天体的可视化模型建立(精品).ppt

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1、基于基于OpenGL的天体的可的天体的可视化仿真模型建立视化仿真模型建立1 建模的意义建模的意义2 建模建模的主要内容的主要内容3 可视化仿真可视化仿真模型建立模型建立4 仿真实例仿真实例随着图像技术以及计算机图形的迅速发展，随着图像技术以及计算机图形的迅速发展，虚拟现实、计算机动画以及科学可视化已虚拟现实、计算机动画以及科学可视化已经成为计算机图形学的热门经成为计算机图形学的热门建立对天体运行状态的三维实时仿真，同建立对天体运行状态的三维实时仿真，同时结合空间卫星及空间碎片的资料，建立时结合空间卫星及空间碎片的资料，建立自然天体及人造天体的可视化分析平台，自然天体及人造天体的可视化分析平台，

2、对于深空探测等也有相当大的实用意义对于深空探测等也有相当大的实用意义 一一 建模的意义建模的意义二二 建模的主要内容建模的主要内容1、建立天体运动数学模型：采用星历表中、建立天体运动数学模型：采用星历表中天体基本数据为参数，以实时获取的系统天体基本数据为参数，以实时获取的系统时间为基准，根据基础天文学知识计算指时间为基准，根据基础天文学知识计算指定时刻天体在天球坐标系下的位置定时刻天体在天球坐标系下的位置二二 建模的主要内容建模的主要内容1、建立天体运动数学模型、建立天体运动数学模型（1）星历表）星历表（2）星历表的获取方法）星历表的获取方法（3）插值）插值（4）岁差、章动等修正）岁差、章动等

3、修正（5）时间转换）时间转换二二 建模的主要内容建模的主要内容天球是以地心为天球是以地心为球心，任意距离球心，任意距离为半径的假想圆为半径的假想圆球球天体在天球上的天体在天球上的位置位置 二二 建模的主要内容建模的主要内容赤纬赤纬 ：由天赤道沿过：由天赤道沿过天体的赤经圈向两极方天体的赤经圈向两极方向度量，即向度量，即00-900赤经赤经 ：由春分点沿天：由春分点沿天赤道逆时针方向量至天赤道逆时针方向量至天体所在赤经圈，体所在赤经圈，0h 24h二二 建模的主要内容建模的主要内容（1）星历表：依次列出天体在不同时刻所）星历表：依次列出天体在不同时刻所在位置的表，包括赤经、赤纬等在位置的表，包括

4、赤经、赤纬等JPL试验室提供的星历表已经广泛应用于行试验室提供的星历表已经广泛应用于行星探测、太空导航计划、大部分天文精密星探测、太空导航计划、大部分天文精密观测的分析、归算以及各种引力定律的检观测的分析、归算以及各种引力定律的检验等。在行星、卫星、恒星的观测和归算验等。在行星、卫星、恒星的观测和归算方面方面JPL星历都有不可替代的作用星历都有不可替代的作用 二二 建模的主要内容建模的主要内容星历表星历表名称名称是否包含章动是否包含章动时间跨度时间跨度详细信息详细信息DE403包含章动但不包含包含章动但不包含天平动天平动1949.12.142050.01.02ASCII格式，大小格式，大小4.

5、1Mb，跨度，跨度25年的文件年的文件UNIX格式，大小格式，大小6.1Mb，跨度，跨度50年的二进制文件年的二进制文件 DE200包含章动但不包含包含章动但不包含天平动天平动1599.12.092169.3.31ASCII格式，大小格式，大小5.2Mb，跨度，跨度20年的文件；年的文件；UNIX格式，大小格式，大小3.8Mb，跨度，跨度50年的二进制文件年的二进制文件 DE405包含章动和天平动包含章动和天平动1949.12.142050.01.02 ASCII格式，大小格式，大小4.7Mb，跨度，跨度25年的文件；年的文件；UNIX格式，大小格式，大小6.4Mb，跨度，跨度50年的二进制文

6、件年的二进制文件 DE410最新最新JPL星历，包星历，包含章动和天平动含章动和天平动19012019 ASCII格式，大小格式，大小6.0Mb，跨度，跨度20年的文件年的文件 DE404新新JPL长星历，不长星历，不包含章动和天平动包含章动和天平动-3000.12.233000.02.06UNIX格式，大小格式，大小10Mb，跨度，跨度6000年的二进制文年的二进制文件件 星历表简介星历表简介二二 建模的主要内容建模的主要内容（2）分析利用不同的方法获取星历表数据的计）分析利用不同的方法获取星历表数据的计算精度和耗时，选用合适的方法调用星历表算精度和耗时，选用合适的方法调用星历表方法一：直接

7、读取星历表法，即程序需要从外方法一：直接读取星历表法，即程序需要从外界获取相应格式的星历表，当用户输入相应的界获取相应格式的星历表，当用户输入相应的时间和天体序号之后，程序获取相应的天体运时间和天体序号之后，程序获取相应的天体运行数据，然后进行插值或拟合操作，并将结果行数据，然后进行插值或拟合操作，并将结果输出输出 方法二：严格降阶计算法，即将嵌入的星历表方法二：严格降阶计算法，即将嵌入的星历表直接进行拟合当获取某一时刻值后直接将实时直接进行拟合当获取某一时刻值后直接将实时的参数值输出的参数值输出 二二 建模的主要内容建模的主要内容（3）插值：由于星历表提供的数据是天）插值：由于星历表提供的数

8、据是天体位置信息的离散数据要获得实时的天体体位置信息的离散数据要获得实时的天体位置信息需要获得天体运动的连续的坐标位置信息需要获得天体运动的连续的坐标函数函数拉格朗日插值法拉格朗日插值法切比雪夫多项式拟合法切比雪夫多项式拟合法二二 建模的主要内容建模的主要内容（4 4）岁差、章动）岁差、章动太阳、月亮对地球赤道的引力作用太阳、月亮对地球赤道的引力作用北天极会绕北黄极顺时针旋转北天极会绕北黄极顺时针旋转表征天体位置的坐标值也随之不断变化表征天体位置的坐标值也随之不断变化修正矩阵：修正矩阵：二二 建模的主要内容建模的主要内容（4 4）光行差）光行差观测者具有一定的运动速度而引起天体观测者具有一定的

9、运动速度而引起天体方向的变化的现象方向的变化的现象 修正矩阵：修正矩阵：二二 建模的主要内容建模的主要内容（5）时间转换）时间转换天文学中一般采用儒略日天文学中一般采用儒略日(TDB)来计算相应来计算相应的赤经和赤纬，为利用星表计算天体视位的赤经和赤纬，为利用星表计算天体视位置，将获取的系统时间置，将获取的系统时间UTC转化为转化为TDB的的计算如下：计算如下：二二 建模的主要内容建模的主要内容2、实时绘制天体运行视景：由数学模型计、实时绘制天体运行视景：由数学模型计算得到的天体三维坐标，采用算得到的天体三维坐标，采用 OpenGL底底层函数实时绘制星空背景；启用天体运动层函数实时绘制星空背景

10、；启用天体运动计时器，实时计算天体视位置更新星空视计时器，实时计算天体视位置更新星空视景，实现太空虚拟场景的实时漫游景，实现太空虚拟场景的实时漫游二二 建模的主要内容建模的主要内容 2、实时绘制天体运行视景、实时绘制天体运行视景 坐标变换：坐标原点坐标变换：坐标原点 模型变换：移动、旋转物体模型变换：移动、旋转物体 视图变换：改变观察点的位置、方向视图变换：改变观察点的位置、方向 投影变换：定义画面如何映射到计算机屏幕投影变换：定义画面如何映射到计算机屏幕 二二 建模的主要内容建模的主要内容3、实现星空视景模拟，将天体的坐标信息、实现星空视景模拟，将天体的坐标信息存入显示列表后实时显示，为天体贴图和存入显示列表后实时显示，为天体贴图和增加渲染效果，使天体的运动和三维显示增加渲染效果，使天体的运动和三维显示都更加逼真都更加逼真 三三 可视化仿真模型建立可视化仿真模型建立四四 仿真实例仿真实例四四 仿真实例仿真实例打破传统的科学计算和可视化结果分离的打破传统的科学计算和可视化结果分离的模式模式体现了虚拟现实的耗时短、计算快的特点体现了虚拟现实的耗时短、计算快的特点将天体位置实时显示，为探月轨道的规划将天体位置实时显示，为探月轨道的规划和深空探测可视化提供了极大的方便和深空探测可视化提供了极大的方便 The EndThank you