月球软着陆三维演示技术研究

论文摘要

虚拟现实作为一种新兴的技术,己经从面向军事用途扩展到非常多的领域,如航天、设计、生产制造、信息管理、商贸、医疗、娱乐等等。在对月球进行具体探测之前,利用可视化仿真演示对相关的系统、设计方案进行可行性的验证,具有重要的意义。本文以月球软着陆为背景,结合可视化仿真技术,研究了建模及地形生成方法,最终开发出满足演示要求的月球软着陆三维视景仿真演示系统。本文首先介绍了视景仿真意义和其系统组成。重点研究了三维地形建模的理论。三维地形建模是月球软着陆仿真演示系统的基础,它包括地形模型建模、纹理映射等内容。结合月球软着陆演示系统背景需求,分析了月球地形模型数据库。分析了演示系统中,不同演示阶段对月球三维地形模型的需求。通过对月表实拍图像的灰度读取,获取了月表的高程信息,并根据Delaunay三角形算法,生成了三维地形模型。通过纹理映射算法和Mip-map防走样技术对模型进行了纹理渲染,最终生成了适合月球软着陆演示系统需求的月表三维地形模型然后,介绍了探测器传感器激光雷达和CCD相机的原理,根据这些原理建立了它们的数学模型。最终建立了它们在视景仿真中传感器获取高程数据及图像的仿真模型,最后在功能上对着陆器上传感器获取信息的过程进行了模拟。为软着陆系统演示过程中的障碍检测与避障提供了数据依据。最后,在仿真系统构建的过程中,对整体结构进行了设计。并通过Vega Prime进行场景驱动渲染,实现了三通的视景仿真。在HLA分布式仿真环境下,对月球软着陆过程进行仿真演示。驱动场景过程中,运用了一些技术,解决了一些驱动场景中涉及到的问题,以达到更加真实的演示效果。如:DOF技术、粒子系统等等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究的目的及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 视景仿真概述
• 1.3.2 视景仿真发展现状
• 1.4 本课题来源及主要研究内容
• 第2章 月表三维地形建模
• 2.1 三维地形建模原理
• 2.1.1 数字地形模型与数字高程模型
• 2.1.2 三维地形的生成方法
• 2.2 月表地形建模流程
• 2.3 月表三维地形建模
• 2.3.1 月表地形模型的需求分析
• 2.3.2 月表数据的获取与处理
• 2.3.3 月表地形建模算法设计
• 2.3.4 月表地形纹理映射
• 2.3.5 实现纹理贴图及月表地形渲染效果
• 2.4 基于LOD技术的姿态调整段月表模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 激光雷达和CCD相机仿真建模
• 3.1 激光雷达原理
• 3.1.1 激光扫描测距原理
• 3.1.2 扫描方式
• 3.2 激光雷达在仿真系统的实现
• 3.2.1 激光雷达的数学模型
• 3.2.2 激光雷达仿真模型设计
• 3.3 CCD相机成像原理
• 3.3.1 CCD成像过程
• 3.4 CCD相机在仿真系统的实现
• 3.4.1 CCD相机的数学模型
• 3.4.2 CCD相机仿真模型设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 月球软着陆视景仿真系统实现
• 4.1 仿真系统结构设计
• 4.1.1 仿真系统结构
• 4.2 基于Vega Prime实时场景渲染技术
• 4.2.1 驱动工具Vega Prime
• 4.2.2 场景驱动流程
• 4.2.3 场景驱动数据的传输
• 4.3 仿真系统演示任务分析及实现
• 4.4 场景驱动运用的特效和技术
• 4.4.1 基于DOF技术的太阳能帆板展开演示
• 4.4.2 基于粒子系统的激光特效
• 4.5 观察模式设计
• 4.5.1 观察模式的设定
• 4.5.2 观察模式的实现
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢