一种光学星空背景的快速生成方法
【专利摘要】本发明属于光学【技术领域】，具体涉及一种光学星空背景的快速生成方法。该方法包括如下步骤：步骤一：对星空背景进行建模：以恒星星表数据为源，通过时间和坐标系的转换，以及天体视位置的修正，构造任意时刻、任意观察点的星空背景模型，并将计算结果入库，以供仿真使用；计算结果包括星名、星等、赤经赤纬；步骤二：对建立的星空背景模型进行仿真。所述步骤一选取依巴谷星表作为可见光波段的数据源。根据选取的依巴谷星表，进行恒星视位置计算，考虑的因素包括由于地球公转引起的为周年视差、自行、由观测者自身的运动产生的光行差、地球围绕太阳公转引起的周年光行差、岁差和章动等。采用本方法后星空背景的生成速度能达到50Hz。
【专利说明】一种光学星空背景的快速生成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学【技术领域】，具体涉及一种光学星空背景的快速生成方法。
【背景技术】
[0002]星空背景建模研究的主要对象为恒星，而国际上公开发表的星表数据为天体光辐射背景生成的主要依据，基于球面天文学、天体力学、天体辐射特性等基本理论实现生成星空背景的建模方法。根据已有的典型目标光辐射、散射特性模型，将目标与背景进行景象合成，并利用计算机实现动态场景输出。
[0003]1983年美、英、荷三国联合发射红外天文卫星后，获得了大量天文数据，结合70年代火箭的观测，积累了丰富的天文数据，为研究奠定了基础，由此美国逐渐开展天空背景建模，MRC/NAUSHA和它的合作伙伴(波音宇航公司，亚利桑纳大学，佛罗里达大学)与空军菲利普实验室合作开发出第一个天体背景场景描述器CBSD。它有四个模块，包括星系中点源，太阳系中黄道尘云，太阳系中移动物体以及空间结构辐射源。其中星系中点源包括1479种类型，对每种点源在31个银纬和29个银经处点源光度分布进行采样，各点之间光度分布采用对邻近4个点双线性插值的方法取得，由此生成银河系中点源分布图。由于以上数据容量大，给运算和快速输出图像造成困难，为了提高检索和运算速度，要根据实际问题的需要，通常的解决的方法是建立一个包含恒星位置、自行、视差、光谱等数据的子星表库，而对于其它数据将被剔除，这样就大大压缩了数据容量，从而提高了检索和运算速度。经测试目前的生成速度约为1Hz，还不能满足高速仿真的要求，因此需要找到一种新的方法，能加快星空光学背景的生成速度。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种光学星空背景的快速生成方法，以满足高速仿真的要求。
[0005]为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为:
[0006]一种光学星空背景的快速生成方法，该方法包括如下步骤:
[0007]步骤一:对星空背景进行建模
[0008]以恒星星表数据为源，通过时间和坐标系的转换，以及天体视位置的修正，构造任意时刻、任意观察点的星空背景模型，并将计算结果入库，以供仿真使用；计算结果包括星名、星等、赤经赤讳;
[0009]步骤二:对建立的星空背景模型进行仿真。
[0010]所述步骤一选取依巴谷星表作为可见光波段的数据源。
[0011]根据选取的依巴谷星表，进行恒星视位置计算，考虑的因素包括由于地球公转引起的为周年视差、自行、由观测者自身的运动产生的光行差、地球围绕太阳公转引起的周年光行差、岁差和章动，如果模拟地基的观测设备所看到的深空背景，还要考虑大气折射对恒星位置的影响；计算方法包括以下步骤:[0012](I)计算星表历元至观测瞬间的儒略世纪数；
[0013](2)求当日地球质心位置和速度。
[0014]所述步骤一需进行恒星辐射照度计算，把天体等效为黑体，处于温度为T的热动
平衡中的黑体所辐射的亮度尽
【权利要求】
1.一种光学星空背景的快速生成方法，其特征在于:该方法包括如下步骤: 步骤一:对星空背景进行建模 以恒星星表数据为源，通过时间和坐标系的转换，以及天体视位置的修正，构造任意时亥IJ、任意观察点的星空背景模型，并将计算结果入库，以供仿真使用；计算结果包括星名、星等、赤经赤讳; 步骤二:对建立的星空背景模型进行仿真。
2.根据权利要求1所述的光学星空背景的快速生成方法，其特征在于:所述步骤一选取依巴谷星表作为可见光波段的数据源。
3.根据权利要求2所述的光学星空背景的快速生成方法，其特征在于:根据选取的依巴谷星表，进行恒星视位置计算，考虑的因素包括由于地球公转引起的为周年视差、自行、由观测者自身的运动产生的光行差、地球围绕太阳公转引起的周年光行差、岁差和章动，如果模拟地基的观测设备所看到的深空背景，还要考虑大气折射对恒星位置的影响；计算方法包括以下步骤: (1)计算星表历元至观测瞬间的儒略世纪数； (2)求当日地球质心位置和速度。
4.根据权利要求1所述的光学星空背景的快速生成方法，其特征在于:所述步骤一需进行恒星辐射照度计算，把天体等效为黑体，处于温度为T的热动平衡中的黑体所辐射的亮度
5.根据权利要求3或4所述的光学星空背景的快速生成方法，其特征在于:所述步骤二对建立的星空背景模型进行仿真，星空背景绘制两个重要假设: A.位于地球轨道空间任一点的观察者，在同一方向上看到的星空背景相同； B.星空背景中的所有星体在视觉上与观察者的距离相等； 星空背景绘制的基本方法:始终将星体绘制在一个以观察者为中心的天球上，并且要避免在实时生成过程中星体大小随探测器位置移动而发生变化。
6.根据权利要求5所述的光学星空背景的快速生成方法，其特征在于:基于上述假设和方法生成三维星空球，在OSG应用程序中使用的是XYZ直角坐标系，星表数据是经纬度信息，需要坐标变换，转换公式如下:
X=R*cos( a )*cos β
Y = R氺sin β
Z=R*sin β (-α)*cos β 式中:R为指定天球的半径，α、β分别是恒星的赤经、赤纬； 作为场景的背景在其他所有对象之前进行绘制，利用OSG/openGL的状态机机制关闭深度缓冲，即在绘制星空的过程中禁止改写深度缓冲中的内容；在一个任意半径的球面上绘制星体，绘制结束后重新启用深度缓冲，使得之后绘制的所有对象都位于星空背景的前面。
7.根据权利要求6所述的光学星空背景的快速生成方法，其特征在于:在上述步骤进行后，利用GLSL可编程顶点着色器和片元着色器仿真渲染星空背景。
8.根据权利要求7所述的光学星空背景的快速生成方法，其特征在于:在上述步骤进行后，进行星空场景漫游:用视景器观察OSG三维动态视景仿真中的场景，视景器的设置在OSG应用程序的动态更新部分完成；仿真过程中，根据实时输入的时间、地点，变换视角，刷新窗口内容，实现场景漫游。
9.根据权利要求1所述的光学星空背景的快速生成方法，其特征在于:实现过程中把大量的处理放在预处理中进行，先根据输入的时间、地点等初始参数，得出当前的星空位置场景；在场景漫游过程中， 在已有星空位置基础上加上随观测时刻和观测地点改变的位置改变量。
【文档编号】G09B27/04GK103679799SQ201210362135
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月25日 优先权日:2012年9月25日
【发明者】范小礼, 黄建峰, 李霞, 钱坤 申请人:中国航天科工集团第二研究院二〇七所