基于OSG的卫星可视化仿真系统研究

基于OSG的卫星可视化仿真系统研究刘宏才（北京航空航天大学宇航学院北京100191）摘要：为提高航天器仿真的逼真度，将分布式仿真与虚拟现实技术相结合，实现仿真过程的可视化。关键词：虚拟环境；OSG；卫星仿真；卫星动态模拟技术中图分类号：V411.8文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）1020055－010引言文字显示系统采用OSG中非常成熟的HUD类进行显示操作，当然除了HUD之外，这些提示信息也可以贴在模型表面，用户漫游到模型附近时即传统的卫星运行数据仿真实现主要通过对运行数据判读的基础上，进可以方便直观的查看信息。行分析计算，得到所需要的主要参数的列表和图线，同一时刻卫星的多种3仿真算例参数状态无法得到直观反映。常用的数字仿真软件如STK具有功能强大的特点，广泛应用于卫星轨道仿真，但是它也具有可扩展性差，用户很难根据本文设计的基于OSG的三维引擎，可以通过以太网接口与仿真程序进具体的应用来对卫星进行自定义，且其对姿态仿真支持比较弱。同时由于行连接，通过网络接口接收仿真程序发送的各种数据信息。卫星仿真基本STK源代码的不公开性，我们不能根据自己的要求对其进行相应的修改。上采用分布式，各个分布式模块以成员的形式加入到联邦中，此三维引擎OSG作为一个面向对象的三维视景仿真开发包，它包含了极其丰富的类库，也可以以单个成员模块的方式加入到联邦中，与仿真程序连接，进行卫星操作灵活，性能优越，更为重要的是OSG是一个开源软件。将航天器仿真与仿真的实时三维演示。可视化技术结合起来，增强了仿真的逼真度，是提高其成功率的有效途径基于仿真平台的支持下，卫星入轨后依次经过角速度阻尼、太阳捕之一。基于上述背景，本文开发了一种基于OSG的卫星仿真平台。获、地球捕获再到地球指向最终实现正常运行，OSG三维演示模块都能正1OSG简介确的演示其全过程。图1是卫星运行三维场景演示的全过程。OSG是一个面向对象的三维视景仿真开发包，是一个开源软件，跨平台的图形开发包，在各类型操作系统上均能正常运行，采用虚拟现实开发工具OSG，能够快速综合利用卫星的各类数据，真实表现卫星的运行情况。航天工业作为一种高投入、高风险的科技密集型行业，可视化仿真系统的研制是降低其成本和风险、提高成功率的有效途径之一。2基于OSG的三维场景节点设计2.1设计思路。以仿真平台输出的卫星数据信息的基础上，充分利用OSG的功能，展现卫星运行的全过程。本系统方案中仿真平台通过网络接口向OSG引擎实时发送卫星信息，人机交互终端也向OSG引擎发送控制指令。OSG引擎导入模型，设置初始视点，并实时计算和处理数据和指令信图1卫星运行三维场景演示全过程息，根据处理结果实时绘制更新场景，进行可视化仿真演示。4结论2.2三维场景节点的实现。三维场景的组织和管理是三维场景显示的可视化仿真在航天器仿真领域具有重要的价值，本文基于OSG的卫星核心，它负责整个三维场景的绘制和驱动、以及各种特效的加载和显示。仿真利用卫星的动态模拟仿真技术成功进行了仿真实践研究，对卫星的数三维场景显示节点分别以地面站、三维地球和星空为基础背景，通过三维据实现可视化处理，很大程度上提高了仿真的逼真度。整个仿真平台为卫图像的形式显示卫星飞行全过程。通过连接以太网，使用网络上的仿真数星的姿轨控仿真提供了非常好的支撑环境，分布式仿真的实现，解决了仿据来驱动三维场景的显示。真节点间通讯和同步问题，三维OSG可视化模块全程演示了卫星在仿真平2.3节点模块组成。三维场景节点模块组成包括网络管理模块、数据台的支持下，从入轨初始的角速度阻尼到最终实现正常运行的全过程，增接口模块、系统初始化模块、实体绘制模块、视点管理模块、文字显示模强了仿真的直观性。可视化的引入使得卫星仿真与虚拟现实相结合，使其块、主控管理模块。网络管理模块提供网络的初始化、与服务器的网络连进入一个新的阶段，可以在仿真过程中检查检验卫星整星构造、敏感器等接、数据读写、关闭网络等功能。数据接口模块负责对接收到的网络数据负载的安装位置是否合理正确，大大促进了仿真的可靠性和实用性。进行转换。系统初始化模块包括两大部分：数据初始化和图形系统初始化。实体绘制模块显示卫星飞行三维图像。视点管理模块实现自动、手动参考文献：控制切换显示场景。文字显示模块是以文字的形式对场景中的信息进行显[1]申闫春、朱幼虹、曹莉、温转萍，基于OSG的三维仿真平台的设计与实示。主控管理模块主要处理用户交互事件，人机交换终端，完成对本节点现[J].计算机仿真，2007.的运行管理。[2]闫晓东，基于OSG的飞行视景仿真平台开发[J].计算机仿真学报，2.4三维场景视口设计。OSG场景中自带的场景漫游功能允许我们对2008.三维场景进行放大、缩小、移动等操作，但是通常需要实现视口始终跟随[3]董云峰、陈士明、苏建敏等，卫星姿态控制动态模拟技术[M].北京：场景中某一个节点移动的效果，在此三维场景引擎中通过添加视口变换功科学出版社，2010.能来实现，本场景初步设计了两种视口变换：地球全景视口模式和跟踪卫[4]段传辉、董云峰、刘宏才，编队卫星姿轨控系统分布式仿真平台设计星视口模式两种。[J].系统仿真学报，2010.2.5粒子系统和文字显示设计。粒子系统经常用来模拟雨、雪、雾、火焰等自然现象，OSG提供了osgParticle::Particle类来定义对象单个粒作者简介：子的属性，包括大小、形状、生存周期等。本文利用粒子系统模拟火焰，刘宏才，硕士研究生，北京航空航天大学宇航学院，研究方向：飞行器总加入到OSG场景中模拟推力发动机工作时火焰的效果。体设计。155