CN112528081A - 一种空间态势相对运动轨迹多级载入展示方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空间态势相对运动轨迹载入展示方法及装置，包括通过XML配置文件配置初始环境；在初始环境的基础上创建相应的相对轨迹绘制对象；根据相对轨迹显示时长提取各对象的绝对轨迹数据写入绘制队列；将绘制队列中绘制对象和相对对象的绝对轨迹数据转换成绘制对象相对于相对对象的相对轨迹数据并完成时间同步，使用相对轨迹数据更新绘制队列；根据绘制队列中的相对轨迹数据绘制的轨迹并显示；t＝t+1，重复提取绝对轨迹数据进行绘制。通过将数据采用数据库和本地内存相结合的方式进行存储，根据轨迹显示时长从数据库或本地内存读取数据，可以解决因大规模数据使用内存存储严重降低场景渲染效率，影响三维显示流畅度的问题。

Description

一种空间态势相对运动轨迹多级载入展示方法及装置

技术领域

本发明属于三维态势展示领域，尤其涉及一种空间态势相对运动轨迹多级载入展示方法及装置。

背景技术

在模拟训练三维空间态势展示过程中，对象的运动轨迹展示是至关重要的，通过运动轨迹的展示，一方面可直观的显示出该对象某段时间内的运动路线以及运动方向，为训练人员对该对象未来运动趋势和行为进行预判提供条件；另一方面，从轨迹可以清楚地看出飞行器的俯仰滚转和战术动作、弹头的攻击路线等状态，从而辅助参训人员进行有效决策，为整个系统开展训练任务提供助力。目前已有的三维运动轨迹展示方法大多通过实时接收对象绝对空间下位置数据，进行实时绝对轨迹展示，该轨迹展示方案很好的解决了绝对空间下对象运动特性展示问题，可满足特定应用场景运动轨迹展示需求，但是在较为复杂的应用场景下，需提供相对运动轨迹的展示方法，以显示对象间相对运动关系，提升各对象运行特性的展示力度。由于相对轨迹展示数据量大，尤其是空间目标如飞船长时间的运动轨迹数据，怎样在确保显示流畅的情况下，又能满足多个对象相对轨迹的展示需求，使得绘制对象和相对对象在时间维度和空间维度上保持同步和一致。现有技术中关于这个问题还没有很好的方法来解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是怎样在满足多个对象相对轨迹的展示需求时，既能确保显示流畅又能使绘制对象和相对对象在时间维度和空间维度上保持同步和一致，提出了一种空间态势相对运动轨迹多级载入展示方法及装置。

为解决该问题，本发明所采用的技术方案是：

一种空间态势相对运动轨迹载入展示方法，包括以下步骤：

步骤1：通过XML配置文件配置相对轨迹绘制初始基本环境；所述XML配置文件包括轨迹数据存储数据库信息、数据库中轨迹数据存储步长、本地数据存储时长和本地数据存储间隔，相对运动轨迹显示时长；

步骤2：在所述初始基本环境的基础上根据场景对象的数量创建相应的相对轨迹绘制对象；

步骤3：根据相对轨迹显示时长提取绘制对象和相对对象当前时刻t减去相对轨迹显示时长时刻的绝对轨迹数据写入绘制队列；所述绝对轨迹数据采用数据库和本地内存相结合的方式同时进行数据存储，数据库中存储历史全程数据，本地内存中存储本地数据存储时长的历史数据；

步骤4：将绘制队列中绘制对象和相对对象的所述绝对轨迹数据转换成绘制对象相对于相对对象的相对轨迹数据并完成时间同步，使用相对轨迹数据更新绘制队列；

步骤5：根据所述绘制队列中的相对轨迹数据绘制出绘制对象和相对对象的轨迹并显示；

步骤6：t＝t+1，返回步骤3。

进一步地，步骤3中根据相对轨迹显示时长提取绘制对象和相对对象当前时刻t减去相对轨迹显示时长时刻的绝对轨迹数据的方法是：

如果相对轨迹显示时长小于本地数据存储时长，根据绘制对象和相对对象名称从本地内存中读取当前时刻t减去相对轨迹显示时长时刻的绝对轨迹数据；

如果相对轨迹显示时长大于本地内存存储轨迹时长，启用数据库查询线程根据绘制对象和相对对象名称，查询当前时刻t减去相对轨迹显示时长时刻的绝对轨迹数据。

进一步地，在从本地内存中读取绝对轨迹数据后，清除本地内存。

进一步地，当用户更换相对对象时，清除绘制队列中的所有数据，重复步骤3至步骤6。

进一步地，步骤3中所述绝对轨迹数据存储入数据库或存储入本地内存的判断依据是：

存入数据库的判断依据是：将当前时刻与前一时刻作差，判断该差是否大于初始配置XML文件设置的数据库中轨迹数据存储步长，如果大于该步长该数据则为有效数据，存入数据库；

存入本地内存的判断依据是：本地内存采用队列结构进行数据存储，

将当前仿真时刻与队首、队尾数据仿真时间作差，如果与队首之差小于初始配置XML文件设置的本地数据存储时长并且与队尾之差差大于配置文件中设置的数据间隔则数据入队；

如果与队首之差大于初始配置XML文件设置的本地数据存储时长并且与队尾之差大于初始配置XML文件中设置的数据间隔则数据入队，并且删除队首元素；

如果前两者均不满足则该数据为无效数据，进行丢弃。

进一步地，步骤4中所述同步是指绘制对象和相对对象两者的位置、速度为同一时刻的数据，当获取的数据不同步时，将相对对象当前时刻下的数据采用该时刻绘制对象前三个数据和后三个数据进行线性插值得到。

本发明还提供了一种空间态势相对运动轨迹载入展示装置，包括以下模块：

场景初始化模块：通过XML配置文件配置相对轨迹绘制初始基本环境；所述XML配置文件包括轨迹数据存储数据库信息、数据库中轨迹数据存储步长、本地数据存储时长和本地数据存储间隔，相对运动轨迹显示时长；在所述初始基本环境的基础上根据场景对象的数量相应的相对轨迹绘制对象；

绝对轨迹数据提取模块：根据场景初始化模块中相对轨迹显示时长提取绘制对象和相对对象当前时刻t减去相对轨迹显示时长时刻的绝对轨迹数据写入绘制队列；

数据转换模块：将绝对轨迹数据提取模块中绘制队列内绘制对象和相对对象的所述绝对轨迹数据转换成绘制对象相对于相对对象的相对轨迹数据并完成时间同步，使用相对轨迹数据更新绘制队列；

绘制模块：根据数据转换模块转换后的绘制队列中的相对轨迹数据绘制出绘制对象和相对对象的轨迹并显示；

时间更新模块：t＝t+1，返回绝对轨迹数据提取模块，继续提取个对象的绝对轨迹数据经过数据转换模块转换成相对轨迹数据后使用绘制模块进行轨迹绘制。

进一步地，所述绝对轨迹数据提取模块中包括实时绝对轨迹数据存储模块，所述绝对轨迹数据采用数据库和本地内存相结合的方式同时进行数据存储，数据库中存储历史全程数据，本地内存中存储本地数据存储时长的历史数据。

进一步地，所述绝对轨迹数据存储入数据库或存储入本地内存的判断依据是：

存入数据库的判断依据是：将当前时刻与前一时刻作差，判断该差是否大于初始配置XML文件设置的数据库中轨迹数据存储步长，如果大于该步长该数据则为有效数据，存入数据库；

存入本地内存的判断依据是：本地内存采用队列结构进行数据存储，

将当前仿真时刻与队首、队尾数据仿真时间作差，如果与队首之差小于初始配置XML文件设置的本地数据存储时长并且与队尾之差差大于配置文件中设置的数据间隔则数据入队；

如果与队首之差大于初始配置XML文件设置的本地数据存储时长并且与队尾之差大于初始配置XML文件中设置的数据间隔则数据入队，并且删除队首元素；如果前两者均不满足则该数据为无效数据，进行丢弃。

与现有技术相比，本发明所取得的有益效果是：

本发明一种空间态势相对运动轨迹载入展示方法，通过将实时的绝对轨迹数据采用数据库和本地内存相结合的方式同时进行数据存储，数据库中存储历史全程数据，本地内存中仅存储本地数据存储时长的历史数据；解决了现有技术中采用传统的本地内存存储方式，在需要展示相对运动轨迹时，仅数据量就是单对象绝对轨迹数据的两倍，采用传统的本地内存存储方式将无法满足其存储需求的问题；其次，相对轨迹不同于实时轨迹展示需求，相对轨迹通常需要展示从仿真开始到当前时刻某对象或多个对象相对参考对象历史全程的相对轨迹，展示数据量大，如果只是使用本地内存存储方式将不能确保多个对象相对轨迹三维显示流畅的问题，本发明通过从数据库和本地内存相结合的方式读取各展示对象的数据而不是从本地内存中读取数据，解决了大规模数据的读取问题，为任意时间段内相对轨迹显示提供有效数据支撑。

本发明根据不同应用场景，选用合适的数据访问方式，短时段相对轨迹通过本地内存快速访问，历史全程/长时段相对轨迹采用数据库访问方式，确保满足单/多对象、短时段/全程历史繁杂应用条件下的相对轨迹显示的实时性要求，为大规模相对轨迹展示提供了技术保证。因此使用本发明提供的方法，可以解决因大规模数据使用内存存储严重降低场景渲染效率，影响三维显示流畅度的问题。

附图说明

图1为本发明相对轨迹绘制流程图；

图2为本发明装置组成图；

图3为本发明轨迹数据库查询工作流图。

具体实施方式

图1至图3示出了本发明一种空间态势相对运动轨迹载入展示方法的具体实施例，包括以下步骤，如图1所示：

步骤1：通过XML配置文件配置相对轨迹绘制初始基本环境；所述XML配置文件包括轨迹数据存储数据库信息、数据库中轨迹数据存储步长、本地数据存储时长和本地数据存储间隔，相对运动轨迹显示时长；

通过该步骤完成轨迹绘制所需初始配置工作

步骤2：在所述初始基本环境的基础上根据场景对象的数量创建相应的相对轨迹绘制对象；

通过这两步完成轨迹绘制所需初始配置工作，初始配置采用XML配置文件实现，为轨迹绘制提供必要的配置信息，包括数据库信息、相对轨迹默认显示时长等；该步骤在整个系统初始化时进行，并且仅执行一次。

步骤3：根据相对轨迹显示时长提取绘制对象和相对对象当前时刻t减去相对轨迹显示时长时刻的绝对轨迹数据写入绘制队列；所述绝对轨迹数据采用数据库和本地内存相结合的方式同时进行数据存储，数据库中存储历史全程数据，本地内存中存储本地数据存储时长的历史数据；

本实施例中，如图2所示，本发明提出了采用本地内存和数据库同步存储实时轨迹数据的方式，对于短时段、小规模数据采用本地内存的存储方式，同时采用MySQL数据库存储全过程、大规模运动轨迹数据，使用该方式兼顾了运行效率，又可满足用户显示全过程历史轨迹的数据存储需求。本发明根据不同应用场景，选用合适的数据访问方式，短时段相对轨迹通过本地内存快速访问，历史全程/长时段相对轨迹采用数据库访问方式，确保满足单/多对象、短时段/全程历史繁杂应用条件下的相对轨迹显示的实时性要求，为大规模相对轨迹展示提供了技术保证。因此使用本发明提供的方法，可以解决因大规模数据使用内存存储严重降低场景渲染效率，影响三维显示流畅度的问题。

本实施例中，各对象的轨迹数据来源主要来自外部仿真系统进行轨道仿真计算产生的运动状态数据，具体包括仿真时刻、对象ID、对象名称、该时刻对象J2000坐标系下的运动位置、速度等；该数据通过以太网的方式实时传输给空间态势显示系统的数据接收和处理模块。

本实施例中，各对象的实时轨迹数据在存储时，判断当前时刻的轨迹数据是否存入内存或存入数据库，数据库存储判断依据即当前时刻与前一时刻作差，判断该差是否大于初始配置XML文件设置的数据库中轨迹数据存储步长，如果大于该步长该数据则为有效数据，存入数据库；引入存储步长判断是防止仿真步长太小轨迹存储过密的情况出现，以降低数据存储规模。该步长随应用场景不同需要进行微调，通常取确保轨迹绘制平滑、无折线的最大存储步长，默认为一分钟，即仿真运行一分钟进行一次数据入库；本地内存采用队列结构进行数据存储，入队判断依据为：首先，将当前仿真时刻与队首、队尾数据仿真时间作差，如果第一个差小于初始配置XML文件设置的本地数据存储时长并且第二个差大于配置文件中设置的数据间隔则数据入队；如果第一个差大于初始配置XML文件设置的本地数据存储时长并且第二个差大于配置文件中设置的数据间隔则数据入队，并且删除队首元素；如果前两者均不满足则该数据为无效数据，进行丢弃，采用该种方式进行数据存储确保队列中数据长度稳定可靠，避免内存泄漏问题。

步骤3中根据相对轨迹显示时长提取绘制对象和相对对象当前时刻t减去相对轨迹显示时长时刻的绝对轨迹数据的方法是：

如果相对轨迹显示时长小于本地数据存储时长，根据绘制对象和相对对象名称从本地内存中读取当前时刻t减去相对轨迹显示时长时刻的绝对轨迹数据；

如果相对轨迹显示时长大于本地内存存储轨迹时长，启用数据库查询线程根据绘制对象和相对对象名称，查询当前时刻t减去相对轨迹显示时长时刻的绝对轨迹数据。

本实施例中，如图3所示，轨迹数据的获取需根据用户当前需要显示的相对轨迹显示时长采用不同的获取方式，当需要显示的轨迹时长小于设定阈值即本地数据存储时长，则直接从内存中读取数据，当显示轨迹长度大于设定阈值，则通过数据库查询获取对应对象/对象列表的轨迹数据。由于内存访问效率高，当显示短距离相对轨迹数据时能发挥更好的效率，基本不会出现显示延迟；数据库进行大规模轨迹数据查询，需要一定的查询时间，显示会存在一定延迟。采用内存方式或数据库访问方式，可根据不同应用需求，对轨迹长度阈值也就是本地数据存储时长进行调整控制。

步骤4：将绘制队列中绘制对象和相对对象的所述绝对轨迹数据转换成绘制对象相对于相对对象的相对轨迹数据并完成时间同步，使用相对轨迹数据更新绘制队列。

在绝对轨迹数据获取后，需要将其转换成绘制对象相对于相对对象的相对轨迹数据，即将绘制对象的数据转换成相对于当前相对对象下的相对位置和速度。本实施例中绝对轨迹数据采用J2000惯性系进行存储，相对轨迹采用轨道坐标系进行存储，两坐标系间的转换矩阵需采用该轨迹时刻的转换矩阵，该矩阵可通过惯性系下的位置和速度求取。本实施例中，绝对轨迹和相对轨迹转换的前提是轨迹绘制对象和相对对象存储数据时间同步，即两者的位置、速度为同一时刻的数据，当获取的数据不同步时，本技术中采用相对对象该时刻绘制对象前三个数据和后三个数据进行线性插值得到。

步骤5：根据所述绘制队列中的相对轨迹数据绘制出绘制对象和相对对象的轨迹并显示；

如图3所示，本实施例主要设计了获取轨迹数据的方式以及数据获取后进行绝对轨迹到相对轨迹转换并同步的过程。数据成功存储后，在轨迹绘制主循环中需要完成轨迹的获取、转换、同步、绘制等工作，绘制工作主要利用三维渲染引擎回调机制调用底层点、线、面等图元绘制函数进行，不做详细叙述。

步骤6：t＝t+1，返回步骤3。

当用户需要更换相对对象时，清除绘制队列中的所有数据，重复步骤3至步骤6。

现有的轨迹绘制通常采用本地内存的存储方式进行轨迹数据存储，该方式局限于内存的大小限制，无法存储大规模数据，另外，大量使用内存存储将严重降低场景渲染效率，影响三维显示流畅度。本发明采用数据库和本地内存相结合的方式进行运动轨迹存储，并采用合理可行的快速数据访问，绝对轨迹和相对轨迹转换等技术，有效提高了轨迹数据多级载入的实时性，可满足大规模相对轨迹展示应用需求，

本发明还提供了一种空间态势相对运动轨迹载入展示装置，包括以下模块：

场景初始化模块：通过XML配置文件配置相对轨迹绘制初始基本环境；所述XML配置文件包括轨迹数据存储数据库信息、数据库中轨迹数据存储步长、本地数据存储时长和本地数据存储间隔，相对运动轨迹显示时长；在所述初始基本环境的基础上根据场景对象的数量相应的相对轨迹绘制对象；

绝对轨迹数据提取模块：根据场景初始化模块中相对轨迹显示时长提取绘制对象和相对对象当前时刻t减去相对轨迹显示时长时刻的绝对轨迹数据写入绘制队列；

所述绝对轨迹数据提取模块中包括实时绝对轨迹数据存储模块，所述绝对轨迹数据采用数据库和本地内存相结合的方式同时进行数据存储，数据库中存储历史全程数据，本地内存中存储本地数据存储时长的历史数据。所述绝对轨迹数据存储入数据库或存储入本地内存的判断依据是：

存入数据库的判断依据是：将当前时刻与前一时刻作差，判断该差是否大于初始配置XML文件设置的数据库中轨迹数据存储步长，如果大于该步长该数据则为有效数据，存入数据库；

存入本地内存的判断依据是：本地内存采用队列结构进行数据存储，

将当前仿真时刻与队首、队尾数据仿真时间作差，如果与队首之差小于初始配置XML文件设置的本地数据存储时长并且与队尾之差差大于配置文件中设置的数据间隔则数据入队；

如果与队首之差大于初始配置XML文件设置的本地数据存储时长并且与队尾之差大于初始配置XML文件中设置的数据间隔则数据入队，并且删除队首元素；如果前两者均不满足则该数据为无效数据，进行丢弃。

数据转换模块：将绝对轨迹数据提取模块中绘制队列内绘制对象和相对对象的所述绝对轨迹数据转换成绘制对象相对于相对对象的相对轨迹数据并完成时间同步，使用相对轨迹数据更新绘制队列；

绘制模块：根据数据转换模块转换后的绘制队列中的相对轨迹数据绘制出绘制对象和相对对象的轨迹并显示；

时间更新模块：t＝t+1，返回绝对轨迹数据提取模块，继续提取各对象的绝对轨迹数据经过数据转换模块转换成相对轨迹数据后使用绘制模块进行轨迹绘制。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种空间态势相对运动轨迹载入展示方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过XML配置文件配置相对轨迹绘制初始基本环境；所述XML配置文件包括轨迹数据存储数据库信息、数据库中轨迹数据存储步长、本地数据存储时长和本地数据存储间隔，相对运动轨迹显示时长；

步骤2：在所述初始基本环境的基础上根据场景对象的数量创建相应的相对轨迹绘制对象；

步骤3：根据相对轨迹显示时长提取绘制对象和相对对象当前时刻t减去相对轨迹显示时长时刻的绝对轨迹数据写入绘制队列；所述绝对轨迹数据采用数据库和本地内存相结合的方式同时进行数据存储，数据库中存储历史全程数据，本地内存中存储本地数据存储时长的历史数据；

步骤4：将绘制队列中绘制对象和相对对象的所述绝对轨迹数据转换成绘制对象相对于相对对象的相对轨迹数据并完成时间同步，使用相对轨迹数据更新绘制队列；

步骤5：根据所述绘制队列中的相对轨迹数据绘制出绘制对象和相对对象的轨迹并显示；

步骤6：t＝t+1，返回步骤3。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中根据相对轨迹显示时长提取绘制对象和相对对象当前时刻t减去相对轨迹显示时长时刻的绝对轨迹数据的方法是：

如果相对轨迹显示时长小于本地数据存储时长，根据绘制对象和相对对象名称从本地内存中读取当前时刻t减去相对轨迹显示时长时刻的绝对轨迹数据；

如果相对轨迹显示时长大于本地内存存储轨迹时长，启用数据库查询线程根据绘制对象和相对对象名称，查询当前时刻t减去相对轨迹显示时长时刻的绝对轨迹数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在从本地内存中读取绝对轨迹数据后，清除本地内存。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当用户更换相对对象时，清除绘制队列中的所有数据，重复步骤3至步骤6。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中所述绝对轨迹数据存储入数据库或存储入本地内存的判断依据是：

存入数据库的判断依据是：将当前时刻与前一时刻作差，判断该差是否大于初始配置XML文件设置的数据库中轨迹数据存储步长，如果大于该步长该数据则为有效数据，存入数据库；

存入本地内存的判断依据是：本地内存采用队列结构进行数据存储，

将当前仿真时刻与队首、队尾数据仿真时间作差，如果与队首之差小于初始配置XML文件设置的本地数据存储时长并且与队尾之差差大于配置文件中设置的数据间隔则数据入队；

如果与队首之差大于初始配置XML文件设置的本地数据存储时长并且与队尾之差大于初始配置XML文件中设置的数据间隔则数据入队，并且删除队首元素；

如果前两者均不满足则该数据为无效数据，进行丢弃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中所述同步是指绘制对象和相对对象两者的位置、速度为同一时刻的数据，当获取的数据不同步时，将相对对象当前时刻下的数据采用该时刻绘制对象前n个数据和后n个数据进行线性插值得到。

7.一种空间态势相对运动轨迹载入展示装置，其特征在于，包括以下模块：

场景初始化模块：通过XML配置文件配置相对轨迹绘制初始基本环境；所述XML配置文件包括轨迹数据存储数据库信息、数据库中轨迹数据存储步长、本地数据存储时长和本地数据存储间隔，相对运动轨迹显示时长；在所述初始基本环境的基础上根据场景对象的数量创建相应的相对轨迹绘制对象；

绝对轨迹数据提取模块：根据场景初始化模块中相对轨迹显示时长提取绘制对象和相对对象当前时刻t减去相对轨迹显示时长时刻的绝对轨迹数据写入绘制队列；

数据转换模块：将绝对轨迹数据提取模块中绘制队列内绘制对象和相对对象的所述绝对轨迹数据转换成绘制对象相对于相对对象的相对轨迹数据并完成时间同步，使用相对轨迹数据更新绘制队列；

绘制模块：根据数据转换模块转换后的绘制队列中的相对轨迹数据绘制出绘制对象和相对对象的轨迹并显示；

时间更新模块：t＝t+1，返回绝对轨迹数据提取模块，继续提取个对象的绝对轨迹数据经过数据转换模块转换成相对轨迹数据后使用绘制模块进行轨迹绘制。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述绝对轨迹数据提取模块中包括实时绝对轨迹数据存储模块，所述绝对轨迹数据采用数据库和本地内存相结合的方式同时进行数据存储，数据库中存储历史全程数据，本地内存中存储本地数据存储时长的历史数据。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述绝对轨迹数据存储入数据库或存储入本地内存的判断依据是：

存入数据库的判断依据是：将当前时刻与前一时刻作差，判断该差是否大于初始配置XML文件设置的数据库中轨迹数据存储步长，如果大于该步长该数据则为有效数据，存入数据库；

存入本地内存的判断依据是：本地内存采用队列结构进行数据存储，

将当前仿真时刻与队首、队尾数据仿真时间作差，如果与队首之差小于初始配置XML文件设置的本地数据存储时长并且与队尾之差差大于配置文件中设置的数据间隔则数据入队；

如果与队首之差大于初始配置XML文件设置的本地数据存储时长并且与队尾之差大于初始配置XML文件中设置的数据间隔则数据入队，并且删除队首元素；如果前两者均不满足则该数据为无效数据，进行丢弃。

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