基于OSG的航天任务三维仿真系统研究与实现

发布时间：2017-10-18 16:25

  本文关键词：基于OSG的航天任务三维仿真系统研究与实现

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【摘要】：航天任务三维仿真系统采用计算机图形图像技术,构造运载器与航天器的三维模型,再现真实靶场地形地貌,实时准确地实现对飞行器和卫星的飞行状况、轨迹进行仿真复现,可以为航天新技术的探索和工程设计等提供一种直观、便捷的仿真分析手段。本课题是在国家实现软硬件“自主可控”的大前提下,在“核高基(核心电子器件、高端通用芯片和基础软件)”科技重大专项的牵引下,采用跨平台三维渲染引擎Open Scene Graph,通过对国内现有相关技术、经验和成果的吸收引进,开发基于国产麒麟操作系统平台的航天任务三维仿真系统,满足航天任务的特殊性和保密安全性要求,为国产平台下的航天任务三维仿真提供技术支持并构建基础框架,设计实现一套能够对航天任务全过程进行三维仿真演示的基础仿真平台,为下一步构建国产平台下的空间任务仿真系统奠定坚固基石。本文包括以下内容:①国产平台下三维软件开发环境的构建。研究国产平台下三维仿真软件开发所需的开发环境及配套软件的构成,搭建国产平台下三维视景仿真开发环境。②基础地理信息系统设计。地理信息系统是三维视景仿真中的基础,包括数字地球的构建、地形数据的调度生成、地表影像数据的调度渲染、以及地物地貌的表现。③运载器尾焰模拟。对基于粒子系统的运载器尾焰模拟进行研究,构建一个粒子总数可变的粒子系统,使粒子系统的粒子总数在视觉效果上可变,能够模拟尾焰的动态变化,提高了场景的逼真效果。④航天活动三维视景场景的控制。研究航天活动三维视景场景控制方式,以实现对场景中各种元素节点的灵活显示、管理和控制,包括视景相机管理、视点管理、时间控制及转换、场景显示元素的显隐控制、各类目标的LOD(Level Of Details)控制等功能,最终实现通过数据驱动场景的运行。⑤三维仿真系统设计与实现。利用Qt开发库和Qt Creator开发环境,开发出基于OSG三维引擎的三维仿真系统,通过实验验证了系统的效率以及效果。
【关键词】：中标麒麟 OpenSceneGraph 三维建模 粒子系统
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V411.8
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-7
• 1 绪论7-12
• 1.1 引言7
• 1.2 课题研究的背景和意义7-8
• 1.3 航天任务仿真技术发展趋势8
• 1.4 国内外研究现状8-10
• 1.5 研究内容和结构安排10-12
• 2 航天任务三维仿真系统总体设计12-25
• 2.1 系统设计目标12
• 2.2 总体方案设计12-13
• 2.3 功能设计13-16
• 2.4 系统软硬件构成16-23
• 2.4.1 硬件应用系统16-17
• 2.4.2 系统平台17-19
• 2.4.3 三维渲染引擎19-21
• 2.4.4 编程开发环境21-23
• 2.5 系统体系结构23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 3 场景模型与数字地球构建25-40
• 3.1 三维模型转换和构建25-31
• 3.1.1 三维建模工具及模型转换25-26
• 3.1.2 三维模型的建立与组织原则26-29
• 3.1.3 三维模型的行为表达29-30
• 3.1.4 模型组合30-31
• 3.2 运动模型控制31-33
• 3.3 构建数字地球33-39
• 3.3.1 osgEarth构建三维地球球体模型33-35
• 3.3.2 地理信息系统设计35-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 基于粒子系统的运载器尾焰模拟40-47
• 4.1 粒子系统40-44
• 4.1.1 粒子系统基本模型40-41
• 4.1.2 OSG中粒子系统基本原理41-42
• 4.1.3 OSG中粒子系统相关类42-44
• 4.2 尾焰的物理模型44
• 4.3 运载器尾焰特效实现44-46
• 4.4 本章小结46-47
• 5 三维仿真系统的实现47-58
• 5.1 三维仿真系统实现流程47-49
• 5.1.1 系统结构47-48
• 5.1.2 系统工作原理48-49
• 5.1.3 系统信息流程49
• 5.2 基于OSG的系统关键技术实现49-54
• 5.2.1 三维仿真系统多观察模式技术49-51
• 5.2.2 视点相机控制51-52
• 5.2.3 三维场景的控制52-54
• 5.3 时间系统及控制54-55
• 5.4 系统仿真效果展示55-57
• 5.5 本章小结57-58
• 6 结论与展望58-59
• 6.1 内容总结58
• 6.2 研究展望58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-62

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