摘  要

 

人工智能技术融合到传统行业的各个领域，催生出新的产品、产业和业态，进行人工智能通识教育已经成为国家经济建设和人才培养的迫切需要。其中，无人机集群是多智能体协同的重要载体和测试场景，但在现实中，无人机的实物操作较难大规模展开。大规模集群变换难以在室内完成，无人机配件众多、成本高，极易坠机，造成财产损失，可能还会造成一定的人身伤害，且人员管理不易，现场环境准备细节多，周期过程长，专业人员需全程参与。为帮助不同学科背景的学生了解抽象的算法和模型，我们将人工智能技术融入应用系统，在动手实验中加深学生对方法、步骤和原理的理解。突破教学设施的时空限制，引入虚拟仿真实验，实验采用网页形式访问，实现对室内小型无人机的3D建模模拟。最终实现用户通过仿真平台体验真实场景的无人机集群编队表演开发。系统提供鼠标和键盘自由操作，用户能够设计编队阵型、规划灯光模式、查看飞行参数、记录操作过程，实现无人机阵列的旋转和缩放功能；通过可编程接口可以设置各项飞行参数，控制每架无人机飞行速度、方向和距离；系统可以对学生的操作进行评估，并展示评分结果。

本文主要讲解了上述的模拟系统如何在网页端运行，同时拆解系统每个部分所使用的技术架构，以及对算法的优化。最终的结果是一个极具移植性的线上虚拟仿真平台，可以帮助学生及老师更注重于无人机运行算法的设计而不是困扰于现实物质资源的限制或者场地的干扰因素。节省大量的时间成本和人力资源。

 

关键词：Django，Vue，Three.js，MySQL，无人机仿真

目  录

 

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国内研究现状 1

1.2.2 国外研究现状 2

1.3 研究的目的和意义 2

第二章 开发平台及相关技术介绍 3

2.1 软硬件与运行环境 3

2.2 MTV风格的web应用程序框架 3

2.2.1 模型层（Model） 3

2.2.2 模板层（Template） 3

2.3 渐进式JavaScript框架 4

2.3.1 MVVM设计模式 4

2.3.2 MVVM模式下系统的优势 4

2.4 运行在浏览器中的3D引擎 5

2.5 MySQL数据库 5

第三章 系统的总体设计 7

3.1 总体目标 7

3.2 系统功能性需求分析 7

3.3 系统非功能性需求 7

3.4 数据库设计 8

3.4.1 用户信息表 8

3.4.2 实验记录表 8

3.4.3 无人机表 8

3.4.4 灯光序列表 9

3.4.5 灯光信息表 9

第四章 系统的实现 10

4.1 登录模块设计 10

4.2 编队飞行模块设计 12

4.3 实验报告模块设计 15

第五章 系统测试 19

5.1 测试环境 19

5.2 功能性测试 19

5.2.1 登录模块功能测试 19

5.2.2 无人机飞行模块功能测试 19

5.2.3 报告模块功能测试 19

5.3 压力测试 20

5.3.1 登录接口压力测试 21

5.3.2 飞行模块压力测试 22

第六章 结论与展望 24

6.1 总结 24

6.2 不足展望 24

参考文献 25

致  谢 26