摘要
仿真可视化技术是综合了计算机图形技术、计算机仿真技术、显示技术等多学科领域的新兴技术,现己广泛应用于航空、航天等视景仿真领域。软件开放机制是构建可扩展、可重用、灵活性强的可视化系统的基础,本文以对地观测卫星系统为重点研究对象,研究支持多星多载荷的视景仿真系统软件体系结构和仿真可视化技术。
本文在研究了空间技术、虚拟现实、仿真可视化等相关技术之后,重点对以下两个问题进行了讨论:1)视景仿真系统的软件体系结构设计;2)视景仿真可视化的实现技术。对于视景仿真系统的软件体系结构,本文通过对软件工程学中软件体系结构和设计模式的研究,对比分析传统视景仿真系统和目前主流视景系统的架构设计,综合目前视景系统的扩展需求,提出了一种基于MVC设计模式的视景仿真系统的体系结构,满足可视化系统的可视化要素的扩展和数据源的扩展需求,支持多星多载荷视景系统的实现。接着,本文对视景仿真系统可视化技术的实现进行了详细阐述。仿真可视化主要包括仿真环境制作和仿真驱动两部分。本文分别对其开发环境、视景数据库的构成和建立、建模环节中的关键技术、视景仿真中卫星姿态控制的关键算法以及视景驱动中视点切换等关键技术进行了重点介绍。
在上述软件设计方法的指导下,本文在VC++开发环境和MultiGen Creator以及Vega仿真平台上设计并实现了对地观测运控流程的仿真可视化系统。通过课题的研究以及系统的实现,为系统的完善以及面向其他领域可视化系统的设计开发积累了经验。
Visual Simulation technology is a new developing technology, which is referred to many technologies such as computer graphics, computer simulation technology and display technology. Now it is vastly applied to aerospace vision simulation. The opening mechanism of software is the base for building an extensible, expanded, more agile and mobile visualization system. Emphasizing on Earth Observation satellite system, a software architecture of visual simulation system which supports multi-satellite and multi-payload and visual simulation technology are the research keystone of this paper.
After introducing some technologies such as space technology, visual reality, visual simulation, this paper focuses on two questions below: 1) design the architecture of the visual simulation system; 2) the implement of the visual simulation system. For the architecture of the system, we introduce the concepts of software architecture and design pattern, contrast the traditional with the popular architecture of visual system, analyze the request of visual simulation system, and provide a software architecture of the system based on MVC, which support multi-satellite and multi-payload. After that, this paper introduces the implement of the visual simulation system in detail. Visual simulation includes building simulation environment and simulation driving. We present development environment, the component of the visual database and how to build up it, some key technologies in simulation procedure, algorithm of the satellite attitude control and how to switch the angle of view.
Consequently, the visual simulation system of earth observation satellite motion is implemented using MultiGen Creator and Vega under the VC++ platform. The design and implementation of the system can provide experiences of consummating this system and building other field visualization system.
引文
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