一种协作式可视化仿真平台的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种仿真平台，特别是一种协作式可视化仿真平台，属于三维仿真技 术领域。
【背景技术】
[0002] 可视化仿真技术利用计算机图像处理与图形学技术，将科学计算数据、工程计算 数据以及测量数据等转换为图形或者图像绘制在屏幕上，并对其进行交互处理，它涉及计 算机图形学、计算机视觉、图像分析与处理以及人机交互等多个研宄领域。可视化仿真平 台是可视化仿真技术的一项重要应用，它利用可视化仿真技术可以把空间数据转换成人眼 可以识别和理解的图形图像，结合三维模型帮助人们高效的对其特征和规律进行处理和识 另IJ。随着航天领域探索的不断深入，可视化仿真平台作为航天试验设计与研宄的可靠工具， 在航天试验应用中发挥着越来越重要的作用。
[0003] 目前的可视化仿真平台的协作方式多为一般性软件方式，很少涉及硬件设备，并 且在航天领域，对地景，月景，大气，星空等可视化仿真的真实性较低。
【发明内容】
[0004] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种协作式可视化仿真 平台，将仿真平台协作方式由一般性软件方式变为软硬件协作方式，在仿真场景上充分利 用真实数据对地景、月景、大气和星空等三维仿真环境进行构造，增强可视化仿真环境的真 实性，实现了软、硬件间的协同操作，提高了仿真的效率与真实性。
[0005] 本发明所采用的技术解决方案：一种协作式可视化仿真平台，包括至少四台计算 机、至少三块三维显示屏幕、移动信息终端和远程会商终端；
[0006] 所述三维显示屏幕包括第一显示屏幕、第二显示屏幕和第三显示屏幕；
[0007] 所述四台计算机分别为第一计算机、第二计算机、第三计算机和第四计算机，第一 计算机接收地面实物仿真实验数据和监视图像，并从接收到的实验数据中提取出驱动数 据，将提取出的驱动数据传输给第二计算机，第二计算机利用接收到的驱动数据进行空间 运动再现虚拟仿真，生成视频图像，发送给第一计算机和第一显示屏幕；
[0008] 所述第三计算机接收第一计算机发送的实验数据，并进行地面试验现场虚拟仿 真，生成视频图像，发送给第一计算机和第二显示屏幕；
[0009] 所述第四计算机接收第一计算机发送的实验数据和监视图像，并对其进行绘图处 理，生成视频图像，发送给第一计算机和第三显示屏幕；
[0010] 第一计算机将实验数据和从第二计算机、第三计算机和第四计算机接收到的视频 图像发送给移动信息终端和远程会商终端。
[0011] 本发明与现有技术相比的有益效果在于：
[0012] (1)本发明利用了多台计算机搭建仿真平台，每台计算机分别实现了不同的仿真 功能，将可视化仿真平台协作方式由一般性软件方式变为软硬件协作方式，使平台达到更 好的三维可视化效果；
[0013] (2)本发明能够使用真实数据对地景、月景、大气和星空等三维仿真环境进行构 造，具备时间和空间上的真实性，物理场景模型的真实性、直观性结合高精度、高性能的实 时结果输出，弥补了理论分析及数学仿真结果的不足，不但可以验证算法模型、相机模型， 而且可以全面分析试验设备在轨的实际工作状态。
【附图说明】
[0014] 图1是协作式可视化仿真平台的系统框图；
【具体实施方式】
[0015] 本发明提供了一种协作式可视化仿真平台，下面结合附图对本发明作进一步说 明。
[0016] 协作式可视化仿真平台的系统框图如图1所示，从图1可知，本发明提供的一种 协作式可视化仿真平台，包括四台计算机、三块三维显示屏幕、移动信息终端和远程会商终 端；
[0017] 三维显示屏幕包括第一显示屏幕、第二显示屏幕和第三显示屏幕；
[0018] 四台计算机分别为第一计算机、第二计算机、第三计算机和第四计算机，第一计算 机接收地面实物仿真实验数据和监视图像，并根据接收到的实验数据提取出驱动数据，将 提取出的驱动数据传输给第二计算机，第二计算机利用接收到的驱动数据进行空间运动再 现虚拟仿真，生成视频图像，发送给第一计算机和第一显示屏幕；所述第二计算机利用接收 到的驱动数据进行空间运动再现虚拟仿真，采用真实数据对地景、月景、大气和星空等三维 仿真环境进行构造，具有时间和空间上的真实性。
[0019] 所述第一计算机主要包含调度控制模块，对外部试验数据进行分发控制管理，并 对第二计算机、第三计算机和第四计算机的信息集中处理和反馈。调度控制模块分为四个 小模块：网络通信模块、数据解包模块、数据打包/分发处理模块和实时图像处理模块，各 模块如下所示：
[0020] 网络通信模块
[0021] 负责与试验数据处理模块、试验现场虚拟现实模块和空间运动再现虚拟现实模块 的网络通信，整体通信协议采用以下协议形式：
【主权项】
1. 一种协作式可视化仿真平台，其特征在于：包括至少四台计算机、至少三块三维显 示屏幕、移动信息终端和远程会商终端； 所述三维显示屏幕包括第一显示屏幕、第二显示屏幕和第三显示屏幕； 所述四台计算机分别为第一计算机、第二计算机、第三计算机和第四计算机，第一计算 机接收地面实物仿真实验数据和监视图像，并从接收到的实验数据中提取出驱动数据，将 提取出的驱动数据传输给第二计算机，第二计算机利用接收到的驱动数据进行空间运动再 现虚拟仿真，生成视频图像，发送给第一计算机和第一显示屏幕； 所述第三计算机接收第一计算机发送的实验数据，并进行地面试验现场虚拟仿真，生 成视频图像，发送给第一计算机和第二显示屏幕； 所述第四计算机接收第一计算机发送的实验数据和监视图像，并对其进行绘图处理， 生成视频图像，发送给第一计算机和第三显示屏幕； 第一计算机将实验数据和从第二计算机、第三计算机和第四计算机接收到的视频图像 发送给移动信息终端和远程会商终端。
2. 根据权利要求1中所述的一种协作式可视化仿真平台，其特征在于：所述第一计算 机包括网络通信模块、数据解包模块、数据打包/分发处理模块和实时图像处理模块； 所述网络通信模块实现第一计算机与第二计算机、第三计算机和第四计算机之间的通 f目； 所述数据解包模块对接收到的地面实物仿真实验数据和监视图像进行解包，组织成新 的内部结构数据，并提供原始数据保存和管理服务； 所述数据打包/分发处理模块解析第二计算机、第三计算机和第四计算机的检索指 令，根据检索指令要求，从数据包中查找最新数据内容并根据信源要求构造数据协议中的 数据指令，并将处理后的数据发送给第二计算机、第三计算机或第四计算机； 所述实时图像处理模块利用网络摄像机捕捉第二计算机、第三计算机和第四计算机中 的实时图像数据。
3. 根据权利要求1中所述的一种协作式可视化仿真平台，其特征在于：所述第二计算 机包括网络通信模块、航天器模块、仿真场景模块、仿真控制模块和屏幕录制模块； 所述网络通信模块实现第二计算机与第一计算机的网络通信； 所述航天器模块用来设置航天参数、航天器部件相关结构和驱动效果，所述航天器参 数包括：航天器的名称、位置、姿态、大小和模型位置；所述航天器部件相关结构包括：太阳 翼、天线、发动机和敏感器三维模型的关节位置；所述驱动效果预先进行定义； 所述仿真场景模块使用真实数据对地景，月景，大气，星空进行构造； 所述仿真控制模块以第一计算机提供的试验数据作为基础数据进行空间运动再现过 程的可视化仿真，根据用户仿真任务记录和回放相应数据。
4. 根据权利要求1中所述的一种协作式可视化仿真平台，其特征在于：所述第三计算 机包括网络通信模块、试验现场建模模块、试验现场三维可视化模块、仿真控制模块和屏幕 录制模块； 所述网络通信模块实现第三计算机与第一计算机的网络通信； 所述试验现场建模模块采用3D MAX三维动画软件制作虚拟场景模型； 所述试验现场三维可视化模块用于加载试验现场的各类设备模型，实现观察者视点的 任意缩放、平移、视点变换和角度旋转，并对指定模型、区域、目标的数据进行查询展示； 所述仿真控制模块以第一计算机提供的试验数据作为基础数据进行空间运动再现过 程的可视化仿真，根据用户仿真任务记录和回放相应数据； 所述幕录制模块对试验的3D可视化仿真过程进行录制，获取当前屏幕内容，保存为图 片文件；将图片进行保存，进入流媒体服务源；其他计算机通过访问流媒体服务源动态显 示视频内容。
5. 根据权利要求1中所述的一种协作式可视化仿真平台，其特征在于：所述第四计算 机包括：网络通信模块、当前数据记录模块、界面实时绘图模块和监视图像处理模块。 所述网络通信模块实现第四计算机与第一计算机的网络通信； 所述当前数据记录模块记录从第一计算机中获取的试验数据，并在每次数据更新时对 原始数据进行保存； 所述界面实时绘图模块实时接收第一计算机发送的数据，绘制数据曲线并进行显示。
6. 根据权利要求2~5中任意一项所述的一种协作式可视化仿真平台，其特征在于： 所述网络通信模块中的整体通信协议采用的帧结构从帧头到帧尾依次为：时间标志、信源、 信宿、指令类型和指令数据； 所述时间标志为各个计算机发送指令数据的时间；信源为发送数据计算机的代号；信 宿为接收数据方计算机的代号；指令类型为通信要求数据类型；指令数据为实际通信数据 内容。
【专利摘要】一种协作式可视化仿真平台，包括至少四台计算机、至少三块三维显示屏幕、移动信息终端和远程会商终端；第一计算机接收实验数据和监视图像，并提取出驱动数据传输给第二计算机，第二计算机进行空间运动再现虚拟仿真，生成视频图像；第三计算机进行地面试验现场虚拟仿真，生成视频图像；第四计算机进行绘图处理，生成视频图像；第一计算机将实验数据和视频图像发送给移动信息终端和远程会商终端，本发明将仿真平台协作方式由一般性软件方式变为软硬件协作方式，在仿真场景上充分利用真实数据对地景、月景、大气和星空等三维仿真环境进行构造，增强可视化仿真环境的真实性，实现了软、硬件间的协同操作，提高了仿真的效率与真实性。
【IPC分类】G06T17-00, G06F17-50, G06F9-455
【公开号】CN104850700
【申请号】CN201510259684
【发明人】徐希悦, 牟小刚, 涂俊峰, 叶军见, 石磊, 汤亮
【申请人】北京控制工程研究所
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月20日