
，
b
为翼展，
c
为平均气动
publicCameracamra
*
publicGameObject
target
；
长
&
飞机加
力
力矩
:
Force.x
=
Fz
；
publicRigidbody
rigi
；
voidStaHt
()
{
Force.y
=
Fy
；
Force.z
=
Fx
；
Torque.
x
=
Mz
；
Torque,
y
=
My
；
rigi=
target.
GetComponentVRigidbody
〉
()
；
Torquez
=
Mx
；
10
Microcomputer
Applications
Vol.
36
,
No.
9,2020
planeRigi.
AddRelativeForce
(
Force,
基金项目
ForceMode.
微型电脑％用
2020
年第
36
)第
9
期
起落架模型设计制作
[J]
计算机工程应用技术
,
Force)；
planeRigi.
AddRelativeToHque
(
ToHque
,
FoHceMode.
2019
，
15
(
3
):
264-265
[
4
]
Yu-Cheng
Lin
,
Yen-Pei
Chen
,
Huey-Wen
Yien
,
et
al
FoHce)*
IntegratedBIM
，
gameengineandVRtechnologiesfor
healthcaredesign
:
Acasestudyincancerhospital
[
J
(
3
总结
对基于
unity
的
VR
模拟飞行软件的软件需求和软件设
AdvancedEngineeringInformatics
，
2018
(
36
):
55-58
[
5
]
宣雨松
.
Unity3D
游戏开发
[M]
.
北京
：
人民邮电出
计进行了详细的说明
，
同时对开发过程中的几个关键问题进
行详细的阐述
。将
VR
引入模拟飞行软件的开发中
，
是让新
兴的技术融入模拟飞行中，
为该领域增添新的血液和动力
,
增强人们的模拟飞行体验
，
更好服务人类具有重要的意义&
版社
，
2012
：
108-113.
[
6
]
曲小宇.民用飞机模拟飞行软件研究[J
]
软件导刊
,
2016
，
15
(7
)
：
115-117
[
7
]
王爱军
，
李中永
，颜世波.基于
Unity3D的博物馆虚拟
在下一步工作中
，
在与真实飞机操纵感之间的对比中
，
进一
步改进技术
，
缩小两者之间的差距
，
使该软件可用于飞行员
漫游系统设计
[J
]
湖南工程学院学报
，
2019,29
(1
)
：
49-53
[
8
]
惠铎铎
，
沈超
，
马进
，
等.基于
Unity
的团队绩效测评
选拔和训练中&
参考文献
软件开发电子测试
，
2014,10(305
):
151152.
[
9
]
张利利
，
李仁义
，
李晓京
，
等.
Unity3D
与数据库通信
[
1
]
惠铎铎
，
马进
，
张•利，
等.飞行团队协作能力测试系
统研究与开发[J
].
微型电脑应用
，
2019,35(5):810.
方法的研究
[J
]
计算机技术与发展
，
2014,3
(24
)
：
229-231
[
0
]
张志安.基于
VR
技术的虚拟校园系统的设计与实现
[
2
]
惠铎铎
，
马进
，
柳平
，
等.基于
VR
技术心理测试软件
开发
[J
].
计算机技术与发展
，
2018,28(2)
：
188-190.
[
3
]
张雪峰
，
施
T
，
朱正
，
等.基于
VR/AR
的初教六飞机
(上接第
7
页
)
[J]
光子学报
，
2011,5(40)
：
769-772.
(收稿日期
：
2019.06.24
)
3
总结
本文设计基于
PLC
的高精度伺服控制系统进行位置检
适应
抓取研究
[]
.
工
程设计
学报
，
2019,26
(4
)
：
452-460
[
9
]
ZhaoX
!
Jin
H
Segmented
Variable
UniverseFuzzy
IterativeLearningControlforPermanentMagnetLin-
earSynchronous
MotorServo
System
[
J
]
Transac-
tionsofChinaElectrotechnicalSociety
!
2017
!
32
(
23
)
：
测
，
通过
PLC
控制伺服驱动器驱动二维
工作
台
实
现位置检
测
，
PLC
控制单元采用复合非线性反馈控制律
，
将线性与非
线性反馈相结合
，
分别实现快速的系统响应与超调抑制
，
以
此提升系统位置检测过程的瞬态性能
&
实验结果显示本文
系统位置检测误差与抗噪性能均优于对比系统
&
9-15
[
10
]
ZexiaoLi
!
Fengzhou
Fang
!
Xiaodong
Zhang
!
et
al
Highly
e
f
icient
machining
of
non-circularfreeform
optics
using
fasttoolservo
assisted
ultra-precision
参考文献
[
1
]
郭秦阳
，
施光林
，
王冬梅.间歇激励条件下电液伺服
系统的复合自适应控制
[]
.
上海交通大学学报
，
2019
，
53
(
6
):
639-646.
turning]
〕
]
.
Optics
Express
,
2017
,
25
(21)
：
25243
-
25256
[
2
]
金鸿雁
，
赵希梅
.
基于
Sugeno
型模糊神经网络和互
补滑模控制器的双直线电机伺服系统同步控制
[]
.
电工技术学报
，
2019,34(13
):
27262733.
[
3
]
许亚军
.
汽车底盘测功机控制系统测试仿真
[]
.
微
型电脑应用
，
2019,35(6
)
：
156160.
[
4
]
王丽君
.
电气控制系统研究价值及数控机床电气控
制系统优化设计
[]
.
微型电脑应用
，
2019,35
(6
)
：
102-104
[
1
]
胡建平
，
常航
，
杨丽红
，
等
.
自动移栽机整排取苗间
隔投苗控制系统设计与试验
[]
.
农业机械学报
,
2018
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(
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)
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XZhao
!
Y Wu
AdaptiveBacksteppingSliding
Mode
Control
for
PMLSM
Based
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Multi-Segment
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J
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G
Meng
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Y
Yuan
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L
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!
etal
A
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Based
on
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and
Dis-
turbanceObserver
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technicalSociety
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(收稿日期
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15
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11
・
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