基于flightgear的战斗机HUD显示界面布局优化设计研究文献综述

 2022-09-16 11:09

  1. 文献综述(或调研报告):

3.1 HUD设备发展现状与背景

随着战斗机作战性能的不断提高和作战任务的更加复杂化,对座舱信息的显示提出了更高的人机工效学要求。视觉是人与外部世界沟通最重要的感觉通道,因此,视觉和视觉显示器是人机系统中用得最多、作用最大的人机界面。在以往的视觉显示界面中,简单的单一元素视觉显示是主要的信息显示方式。观测者在正确感知到单一视觉显示元素反映的特定信息后就能够对人机系统进行有效的控制。而随着科技的发展,计算机的普遍使用,人机系统的复杂程度越来越高,视觉显示的要求也越来越高,多元视觉显示逐渐成为主要的信息显示方式。观测者是在对视觉显示界面进行监控的基础上,通过对所获得的多种来源信息进行推理和整合,从而对人机系统的整体状态做出正确的判断,解决突发事件,保证人机系统的正常运行和整体绩效。作为现代作战飞机火控系统、综合显示系统主显示器的平视显示器(head-up display,HUD),它把准直的字符信息投射到驾驶员正前方视场中,这种显示方法使得飞行控制和武器投放信息与通过风挡玻璃观察到的外部视觉信息组合在一起H]。飞行员观察HUD时,主要通过认知视觉显示画面中的单个信息符号或多信息综合表征获取有意义的信息。速度、高度和航向是飞行员从HUD上获取的非常重要的信息,其显示可采用模拟刻度带、数字窗或模拟刻度带加数字窗等不同的显示方式,但各种方式对飞行员的认知究竟会产生怎样的影响,哪种格式更符合飞行员的使用要求,更能提高飞行员的操作工效,需要根据飞行员的认知特点和专业习惯,设计严密的工效学试验,对HUD视觉显示方案进行优化研究,才能得出明确的结论。[1]

3.2 使用OpenGL等非飞行动力学平台的HUD界面布局设计课题

目前国内外有很多使用OpenGL等适用于进行GUI设计的程序语言来进行的HUD界面布局的研究。但这些论文主要集中在其中如何使用OpenGL的进行诸如坐标变换、颜色混合、纹理映射和裁剪等技术,以及对其中的二维裁剪算法进行了深入研究和改进[2]。主要讨论方向与本课题重合度不高;也有使用GL Studio作为平台进行虚拟仪表的开发,从认知特性相关理论对仿真的虚拟仪表进行了设计,并也采用眼动仪进行了绩效测试[3][4][5]。

因为较难设计相对真实的飞行任务,通过使用非飞行动力学平台进行的测试相对较为简单,并且论文内容也主要集中在如何进行界面的优化搭建上。

3.3 HUD不同界面元素及其格式对于飞行员注意的优化研究

目前国内外对于HUD的各个特性对飞行员注意力影响较多。文献[6][7]主要研究了不同颜色的HUD字符对飞行员注视轨迹、注视时间、瞳孔直径等因素的影响。并给出 不同字符颜色下的实验数据与定性结论;文献[8]则研究了多方面的HUD告警因素设置对飞行员飞行状态的影响,包含了视觉闪烁、听觉告警、等多个方面;文献[9]则主要研究了飞行员对于控制面板上的汉字的不同字体在认知速度上的差别,并通过数据统计给出了定性结论;文献[10]则讨论了再多种界面元素下,如何通过某一种评价方式来评价不同的界面布局格式,具有很强的借鉴意义。

当然,也有很多综合性的讨论文献,综合讨论了告警信息等级、告警信息优先级、显示器北京色彩,字符大小、平视显示器上的符号等问题,并结合战斗机驾驶舱人机交互理论,给出了飞行员的信息加工模型,SHEL模型等,从而进行战斗机包括仪表盘在内的界面设计的研究,并在设计研究后使用SPSS进行眼动仪的注视序点与热点分析。最终给出不同界面下的绩效评估[10][11]。这对于本课题具有很强的流程借鉴意义。

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