CN106600673B - 基于stk的临近空间浮空器三维飞行场景的构建方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于STK的临近空间浮空器三维飞行场景的构建方法，通过对临近空间浮空器的MDL文件进行格式转换、颜色修正和增加机构动作定义，然后与合成的飞行区域的地形地貌图一同建立临近空间浮空器飞行场景，通过飞行轨迹数据接入和外部数据驱动得到临近空间浮空器的三维飞行场景，并通过三维飞行场景内容的实时更新，实现临近空间浮空器飞行过程的动态模拟；本发明可以很好的动态显示特定区域上空的临近空间浮空器飞行场景，并可随时切换视场中心和视场范围，模型精细、地图分辨率高、并且数据接口可扩展。

Description

基于STK的临近空间浮空器三维飞行场景的构建方法
技术领域
本发明涉及的是一种计算机图像处理领域的技术，具体是一种基于STK的临近空间浮空器三维飞行场景的构建方法。
背景技术
STK(航天航空分析和可视化软件工具)具有良好的场景演示功能，并且使用方便，易于与其他软件集成。以STK软件为基础，增加精细模型和高分辨率地形地貌，可以在较短时间内快速开发出三维飞行场景，并可以通过预留接口从局域网上接收其他计算机的飞行数据，实时更新场景内容。
发明内容
本发明针对现有技术存在无法应用于临近空间浮空器实时三维飞行场景的构建和数据接口扩展等缺陷，提出一种基于STK的临近空间浮空器三维飞行场景的构建方法，通过在STK场景中导入临近空间浮空器精细模型和高分辨率的地形地貌图，直观显示临近空间浮空器的动态飞行过程，满足临近空间浮空器总体设计、桌面联调、飞行试验、基于历史数据的回顾分析等过程中的实时与非实时飞行场景的演示需求。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明通过对临近空间浮空器的MDL文件进行格式转换、颜色修正和增加机构动作定义，然后与合成的飞行区域的地形地貌图一同建立临近空间浮空器飞行场景，通过飞行轨迹数据接入和外部数据驱动得到临近空间浮空器的三维飞行场景，并通过三维飞行场景内容的实时更新，实现临近空间浮空器飞行过程的动态模拟过程。
所述的格式转换是指：将UG中的临近空间浮空器实体图转换成STK能够识别的MDL文件。
所述的颜色修正是指：在MDL文件中寻找颜色改变或丢失的组件(Component)，对其表面颜色(Face Color)和表面散射颜色(Face Emission Color)进行手动颜色修正。
所述的颜色设定与临近空间浮空器实体图保持一致，格式为：％rrrgggbbb，其中：rrr表示红色，ggg表示绿色，bbb表示蓝色，rrr、ggg和bbb的取值范围为000～255。
所述的增加机构动作定义是指：用文本方式对临近空间浮空器的四个螺旋桨、四个矢量倾转架、浮空器平台的三个轴向平移和三个旋转增加动作，并设置动作范围和默认值。
所述的选取增加动作对象的依据是临近空间浮空器的运动是由螺旋桨和倾转架驱动的，飞艇的控制策略是在各个方向上维持飞艇的稳定飞行的。
所述的飞行区域的地形地貌图通过以下方式合成：下载并拼合飞行区域的高分辨率谷歌卫星地图，得到高分辨率区域卫星地图，结合对应的数字高程图，生成相应的地形地貌图。
所述的地形地貌图的文件格式为JP2和PDTTX，其中JP2为不带高程数据的文件，PDTTX为带高程数据的文件。
所述的建立临近空间浮空器飞行场景是指：在STK中逐步增加临近空间浮空器MDL文件和场景对象，设置相关参数，并导入地形地貌图，生成临近空间浮空器飞行场景。
所述的场景对象包括但不限于：放飞点、测控点、回收点、搜救车辆、通信传感器和观测传感器。
所述的参数包括：浮空器尺寸、飞行区域经纬度、浮空器增加机构动作的推力和转角的输出范围。
所述的飞行轨迹数据包括：实时数据和非实时数据。
所述的实时数据是指：由其他计算机获得的测试或实际飞行数据。
所述的非实时数据是指：前期由其他资料获取的地形地貌数据和模拟飞行场景的飞行数据。
所述的实时数据通过局域网注入到STK场景中，非实时数据生成.e文件，并一次性导入临近空间浮空器精细模型的属性中。
所述的外部数据驱动是指：外部程序或计算机通过STK的Connect或STKX接口，将其数据实时或一次性注入到STK场景中，驱动STK场景向前走动。
本发明涉及一种实现上述方法的系统，包括：颜色修正模块、动作定义模块和三维飞行场景生成模块，其中：颜色修正模块接收临近空间浮空器实体图并进行格式转换和颜色修正后输出MDL格式的临近空间浮空器模型至动作定义模块，动作定义模块对临近空间浮空器模型的螺旋桨、矢量倾转架、浮空器平台生成带有动作范围和默认值的三个轴向平移动作和三个旋转动作并输出至三维飞行场景生成模块，三维飞行场景生成模块根据高分辨率区域卫星地图和数字高程图合成地形地貌图作为飞行场景，最后导入临近空间浮空器的飞行轨迹数据，实现动态模拟。
技术效果
与现有技术相比，本发明以STK为基础，在STK场景中增加精细模型和高分辨率的地形地貌图，可以在较短时间内快速开发出临近空间浮空器的三维飞行场景，并可以通过预留接口从局域网上接收其它计算机的飞行数据，实时更新场景内容；并可随时切换视场中心和视场范围，模型精细、地图分辨率高、并且数据接口可扩展。
附图说明
图1为本发明示意图；
图2为飞行区域的三维地形地貌图；
图3为三维飞行场景图；
图4为临近空间浮空器数据驱动动态场景图。
具体实施方式
本实施例涉及一种基于STK的临近空间浮空器三维飞行场景的构建系统，包括：颜色修正模块、动作定义模块和三维飞行场景生成模块，其中：颜色修正模块接收临近空间浮空器实体图并进行格式转换和颜色修正后输出MDL格式的临近空间浮空器模型至动作定义模块，动作定义模块对临近空间浮空器模型的螺旋桨、矢量倾转架、浮空器平台生成带有动作范围和默认值的三个轴向平移动作和三个旋转动作并输出至三维飞行场景生成模块，三维飞行场景生成模块根据高分辨率区域卫星地图和数字高程图合成地形地貌图作为飞行场景，最后导入临近空间浮空器的飞行轨迹数据，实现动态模拟。
如图1所示，本实施例包括以下步骤：
步骤1、对临近空间浮空器实体图依次进行格式转换、颜色修正和增加机构动作定义，得到STK可识别的MDL文件格式的临近空间浮空器精细模型。
所述的格式转换是指：将UG中的临近空间浮空器实体图转换成STK能够识别的MDL文件，具体包括以下步骤：
步骤1.1)采用Deep Exploration软件将UG实体图转换成LWO文件。
步骤1.2)采用LwConvert软件将LWO文件转换成MDL文件。
所述的格式转换可使STK场景中的模型和实际物体在形态和尺寸上保持一致。
所述的颜色修正是指：在MDL文件中寻找颜色改变或丢失的组件(Component)，包括八根吊舱拉绳(Tether)颜色，对其表面颜色(Face Color)和表面散射颜色(FaceEmission Color)进行手动颜色修正。
所述的颜色设定与临近空间浮空器实体图保持一致，格式为：％rrrgggbbb，其中：rrr表示红色，ggg表示绿色，bbb表示蓝色，rrr、ggg和bbb的取值范围为000～255。
本实施例颜色改变的组件包括但不限于：临近空间浮空器中心骨架、蒙皮、吊舱、拉绳和阀门，对应的颜色设定为：(FaceColor％151170175，FaceEmissionColor％010012012)、(FaceColor％192192192，FaceEmissionColor％012012012)、(FaceColor％012012012，FaceEmissionColor％012012012)、(FaceColor purple)和(FaceColor％045030048，FaceEmissionColor％012012012)。
所述的颜色修正可补充因直接转换成MDL格式而改变甚至丢失的组件颜色。
所述的增加机构动作定义是指：用文本方式对浮空器的四个螺旋桨、四个矢量倾转架、浮空器平台的三个轴向平移和三个旋转增加动作，并设置动作范围分别为[-360～360]、[-90～90]、[-1000～1000]和[-180～180]，默认值均为零。
步骤2、下载并制作高分辨率区域卫星地图，结合数字高程图合成地形地貌图，并导入STK场景。
所述的高分辨率区域卫星地图通过以下方式制作：下载飞行区域范围内第18级1.07m空间分辨率的谷歌卫星地图，在PowerPoint程序中将下载的碎块地图进行无缝隙、无重叠拼合，导出成整张TIF格式的地图文件，并精确标注飞行区域四个边界点的经纬度。
如图2所示，所述的飞行区域的边界经纬度为：东E89.780567137512591°、西E86.587272552643896°、南N41.459201003460215°、北N42.267412249134942°。
所述的地形地貌图通过以下方式合成：采用获取的飞行区域内的数字高程图，在STK中利用Image Converter工具，将高分辨率区域卫星地图和数字高程度图重合，生成JP2和PDTTX格式的三维地形地貌图。
所述的导入STK场景是指：在STK场景中，利用Globe Manager软件，在Hierarchy中打开陆地影像数据选项，选择地形地貌图文件并载入。
如图3所示，步骤3、根据步骤1得到的临近空间浮空器精细模型和步骤2得到的三维地形地貌图，建立临近空间浮空器飞行场景，导入飞行轨迹数据，并接受外部数据驱动。
所述的临近空间浮空器飞行场景通过以下方式建立：在STK中，逐步增加临近空间浮空器(以Aircraft为实体对象)、放飞点(以Facility为实体对象)、测控点(以Facility为实体对象)、回收点(以Facility为实体对象)、搜救车辆(以GroundVehicle为实体对象)、通信传感器(以Sensor为实体对象)、观测传感器(以Sensor为实体对象)等实体，并设置相关参数。
所述的飞行轨迹数据包括：实时数据和非实时数据。
所述的实时数据是指：由其他计算机获得的测试或实际飞行数据。
所述的非实时数据是指：前期由其他资料获取的地形地貌数据和模拟飞行场景的飞行数据。
所述的实时数据通过局域网注入到STK场景中，非实时数据生成.e文件，并一次性导入临近空间浮空器精细模型的属性中。
所述的飞行轨迹数据是实时驱动场景动态变化的基础。
所述的外部数据驱动是指：外部程序或计算机通过STK的Connect或STKX接口，将其数据实时或一次性注入到STK场景中，驱动场景向前走动。
如图4所示，通过STK的Connect或STKX接口，可以控制STK三维场景的视角和临近空间浮空器的飞行轨迹数据，并实时更新STK场景内容。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (1)

1.一种基于STK的临近空间浮空器三维飞行场景的构建系统，其特征在于，包括：颜色修正模块、动作定义模块和三维飞行场景生成模块，其中：颜色修正模块接收临近空间浮空器实体图并进行格式转换和颜色修正后输出MDL格式的临近空间浮空器模型至动作定义模块，动作定义模块对临近空间浮空器模型的螺旋桨、矢量倾转架、浮空器平台生成带有动作范围和默认值的三个轴向平移动作和三个旋转动作并输出至三维飞行场景生成模块，三维飞行场景生成模块根据高分辨率区域卫星地图和数字高程图合成地形地貌图作为飞行场景，最后导入临近空间浮空器的飞行轨迹数据，实现动态模拟；
所述的系统通过对临近空间浮空器的MDL文件进行格式转换、颜色修正和增加机构动作定义，然后与合成的飞行区域的地形地貌图一同建立三维临近空间浮空器飞行场景，通过飞行轨迹数据接入和外部数据驱动得到临近空间浮空器的三维飞行场景，并通过三维飞行场景内容的实时更新，实现临近空间浮空器飞行过程的动态模拟；
所述的飞行轨迹数据包括：实时数据和非实时数据；
所述的实时数据是指：由其他计算机获得的测试或实际飞行数据；
所述的非实时数据是指：由其他资料获取的地形地貌数据和模拟飞行场景的飞行数据；
所述的格式转换是指：将UG中的临近空间浮空器实体图转换成STK能够识别的MDL文件，使STK场景中的模型和实际物体在形态和尺寸上保持一致，具体采用Deep Exploration软件将UG实体图转换成LWO文件，然后采用LwConvert软件将LWO文件转换成MDL文件；
所述的颜色修正是指：在MDL文件中寻找颜色改变或丢失的组件，对其表面颜色和表面散射颜色进行手动颜色设定以补充因直接转换成MDL格式而改变甚至丢失的组件颜色；
所述的颜色设定与临近空间浮空器实体图保持一致，格式为：％rrrgggbbb，其中：rrr表示红色，ggg表示绿色，bbb表示蓝色，rrr、ggg和bbb的取值范围为000～255；颜色改变的组件包括：临近空间浮空器中心骨架、蒙皮、吊舱、 拉绳和阀门，对应的颜色设定为：(FaceColor％151170175，FaceEmissionColor％ 010012012)、(FaceColor％192192192，FaceEmissionColor％012012012)、(FaceColor％ 012012012，FaceEmissionColor％012012012)、(FaceColor purple)和(FaceColor％ 045030048，FaceEmissionColor％012012012)；
所述的增加机构动作定义是指：用文本方式对浮空器的四个螺旋桨、四个矢量倾 转架、浮空器平台的三个轴向平移和三个旋转增加动作，并设置动作范围分别为[-360～360]、[-90～90]、[-1000～1000]和[-180～180]，默认值均为零；
所述的飞行区域的地形地貌图通过以下方式合成：采用获取的飞行区域内的数字高程图，在 STK中利用Image Converter工具，将高分辨率区域卫星地图和数字高程度图重合，生成JP2 和PDTTX格式的三维地形地貌图；
所述的建立临近空间浮空器飞行场景是指：在STK中逐步增加临近空间浮空器MDL文件和场景对象，设置相关参数，并导入地形地貌图，生成临近空间浮空器飞行场景；
所述的实时更新，通过STK的Connect或STKX接口，可以控制STK三维场景的视角和临近空间浮空器的飞行轨迹数据，并实时更新STK场景内容。
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