一種協作式可視化仿真平臺的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種仿真平臺，特別是一種協作式可視化仿真平臺，屬于三維仿真技 術領域。
【背景技術】
[0002] 可視化仿真技術利用計算機圖像處理與圖形學技術，將科學計算數據、工程計算 數據以及測量數據等轉換為圖形或者圖像繪制在屏幕上，并對其進行交互處理，它涉及計 算機圖形學、計算機視覺、圖像分析與處理以及人機交互等多個研宄領域。可視化仿真平 臺是可視化仿真技術的一項重要應用，它利用可視化仿真技術可以把空間數據轉換成人眼 可以識別和理解的圖形圖像，結合三維模型幫助人們高效的對其特征和規律進行處理和識 另IJ。隨著航天領域探索的不斷深入，可視化仿真平臺作為航天試驗設計與研宄的可靠工具， 在航天試驗應用中發揮著越來越重要的作用。
[0003] 目前的可視化仿真平臺的協作方式多為一般性軟件方式，很少涉及硬件設備，并 且在航天領域，對地景，月景，大氣，星空等可視化仿真的真實性較低。
【發明內容】
[0004] 本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種協作式可視化仿真 平臺，將仿真平臺協作方式由一般性軟件方式變為軟硬件協作方式，在仿真場景上充分利 用真實數據對地景、月景、大氣和星空等三維仿真環境進行構造，增強可視化仿真環境的真 實性，實現了軟、硬件間的協同操作，提高了仿真的效率與真實性。
[0005] 本發明所采用的技術解決方案：一種協作式可視化仿真平臺，包括至少四臺計算 機、至少三塊三維顯示屏幕、移動信息終端和遠程會商終端；
[0006] 所述三維顯示屏幕包括第一顯示屏幕、第二顯示屏幕和第三顯示屏幕；
[0007] 所述四臺計算機分別為第一計算機、第二計算機、第三計算機和第四計算機，第一 計算機接收地面實物仿真實驗數據和監視圖像，并從接收到的實驗數據中提取出驅動數 據，將提取出的驅動數據傳輸給第二計算機，第二計算機利用接收到的驅動數據進行空間 運動再現虛擬仿真，生成視頻圖像，發送給第一計算機和第一顯示屏幕；
[0008] 所述第三計算機接收第一計算機發送的實驗數據，并進行地面試驗現場虛擬仿 真，生成視頻圖像，發送給第一計算機和第二顯示屏幕；
[0009] 所述第四計算機接收第一計算機發送的實驗數據和監視圖像，并對其進行繪圖處 理，生成視頻圖像，發送給第一計算機和第三顯示屏幕；
[0010] 第一計算機將實驗數據和從第二計算機、第三計算機和第四計算機接收到的視頻 圖像發送給移動信息終端和遠程會商終端。
[0011] 本發明與現有技術相比的有益效果在于：
[0012] (1)本發明利用了多臺計算機搭建仿真平臺，每臺計算機分別實現了不同的仿真 功能，將可視化仿真平臺協作方式由一般性軟件方式變為軟硬件協作方式，使平臺達到更 好的三維可視化效果；
[0013] (2)本發明能夠使用真實數據對地景、月景、大氣和星空等三維仿真環境進行構 造，具備時間和空間上的真實性，物理場景模型的真實性、直觀性結合高精度、高性能的實 時結果輸出，彌補了理論分析及數學仿真結果的不足，不但可以驗證算法模型、相機模型， 而且可以全面分析試驗設備在軌的實際工作狀態。
【附圖說明】
[0014] 圖1是協作式可視化仿真平臺的系統框圖；
【具體實施方式】
[0015] 本發明提供了一種協作式可視化仿真平臺，下面結合附圖對本發明作進一步說 明。
[0016] 協作式可視化仿真平臺的系統框圖如圖1所示，從圖1可知，本發明提供的一種 協作式可視化仿真平臺，包括四臺計算機、三塊三維顯示屏幕、移動信息終端和遠程會商終 端；
[0017] 三維顯示屏幕包括第一顯示屏幕、第二顯示屏幕和第三顯示屏幕；
[0018] 四臺計算機分別為第一計算機、第二計算機、第三計算機和第四計算機，第一計算 機接收地面實物仿真實驗數據和監視圖像，并根據接收到的實驗數據提取出驅動數據，將 提取出的驅動數據傳輸給第二計算機，第二計算機利用接收到的驅動數據進行空間運動再 現虛擬仿真，生成視頻圖像，發送給第一計算機和第一顯示屏幕；所述第二計算機利用接收 到的驅動數據進行空間運動再現虛擬仿真，采用真實數據對地景、月景、大氣和星空等三維 仿真環境進行構造，具有時間和空間上的真實性。
[0019] 所述第一計算機主要包含調度控制模塊，對外部試驗數據進行分發控制管理，并 對第二計算機、第三計算機和第四計算機的信息集中處理和反饋。調度控制模塊分為四個 小模塊：網絡通信模塊、數據解包模塊、數據打包/分發處理模塊和實時圖像處理模塊，各 模塊如下所示：
[0020] 網絡通信模塊
[0021] 負責與試驗數據處理模塊、試驗現場虛擬現實模塊和空間運動再現虛擬現實模塊 的網絡通信，整體通信協議采用以下協議形式：
【主權項】
1. 一種協作式可視化仿真平臺，其特征在于：包括至少四臺計算機、至少三塊三維顯 示屏幕、移動信息終端和遠程會商終端； 所述三維顯示屏幕包括第一顯示屏幕、第二顯示屏幕和第三顯示屏幕； 所述四臺計算機分別為第一計算機、第二計算機、第三計算機和第四計算機，第一計算 機接收地面實物仿真實驗數據和監視圖像，并從接收到的實驗數據中提取出驅動數據，將 提取出的驅動數據傳輸給第二計算機，第二計算機利用接收到的驅動數據進行空間運動再 現虛擬仿真，生成視頻圖像，發送給第一計算機和第一顯示屏幕； 所述第三計算機接收第一計算機發送的實驗數據，并進行地面試驗現場虛擬仿真，生 成視頻圖像，發送給第一計算機和第二顯示屏幕； 所述第四計算機接收第一計算機發送的實驗數據和監視圖像，并對其進行繪圖處理， 生成視頻圖像，發送給第一計算機和第三顯示屏幕； 第一計算機將實驗數據和從第二計算機、第三計算機和第四計算機接收到的視頻圖像 發送給移動信息終端和遠程會商終端。
2. 根據權利要求1中所述的一種協作式可視化仿真平臺，其特征在于：所述第一計算 機包括網絡通信模塊、數據解包模塊、數據打包/分發處理模塊和實時圖像處理模塊； 所述網絡通信模塊實現第一計算機與第二計算機、第三計算機和第四計算機之間的通 f目； 所述數據解包模塊對接收到的地面實物仿真實驗數據和監視圖像進行解包，組織成新 的內部結構數據，并提供原始數據保存和管理服務； 所述數據打包/分發處理模塊解析第二計算機、第三計算機和第四計算機的檢索指 令，根據檢索指令要求，從數據包中查找最新數據內容并根據信源要求構造數據協議中的 數據指令，并將處理后的數據發送給第二計算機、第三計算機或第四計算機； 所述實時圖像處理模塊利用網絡攝像機捕捉第二計算機、第三計算機和第四計算機中 的實時圖像數據。
3. 根據權利要求1中所述的一種協作式可視化仿真平臺，其特征在于：所述第二計算 機包括網絡通信模塊、航天器模塊、仿真場景模塊、仿真控制模塊和屏幕錄制模塊； 所述網絡通信模塊實現第二計算機與第一計算機的網絡通信； 所述航天器模塊用來設置航天參數、航天器部件相關結構和驅動效果，所述航天器參 數包括：航天器的名稱、位置、姿態、大小和模型位置；所述航天器部件相關結構包括：太陽 翼、天線、發動機和敏感器三維模型的關節位置；所述驅動效果預先進行定義； 所述仿真場景模塊使用真實數據對地景，月景，大氣，星空進行構造； 所述仿真控制模塊以第一計算機提供的試驗數據作為基礎數據進行空間運動再現過 程的可視化仿真，根據用戶仿真任務記錄和回放相應數據。
4. 根據權利要求1中所述的一種協作式可視化仿真平臺，其特征在于：所述第三計算 機包括網絡通信模塊、試驗現場建模模塊、試驗現場三維可視化模塊、仿真控制模塊和屏幕 錄制模塊； 所述網絡通信模塊實現第三計算機與第一計算機的網絡通信； 所述試驗現場建模模塊采用3D MAX三維動畫軟件制作虛擬場景模型； 所述試驗現場三維可視化模塊用于加載試驗現場的各類設備模型，實現觀察者視點的 任意縮放、平移、視點變換和角度旋轉，并對指定模型、區域、目標的數據進行查詢展示； 所述仿真控制模塊以第一計算機提供的試驗數據作為基礎數據進行空間運動再現過 程的可視化仿真，根據用戶仿真任務記錄和回放相應數據； 所述幕錄制模塊對試驗的3D可視化仿真過程進行錄制，獲取當前屏幕內容，保存為圖 片文件；將圖片進行保存，進入流媒體服務源；其他計算機通過訪問流媒體服務源動態顯 示視頻內容。
5. 根據權利要求1中所述的一種協作式可視化仿真平臺，其特征在于：所述第四計算 機包括：網絡通信模塊、當前數據記錄模塊、界面實時繪圖模塊和監視圖像處理模塊。 所述網絡通信模塊實現第四計算機與第一計算機的網絡通信； 所述當前數據記錄模塊記錄從第一計算機中獲取的試驗數據，并在每次數據更新時對 原始數據進行保存； 所述界面實時繪圖模塊實時接收第一計算機發送的數據，繪制數據曲線并進行顯示。
6. 根據權利要求2~5中任意一項所述的一種協作式可視化仿真平臺，其特征在于： 所述網絡通信模塊中的整體通信協議采用的幀結構從幀頭到幀尾依次為：時間標志、信源、 信宿、指令類型和指令數據； 所述時間標志為各個計算機發送指令數據的時間；信源為發送數據計算機的代號；信 宿為接收數據方計算機的代號；指令類型為通信要求數據類型；指令數據為實際通信數據 內容。
【專利摘要】一種協作式可視化仿真平臺，包括至少四臺計算機、至少三塊三維顯示屏幕、移動信息終端和遠程會商終端；第一計算機接收實驗數據和監視圖像，并提取出驅動數據傳輸給第二計算機，第二計算機進行空間運動再現虛擬仿真，生成視頻圖像；第三計算機進行地面試驗現場虛擬仿真，生成視頻圖像；第四計算機進行繪圖處理，生成視頻圖像；第一計算機將實驗數據和視頻圖像發送給移動信息終端和遠程會商終端，本發明將仿真平臺協作方式由一般性軟件方式變為軟硬件協作方式，在仿真場景上充分利用真實數據對地景、月景、大氣和星空等三維仿真環境進行構造，增強可視化仿真環境的真實性，實現了軟、硬件間的協同操作，提高了仿真的效率與真實性。
【IPC分類】G06T17-00, G06F17-50, G06F9-455
【公開號】CN104850700
【申請號】CN201510259684
【發明人】徐希悅, 牟小剛, 涂俊峰, 葉軍見, 石磊, 湯亮
【申請人】北京控制工程研究所
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月20日