空间试验及仿真可视化通用支撑平台的研究与实现

论文摘要

航天试验是一项大规模的综合性很强的科研试验,具有高投入、高风险的特点。仿真理论和方法,仿真试验结果在航天试验整个过程中起着重要的支撑作用。航天试验及仿真可视化是航天试验及仿真的一个重要组成部分,能够形象、直观地展现空间目标运动及地面设备工作情况,便于航天试验或仿真时对问题进行定位及分析研究。本文针对航天试验及仿真中的可视化需求分析,提出并实现了一个基于OpenGL的航天试验及仿真可视化支撑平台。本论文共分为五章。第一章为绪论,简要介绍了课题背景,可视化的概念和国内外研究现状以及可视化在航天领域中的应用。第二章对空间试验及仿真可视化的需求进行了分析,论述了该可视化支撑平台系统的开发环境和总体结构。第三章介绍了该可视化支撑平台的重要基础部分——场景组织管理的设计与实现,并对空间试验及仿真可视化中经常遇到的飞行器抖动问题进行了分析,给出了解决思路和具体的实现方法。第四章阐述了该可视化支撑平台的软件实现,详细说明了该平台的软件结构和主要模块的功能与设计实现。第五章对论文的研究工作进行了总结和展望。空间试验与仿真可视化支撑平台已应用于总装跟踪与通信研究所某空间试验任务和某空间任务演示验证,航天科技集团12所,14所和航天科工集团17所相关航天任务仿真系统,具有较大的现实意义和应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 可视化的概念及其国内外研究现状
• 1.2 可视化在航天试验及仿真中的应用
• 1.3 课题背景及项目来源
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 空间试验及仿真可视化总体分析
• 2.1 需求分析
• 2.2 功能描述
• 2.2.1 三维场景可视化子系统功能描述
• 2.2.2 二维态势可视化子系统功能描述
• 2.2.3 综合配置功能
• 2.2.4 数据记录和回放功能
• 2.3 开发环境
• 2.3.1 硬件环境
• 2.3.2 软件环境
• 2.3.2.1 OpenGL
• 2.3.2.2 Direct3D
• 2.3.2.3 MultiGen-Creator
• 2.3.2.4 GLUT
• 2.3.2.5 OpenGL Peformer
• 2.3.2.6 OpenGVS
• 2.3.2.7 Mantis
• 2.3.2.8 Vega
• 2.3.2.9 CG2 VTree
• 2.3.2.10 Open Scene Graph
• 2.3.3 开发平台的选取
• 2.4 系统结构
• 2.4.1 可视化系统组成
• 2.4.2 三维节点数据流图
• 2.4.3 二维节点数据流图
• 2.5 小结
• 第三章 场景组织与管理
• 3.1 场景图简介
• 3.2 场景组织与管理设计
• 3.2.1 面向对象支持库
• 3.2.2 场景管理库
• 3.2.3 辅助库
• 3.3 飞行器抖动问题
• 3.3.1 原因分析
• 3.3.2 解决思路
• 3.4 小结
• 第四章 空间试验及仿真可视化通用支撑平台的设计与实现
• 4.1 程序结构
• 4.1.1 基本算法库
• 4.1.2 三维场景通用模块
• 4.1.3 二维态势通用模块
• 4.2 OpenFlight 文件接口
• 4.2.1 OpenFlight 数据格式及OpenFlight API 简介
• 4.2.1.1 OpenFlight 数据格式简介
• 4.2.1.2 OpenFlight API 简介
• 4.2.2 OpenGL 读取渲染接口的实现
• 4.2.2.1 数据结构
• 4.2.2.2 数据库读取
• 4.2.2.3 三维模型渲染
• 4.3 在OpenGL 程序中使用TrueType 字体
• 4.3.1 点阵字体
• 4.3.2 TrueType 字体
• 4.4 特殊效果
• 4.4.1 探测波束特殊效果的实现
• 4.4.1.1 圆锥体的绘制
• 4.4.1.2 一维纹理的定向移动
• 4.4.1.3 类封装及参数调节
• 4.4.1.4 渲染效果图
• 4.4.2 发动机尾焰特殊效果的实现
• 4.4.2.1 规则三维几何体的定义
• 4.4.2.2 形体扰动
• 4.4.2.3 非透明度扰动
• 4.4.2.4 色彩模拟
• 4.4.2.5 类封装及参数调节
• 4.4.2.6 渲染效果图
• 4.5 GIS 数据文件接口
• 4.5.1 MapInfo 数据文件
• 4.5.1.1 MIF 文件格式
• 4.5.1.2 MID 文件格式
• 4.5.2 程序接口及渲染效果图
• 4.6 拾取功能的实现
• 4.6.1 对象选择的操作流程
• 4.6.2 对象选择的OpenGL 函数
• 4.6.3 选中数组的结构
• 4.6.4 多个对象同时被选中时的处理
• 4.7 小结
• 第五章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表论文情况