天体的可视化模型建立.pptx

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1、1 建模的意义建模的意义2 建模的主要内容建模的主要内容3 可视化仿真模型建立可视化仿真模型建立4 仿真实例仿真实例第1页/共21页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经成为计算机图形学的热门视化已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，同时结合空间卫星及空间碎片的资料，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，建立自然天体及人造天体的可视化分析平台，对于深空探测等也有相当大的实建立自然天体及人造天体的可视化分析平台，对于深空探测等也有相当大的实

2、用意义用意义 一 建模的意义第2页/共21页二 建模的主要内容1、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、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系统时间为基准，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第3页/共21页二 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、章动等修正（5）时间转换）时间转换第4页/共21页二 建模的主要内容天球是

3、以地心为球心，任意距天球是以地心为球心，任意距离为半径的假想圆球离为半径的假想圆球天体在天球上的位置天体在天球上的位置 第5页/共21页二 建模的主要内容赤纬赤纬：由天赤道沿过天体的赤经圈向两极：由天赤道沿过天体的赤经圈向两极方向度量，即方向度量，即00-900赤经赤经：由春分点沿天赤道逆时针方向量至：由春分点沿天赤道逆时针方向量至天体所在赤经圈，天体所在赤经圈，0h 24h第6页/共21页二 建模的主要内容（1）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）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JPL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

4、、大部分天文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、恒星的观测精密观测的分析、归算以及各种引力定律的检验等。在行星、卫星、恒星的观测和归算方面和归算方面JPL星历都有不可替代的作用星历都有不可替代的作用 第7页/共21页二 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4.1Mb，跨度，跨度25年的文件年的文件UNIX格式，大小格式，大小6.1

5、Mb，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

6、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第8页/共21页二 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）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计算精度和耗时，选用合适的方法调用星历表表方法一：直接读取星历表法，即程序需要从方法一：直接读取星历表法，即程序需要从外界获取

7、相应格式的星历表，当用户输入相外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，程序获取相应的应的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，天体运行数据，然后进行插值或拟合操作，并将结果输出并将结果输出 方法二：严格降阶计算法，即将嵌入的星历方法二：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表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实时的参数值输出 第9页/共21页二 建模的主要内容（3）插值：由于星历表提供的数据是天体位置信息的离散数据要获得实时）插值：由于星历表提供的数据是天体位置信息的离散数据要获得实时的天体

8、位置信息需要获得天体运动的连续的坐标函数的天体位置信息需要获得天体运动的连续的坐标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第10页/共21页二 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：第11页/共21页二 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方向的变化的现象观测者具有一定的运动速度而引起天体方向的变化的现象 修正矩阵：修正矩

9、阵：第12页/共21页二 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)来计算相应的赤经和赤纬，为利用星表计算天体来计算相应的赤经和赤纬，为利用星表计算天体视位置，将获取的系统时间视位置，将获取的系统时间UTC转化为转化为TDB的计算如下：的计算如下：第13页/共21页二 建模的主要内容2、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、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 OpenGL底层函数实时绘制星空背景；启用天体运动计时器，实时计算天体视底层函数实时绘制星空背景；启用天体运动计时器，实时计算天体视位置更

10、新星空视景，实现太空虚拟场景的实时漫游位置更新星空视景，实现太空虚拟场景的实时漫游第14页/共21页二 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 第15页/共21页二 建模的主要内容3、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、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，为天体贴图和增加渲染效果，使天体的运动和三维显示都更加逼真图和增加渲染效果，使天体的运动和三维显示都更加逼真 第16页/共21页三 可视化仿真模型建立第17页/共21页四 仿真实例第18页/共21页四 仿真实例打破传统的科学计算和可视化结果分离的模式打破传统的科学计算和可视化结果分离的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，为探月轨道的规划和深空探测可视化提供了极大的方便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 第19页/共21页The EndThank you第20页/共21页感谢您的观看。第21页/共21页