本科生科研训练计划项目（SRTP）项目成果项目名称：航天器在轨运行的三维可视化仿真
项目负责人：林凡庆
项目合作者：曲大铭侯天翔杨唤晨孙洁
所在学院：空间科学与物理学院
专业年级：空间科学与技术2013级
山东大学（威海）
大学生科技创新中心
航天器在轨运行的三维可视化仿真
空间科学与物理学院空间科学与技术专业林凡庆
指导教师许国昌杜玉军摘要：航天器在轨运行的三维可视化程序设计是建立卫星仿真系统最基础的工作。航天器在轨运行的三维可视化仿真有着重要的意义：它既可以使用户对卫星在轨运行情况形成生动直观、全面具体的视觉印象，又可以大大简化卫星轨道的设计过程。本文首先构建了航天器在轨运行的三维可视化仿真程序的基本框架，然后对涉及到的关键理论与知识，如时间、坐标转换、卫星轨道理论、OpenGL图形开发库等也做了阐述，最后介绍了我们的主要工作和科研成果。我们的主要成果是实现了卫星在轨运行的三维可视化仿真并对原有程序进行了改进。
关键词：航天器在轨运行三维可视化程序设计 OpenGL
Abstract：The programmer of three-dimensional visualization on satellite in-orbiting is the utmost foundational work in establishing satellite emulation system. The three-dimensional visual simulation on satellite is of great significance: it assures that users may receive a vivid and direct-viewing and it also can greatly simplify the design process of satellite orbit.The basic frame of three-dimensional visual simulation program on satellite in-orbiting has been set up firstly. then, related essential theory and knowledge such as time system, coordinate conversation, satellite orbit, OpenGL and etc also has been introduced. Lastly, our main work and research results has been introduced. Our main achievement is that we realized the program of three-dimensional visualization on satellite in-orbiting and we improve the original program.
Key words：satellite In-orbit movement 3D visualization programming OpenGL
一、引言
当今社会是一个信息的社会，谁掌握了信息的主动权，就意味着掌握了整个世界。而人造卫星是当今人们准确、实时、全面的获取信息的重要手段，卫星的各项应用已经成为信息社会发展的强大动力。而人造卫星的应用是一项高投入、高风险、长周期的活动，仿真技术由于具有可控制、可重复、经济、安全、高效的特点，在人造卫星应用领域以至整个航天领域都起到了重大的作用。目前国际上较常用的卫星仿真软件主要有美国的Winorbit、美国Cybercom System公司研制的CPLAN和AGI公司的STK。其中以STK功能最为强大，界面最为友好，在卫星仿真领域占有绝对领先地位。STK功能虽然强大，但其价格昂贵，源码也不公开，无法自主扩展，并且该软件被限制了对中国的销售，所以中国不得不独立开发适于自己的卫星仿真系统[1]。而且国内目前卫星系统的仿真软件很少，主要有一些大学开发的小型的卫星系统仿真软件，还有北京航天慧海系统仿真科技有限公司开发的Vpp-STK航天卫星仿真开发平台V4.0。总体来说，国内目前在这个方面的技术还相当不成熟，因此研究和自主开发卫星仿真系统意义重大。
仿真可视化，就是把仿真中的数字信息变为直观的，以图形图像形式表示的，随时间和空间变化的仿真过程呈现在研究人员面前，使研究人员能够知道系统中变量之间、变量与参数之间、变量与外部环境之间的关系，直接获得系统的静态和动态特征[2]。
本文首先构建了航天器在轨运行的三维可视化仿真程序的基本框架，然后对涉及到的关键理论与知识，如时间、坐标转换、卫星轨道理论、OpenGL图形开发库等也做了阐述，最后介绍了我们的主要工作和科研成果。
二、程序设计综述
（一）程序的总体框架
我们根据太阳、地球、月球等天体运行的规律、人造卫星轨道理论以及常用的时间和坐标系统的转换关系，以OpenGL仿真技术为手段，在Windows平台上使用 Visual C++高级编程语言，实现卫星在轨运行的三维可视化表达的程序。我们设计的程序的主要功能有：
1. 显示地球、卫星和星空背景等空间对象运动变化过程。
2. 动态显示卫星轨迹、覆盖范围等本身不可见对象。
3. 视点变换和多场景的一致显示。
4. 在有条件的情况下，实现卫星轨道的设计与变更、轨道预报。
我们根据程序的主要功能将程序分为4个模块：数据读取和预处理、实体建模和运动建模、视景仿真驱动和三维显示输出。
图1 程序总体框架图
（二）系统设计原则
1.通用性和可扩展性[3]。
为了保证系统的通用性和便于对系统进行扩展和完善，采用面向对象程序设计方法；采用类和动态链接库（DLL）进行模块化设计。
2.满足实时动态的仿真要求[3]。
为满足系统实时性，仿真算法、数据通讯等要求达到一定速度。
3.结构化、标准化、可扩展的输入输出方式[3]。
4.良好的人机交互功能[3]。
采用OpenGL技术显示卫星轨道，使画面清晰、直观；允许用户随时查询、修改和保存数据；允许同时打开多个仿真窗口，可以同时对多个方案进行仿真和比较，进行分析，也可以对同一方案的不同运行阶段同时进行仿真和比较。
5.数据快速的交互能力[3]。
三、基本理论
（一）OpenGL仿真技术
OpenGL(Open Graphics Library)是美国高级图形和高性能计算机系统公司（SGI）开发的一套计算机图形处理系统，是图形硬件的软件接口。由于OpenGL的优越性能，目前OpenGL已被认为是高性能图
形和交互式视景处理的标准[4]。
利用OpenGL实现三维动画的基本步骤如下：
1.建模
要实现三维动画, 首先在三维用户坐标系中建立运动物体的三维模型, 对于复杂的三维动画还要建立运动物体周围的三维场景。三维模型通常采用点( Point) 、线( Line) 和多边形( Polygon) 等元素建立。在OpenGL 中可以利用函数glBegin()和glEnd()指明一个几何元素的定义开始和结束,用glVertex3*()、glNormal3*()和glColor3*()分别指明顶点、法向量和颜色。
2.渲染
渲染包括消隐、光照、材质、纹理映射等方面。
消隐就是消除被遮挡的不可见的线或面, 得到具有真实感的图形。在OpenGL 中, 消隐是通过深度测试实现的。消除深度缓存用函数glClear()实现, 启动深度缓存分别用函数glEnable ()实现。
为了使模型具有真实感, 必须进行光照处理, 使模型表现出明暗效果。通常, 光源从颜色、位置、方向等方面刻画。光源用函数glLight*()定义, 启动光照和光源都可以使用函数glEnable()实现。在光照下, 对模型进行明暗处理, 模型就表现出明暗效果。在OpenGL 中, 用单一颜色处理的称为平面明暗处理, 用许多不同颜色处理的称为光滑明暗处理。设置明暗处理模式的函数为glShadeModel()。
OpenGL 用材料对光的红、绿、蓝三原色的反射率来近似定义材料的颜色，定义材质用函数glMaterial*( ) 实现。
物体的表面一般表现出一定的纹理, 在模型渲染中纹理映射也是比较重要的一方面。
3.图形变换
图形变换是三维动画实现的关键一步, 只有通过图形变换,三维物体模型才能表现出运动效果。实现物体运动, 通常要用到平移变换、旋转变换、缩放变换等, 这些变换分别用函数glTranslate*()、glRotate*()、glScale*()实现。而且三维动画要在屏幕上显示出来, 还需要进行透视投影变换、裁剪变换、视口变换。这些变换分别用函数gluPerspective()、glClipPlane()、glViewport()实现。图形变换通常要用到矩阵堆栈操作。
4.交换帧缓存
为了提高动画输出效率, OpenGL 采用了双缓存技术, 用函数SwapBuffers()实现交换帧缓存。
（二）时间系统和标志法
常用时间系统及转换关系：
1.世界时UT
格林尼治零子午线处的民用时称为世界时，北京时间减去8小时即得到世界时。世界时系统是以地球自转为基础的，为了弥补极移现象和地球自转速度的不均匀性造成的缺陷，需要在世界时UT中引入极移改正Δλ和地球自转速度的季节性改正Δ T s。由此得到的世界时分别称为UT1和UT2。未经改正的世界时则用UT0表示。三者关系如下：
UT1=UT0+ Δλ（1） UT2=UT0+ ΔT s（2）Δλ、Δ T s的值国际地球自传服务区（IERS）会给出。
2.国际原子时TAI
以原子能级跃迁辐射频率定义的标准时间单位，取1958年1月1日世界时零时为其起算点。国际原子时（TAI）与UT1有如下关系：
（UT1-TAI)1958.0=+0.0039s （3）
3.地球力学时TT
在天文学中，天体的星历是要根据天体力学中的运动方程计算的，在这些天体运动方程中，时间是一个独立变量，被定义为力学时。地球力学时取原子时的秒为其秒长，故它是一个均匀的时间系统。地球力学时TT和国际原子时TAI有如下关系：
TT=TAI+32.184s （4）时间标志法：
时间标示法是指表示时间的方法。它有别于时间系统的概念，而是建立在时间系统上的时间表达方式。常用的时间标示法有：历法（即通用时）、儒略日及约化儒略日等[1]。
历法符合人们的生产生活习惯，但不适合于科学计算。而儒略日（JD）则是一种采用连续数值标志时间的方法。它是这样定义的：从公元前4713年1月1日12时开始计算的天数。这种标志方法非常适合科学计算，并可以很方便的将不同的时间标志法联系起来。然而用儒略日标志的现今时间数值很大，甚至连计算机都无法精确的表示。为了解决这一问题，1973年国际上提出了约化儒略日（MJD）时间标志法，即从儒略日中减去2400000.5天。
（三）坐标系统
空间坐标系分为两大类：一类是地球坐标系，该坐标是一种非惯性坐标，是固结在地球上的，随地球一起旋转，又称地固坐标系，如地心大地坐标系、地球固连坐标系；另一类是天球坐标系，该坐标系与地球自转无关，可以建立惯性坐标系，用此坐标系可以方便的描述航天器轨道，如地心天球坐标系。
1.天球赤道坐标系
天球赤道坐标系的三个坐标是（r, α, δ）。r为地心到空间某点N的距离；α在赤道面内，为春分点向东到N点的矢径在赤道面上投影的角距，通常称为赤经；δ为N点的矢径与赤道面的夹角，向北为正，通常称为赤纬。
图2 天球赤道坐标系
2.地球坐标系
地球坐标系是与地球固连在一起，建立在地球或地球参考椭球之上的坐标系。地球空间直角坐标系（这里实际上指瞬时真地球坐标系）的原点位于地心，Z轴和瞬时自转轴重合，指向北，X轴指向经度零点（即格林尼治子午线与赤道的交点），Y轴组成右手坐标系。
（四）卫星在轨坐标及其覆盖区域的计算
卫星在惯性空间的运动可以用6个经典的轨道要素描述：半长轴a，偏心率e，右升交点赤经Ω，轨道倾角i，近地点幅角ω，真近点角f。通过这6个轨道要素可以计算卫星在惯性空间的位置矢量和速度矢量，如图5。
为了在三维场景中绘制卫星的覆盖区域,需要计算卫星覆盖边界点的经纬度坐标。当地球被近似为球体时,卫星覆盖区域是地球三维模型上的一个圆,如图3所示。
图中Oe为地心,O 为卫星的星下点,过O 点的经线与卫星覆盖圆交于P1 、P2 2 点, A 为覆盖圆上一点。如图3 所示,在球面三角形△POA 中,有以下关系式：
Δλ=λ2-λ1
h1=90°-δ1
h2=90°-δ2
式中:λ 1 ,λ 2 分别为O 点和A 点的经度;δ1 和δ2分别为O 点和A 点的地心纬度。
图3 卫星覆盖区域图4 球面三角形解此球面三角形，可以得到如下关系式：
由此式可以解出Δλ和l2，在解三角函数时要注意角度的象限, l2的范围是0～180°,所以由第一个式子可直接解出,而Δλ的范围是- 180°～180°,所以要分别解出正弦和余弦值以确定象限。由0～180°变换α,就可以求出覆盖圆上各点的经纬度坐标。
图5 卫星轨道根数示意图
四、研究过程
（一）形体建模
我们运用OpenGL仿真技术，在Visual Studio上运用C++高级编程语言，来实现三维物体的形体建模。这里所说的形体建模不是单指物体几何形状的确定，而是要构造出一个比较逼真的形体，其中包括物体的材质属性、光照、纹理等一些特性。
1.星空
我们在程序中用纹理贴图的方式进行了星空的绘制，这样绘制星空相对较为简单，但图像较为模糊，
而且只能显示部分星空。在对老师原有程序的改进上，我们根据星表的数据，在假想的天球上，根据星体的视星等和赤经赤纬，在对应的位置上绘制出相应亮度的星体，这样绘制的星空更具有真实感，实现了对星空较好的仿真。
2.地球
地球的模型相对来说比较简单。为了能在屏幕中看到地球，需要将地球推入屏幕背后足够的距离以便使我们可以看见全部的场景，所以我们首先用glTranslatef*()函数将当前点移入屏幕背后一定距离；然后我们用函数gluSphere*()绘制了一个球；因为用OpenGL进行纹理贴图时，图像的宽和高必须是2的n次方，所以我们选择了一幅像素为2048*1024的地球位图，然后我们用纹理映射函数glTexCoord2f*()及相应的一系列函数将地球位图贴在了我们所绘制的球上。在贴纹理的过程中，我们发现纹理的方向与坐标轴的实际方向不符，然后我们利用glRotate*()函数使地球转动相应角度，从而使地球方向与坐标轴方向对应。
3.卫星
有两种方法来建立卫星模型，一是直接在程序中用OpenGL来绘制卫星模型，二是用3D制图软件绘制卫星三维模型，然后将卫星三维模型读进程序。本程序中的卫星模型是用第一种方法实现的。我们用3Dmax制作了一个卫星模型，但没有成功的把它读进程序之中。
4.太阳和光照
这里我们将太阳简化为一个球体，为了使其看起来逼真，我们将一个光晕的位图贴到中心与太阳中心重合的正方形上。为了给地球和其他物体提供光照，本程序将一个辐射白光的点光源设置在太阳的中心位置。
图5 太阳模型效果图
（二）数据源
程序所采用的数据源主要有两种：轨道根数数据和依巴谷星表。
依巴谷星表是欧洲空间局(简称ESA)依巴谷天体测量卫星(Hipparcos)计划的主要成果。依巴谷卫星由欧洲空间局于1989年8月发射升空，1993年8月完成历史使命，观测寿命为4年，用以测量恒星视差和自行，以古希腊天文学家喜帕恰斯的名字命名。其中在1989年11月至1993年3月共40个月期间，卫星观测得到了高质量的科学资料。利用喜帕恰斯卫星的测量数据发布了依巴谷星表.
图6 星表数据示例
（三）动画的实现
计算机动画是采用计算机技术,以一定的速率连续播放的由计算生成的静态离散画面(帧) ,利用人眼的视觉残留特性,这些画面序列在人眼的视网膜上形成了连续运动图像。
在Windows 编程模型中实现动画效果的基本思路是每次以不同却连续的图像刷新显示视窗。OpenGL 采用了双缓存技术，OpenGL在绘图之前，事先分配了两块缓存区域，即前台缓存和后台缓存：后台缓存用来计算场景、生成画面；前台缓存用来显示后台缓存已画好的画面。当显示完一帧缓存后，再将两个缓存区进行交换，不断重复上述工作就实现了画面的更新，也就实现了动画。
五、科研成果
（一）软件功能及运行效果
该软件可以模拟从宇宙中某一视角观察地球、太阳和卫星的运行状态，画面清晰，仿真效果良好。
图7 软件界面
（二）原有软件添加星表数据后的运行效果
图7 原有软件界面
参考文献：
【1】杜玉军著：《卫星轨道的三维可视化程序设计》，武汉大学，2008。
【2】吴家铸，党岗，刘华锋等著：《视景仿真技术及应用》，西安：电子科技大学出版社，2001。
【3】薛国凡，孙卿，徐明毅，王乘著：《卫星可视化仿真与跟踪概论》，华中科技大学，2004。
【4】OpenGL图形编程[EB/OL].中国游戏开发者网站，https://www.doczj.com/doc/eb18741002.html,/Download.aspx.2001-09-20。【5】任民宏著：《利用OpenGL实现三维动画》，陕西理工学院计算机科学与技术系，2007。
【6】D. Shreiner & M. Woo & J. Neider & T .Davis. “OpenGL Programming Guide”, America: Addition Welsey,2008.
【7】王威，于志坚著：《航天器轨道确定：模型与算法》，北京：国防工业出版社，2007。
【8】王鹏...[等]著：《空间环境建模与可视化仿真技术》，北京：国防工业出版社，2012。
【9】X. GuoChang. “GPS:Theory,Algorithms and Applications”,Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co.K;Softcover reprint of hardcover 2nd ed.2007.
【10】宋永军，苏鸿根著：《VC环境下OpenGL动画的实现方式与特性分析》，中国科学院，2004。
【11】龚立民著：《基于OpenGL的地球/地图三维模拟软件设计》，黑龙江省机场管理集团有限公司，2006。
【感想与体会】
第一次当科研立项的项目负责人，我在时间安排、团队协作等方面缺乏经验，以至于在整个科研立项过程中，我们走了很多的弯路，前期的调研过程占用了我们太多的时间。还有，我们的编程基础太过薄弱，学习OpenGL和编程语言花费掉了我们大量的时间。同时在和老师的交流上缺乏主动性，使我们浪费掉了许多从老师那里获取经验的机会。但通过科研立项，我也收获颇多，在科研立项的过程中，我学习了大量的编程知识，积累了丰富的编程经验。同时也学到了一些关于卫星轨道理论、时间与坐标系统、3D模型建立等的相关知识。总体而言，我们收获了很多知识，积累了丰富的科研经验，但我也存在经验不足，粗心懒惰等缺点。希望在以后的科研工作和学习中，我能更加努力的提高自己，发现自己的不足，改掉自己的缺点，争取取得更好的成果。最后，感谢杜老师的耐心指导和小组成员的努力。
【指导教师评语】
项目选题有较好的现实意义和应用前景，小组成员通过学习卫星轨道和OpenGL仿真的基础知识和方法，对指导老师原有的卫星轨道仿真软件进行了一定改进。但总体上程序还有较大改善的空间，希望继续努力。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/eb18741002.html, 数学物理方程三维可视化仿真 作者：江萍杨华军何文森罗志华 来源：《教育教学论坛》2013年第03期 摘要：数学物理方程三维可视化仿真及创新实践训练是《数学物理方法》教学模式改革中的重要内容。本文通过MATLAB程序求解二维菱形晶格光子晶体的电磁场本征值方程，绘制出二维能带曲线，并将结果三维可视化，体现出复杂数学物理问题的物理图像，解决大学生在课程学习过程中理解困难的教学问题，加强大学生编程实践能力和创新能力的培养。 关键词：本征值问题；三维可视化仿真；光子晶体；平面波展开法；能带结构 中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）03-0247-03 一、课程背景 《数学物理方法》是理工科学生的基础课程之一，也是科研中常用的基本方法。数学物理方法课程的内容繁多，公式推导繁杂，尽管教材中的例题通常具有明确的物理意义，但是从眼花缭乱的数学表达式中看出其中所表达的物理图像，不仅学生会觉得困惑、枯燥，教师也难免觉得棘手。探索数学物理方法数值化教学的新方法，是数学物理方法课程教学中的一项重要工作，也是数学物理方法教学改革中的重要内容。利用MATLAB数值求解数学物理方程，将传统教学手段与计算机仿真教学相结合，改变只用公式符号教学的模式[1]，令学生对复杂、抽象、烦琐的数学物理问题具有更深刻的理解。本论文旨在进行数学物理方程仿真求解实践训练，着力培养大学生应用数学物理思想解决实际问题的能力。本着“重理论、强实践、突创新”的教育理念，结合科技前沿，以光子晶体的电磁场理论作为实践内容，利用MATLAB对复杂的电磁场本征值问题进行计算机仿真求解，将结果三维可视化，以此来展现复杂电磁场问题的物理图像，对培养大学生创新能力具有重要意义。 二、光子晶体电磁理论基础 在利用分离变量法求解数学物理方程时，最后都归结到求解本征值问题。在用本征函数系展开法解数学物理方程时，也要对所用的本征函数系有较好的理解[2]。所以，各种本征函数 系在数学物理方程课程的学习中有非常重要的地位。周期结构对电磁波的调控是物理学领域的基础问题。光子晶体是由介电常数周期排列形成的一种合成材料，是非均匀介质中少数可以严格遵循电磁理论的新型人工材料。在一定的晶格常数和介电常数条件下，布拉格散射使在光子晶体中传播的电磁波受到调制形成类似于电子的能带结构[3]。利用计算机仿真求解光子晶体 中的复杂本征值问题，可以帮助学生熟悉并更好地掌握本征函数系的性质和求解方法。 1.理想二维光子晶体的结构。假设介电常数为εa，半径为r的介质柱平行于z轴，背景介质的介电常数为εb，在（x，y）平面内的晶格常数为a，θ为相邻基矢a1和a2之间的锐角，
医学护理虚拟仿真系统 1.产科护理虚拟仿真软件 1）四步触诊：可以完整、清楚地展示四步触诊的步骤，从多个模式、多个方位对操作步骤逐一进行观看，例如，在透视模式下可以显示出子宫内胎儿情况。 2）平产接生：从接产前准备到接产步骤：完整、清楚地展示平产接生的步骤，从多个模式、多个方位对操作步骤逐一进行观看，例如，可以通过三维交互操作，身临其境地练习接生手法。 3）人工流产：完整、清楚地展示人工流产的操作步骤，从多个模式、多个方位对操作步骤逐一进行观看，例如，在剖视模式下可以直观显示出器械在阴道和子宫内部的具体情况。 4）影响产妇的四个因素：可以完整、清楚地展示产力（子宫收缩力、腹壁肌及膈肌收缩力、肛提肌收缩力），产道，胎儿的相互关系，从多种模式、多个方位观看相关肌肉收缩情况。
5）臀位助产：完整、清楚地展示臀位助产的操作步骤，从多个模式、多个方位对操作步骤逐一进行观看，例如，在透视模式下可以显示出胎儿与子宫的变化关系。 6）分娩机制：在原理模式下，可以清楚了解每个步骤胎头各相应径线和骨盆入口平面、中骨盆平面及出口平面的相互关系。可以观察到胎头的前囟门和后囟门。 2.基础护理三维仿真软件 1）心肺复苏：可以完整、清楚、准确地展示心肺复苏的步骤，从多个模式、多个方位对操作步骤逐一进行观看，例如，可以在三维透视模式下显示病人心肺内部三维结构的变化情况。
2）留置导尿术：通过三维泌尿系统和导尿管真实模拟出导尿管在尿道内的位置关系和运动反馈；例如，可以在透视和剖视模式下观看导尿管通过尿道的过程。 3）静脉输液：可以完整、清楚、准确地展示对患者的评估核对，七步洗手法洗手，戴口罩，用物准备，操作过程。可以从多个方位观看如何选静脉，如何持针、如何插针，如何固定，如何拔针等，例如可以在三维透视模式下查看静脉内部结构，针头与静脉的位置关系等。 4）鼻饲法：通过三维消化系统和导管真实模拟出导管在体内的位置距离，吞咽时食道的变化，误插入管，患者出现的咳嗽、呼吸困难、发绀的症状；例如，可以在透视和剖视模式下观看口腔和食道内的插管过程。 福建水立方三维数字科技有限公司是一家专注于虚拟仿真/VR/AR/MR技术在医学护理领域应用软件及系统的研发和推广的高新技术企业。公司专注于助产、护理、基础医学、中医学等医学三维虚拟仿真技术的研发。公司的主要产品（服务）包括：提供VR虚拟现实系统、MR/AR系统、3D交互墙、大型Cave系统等解决方案，构建实验教学平台、微创手术系统、教育培训系统、虚拟仿真平台。 公司为福建省高新技术企业，也是目前国内首家的集VR/AR临床医学培训+解决方案+平台建设于一体的高新技术企业。“公司自成立以来，已相继研发出"
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ERDAS的三维地形可视化 The visualization of3D terrain ERDAS 总计毕业设计33页 表格1个 插图16幅
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ABSTRACT ABSTRACT With the rapid development of economy and science,3D visualization technology gradually mature,recently more and more attention.This paper analyzes the realization method and steps of3D terrain visualization.The elevation of the terrain map file is converted to digital elevation model IMG format file,and then the stack with TM image with the area,so as to realize the visualization of3D terrain. Based on the analysis of the application of3D terrain visualization.Finally summarizes the encountered in this study,the problem solving methods and achievements. Key word：The visualization of3D Terrain ERDAS ARCGIS DEM
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二、功能特点 三维场景交互式操作 系统可完成真实景观快速建模，亦可导入三维模型，形成由大量三维模型组成的三维场景。在场景中可以轻松地对模型进行移动、旋转、复制、缩放等操作。 三维摄像头的操作 主要包括查找、查看、编辑、布局分析等功能。针对摄像头查找功能，系统提供多个检索选项，包括：坐标点检索，按名称检索，摄像头型号检索和模型位置检索等。检索完成后，用户可以选择检索出的某摄像头进入监控画面（画中画）。 属性数据管理 系统可对三维模型进行查询、浏览、统计等操作，支持载入语音、文字、图片等多媒体信息；系统完善的层管理机制可实现对不同层的数据进行各种属性管理操作，支持ODBC数据库接口，可链接各种商用数据库。 门禁显示 门禁开关的动作，非法卡刷卡时报警提示刷卡情况和报警周边的情况，报警状态在三维场景中提醒显示，同时通过信息提示。
视频监控及管理 用户可实时浏览监控点，报警点，查询监控点、报警点的相关属性信息。当发生报警时能自动切换到事发地点，显示报警效果，弹出相关视频。结合在办公楼内部署的红外探测等报警设备，实现对人员通过被检测区域时的报警提示，并在三维场景中表示出来，提供管理员直观了解布防区域的情况。 视频分析 视频行为分析技术——对校园内的相关运动目标（人或物体）进行检测、分类及轨迹追踪，并根据制定的分析（触发）规则，由系统自动分析、判断运动目标的行为信息，并将信息输出到三维可视化系统中。 三、功能阐述： 传统以人来监视的监控系统中越来越多的视频通道变得非常困难，因此，视频分析迅速成为安防应用中的一个关键元素。使用以智能视频分析和传感器输入为中心的数字产品和以虚拟现实技术研发的三维数字模型为平台的系统，可实现系统功能与操作可视化要求的最佳协调。这对于具有不同安防需要的广泛而复杂的地点来说变得日益重要。 门禁控制产品包括： 门控器
《三维虚拟仿真》课程教学大纲 课程编号：（暂可不写） 课程名称：三维虚拟仿真 总学时数和学分：本课程计划144学时，8学分 实验或上机学时：108学时 先修及后续课程要求： 先修课程： 1. 3ds max基础：要求学生了解3ds max各个功能模块和基本制作流程。掌握常用工具及简单模型的制作方法、掌握基础灯光、材质的调节方法。 2. 图形图像处理PS：要求掌握常用工具的使用方法，把握图层、蒙版、图层样式以及图层叠加方式的作用和意义，熟练掌握调色工具及滤镜的使用，深入理解通道的作用。 后续课程：《工作室实训》、《毕业设计》 （说明部分） 1.课程性质 三维虚拟仿真是利用计算机图形学技术，在计算机中对真实的客观世界进行逼真的模拟再现。通过利用传感器技术等辅助技术手段，让用户在虚拟空间中有身临其境之感，能与虚拟世界的对象进行相互作用且得到自然的反馈，并让人产生构想。本课程通过3ds max软件强大的三维图像技术制作出逼真的虚拟空间环境，再通过VRP平台加入交互功能，从而形成一种超现实的虚拟体验。本课程主要解决如
何生成具有真实感的虚拟空间，通过3ds max的建模工具创建场景模型，通过材质贴图以及灯光的综合应用模拟自然世界的真实质感及光影效果，再通过渲染设置调节出最终效果。最后使用贴图烘焙的方式将最终渲染效果转为贴图贴回场景，并导入到VRP中进行交互式制作。本课程是一门综合性学科，与其相关的学科种类繁多，如计算机视觉、数字图像处理、模式识别、人工智能、计算机网络、科学计算可视化、输入输出设备、人机交互、自动化控制、生理学、心理学等，其与虚拟现实都有十分紧密的联系。本课程重点在于如何在计算机中生成虚拟环境并通过VRP平台将其转化为具有交互功能的空间环境。其中需要大量的实践决定了本课程主要以技法为主，并兼顾理论的学习。能制作出完整、真实的交互式虚拟场景是本课程的最终教学目的。 2.教学目标及意义 本门课教学目标在于使学生在熟练地掌握3ds max软件的基础之上系统的学习VRP交互式平台软件。在熟练掌握模型创建、材质贴图的赋予、灯光布光方案及调节方法的基础上，创建出具有沉浸感与交互性的虚拟现实作品。借助本系强大的工作室电脑硬件及所购的20节点VRP软件可以进行大型场景的虚拟现实作品表现。使学生在校园里就能拥有公司级别的制作条件，为优秀作品的制作提供了先决条件，并使学生在实战训练中提高其市场竞争力，为进军这一新兴行业奠定坚实的基础。 3.教学内容及教学要求 一、场景模型的创建。（50学时）
地形三维可视化 何为地形三维可视化？ 地形三维可视化及其绘制技术是指在计算机上对数字地形模型(DisitalTerrainModels)中的地形数据实时地进行三维逼真显示、模拟仿真、虚拟现实和多分辨率表达等内容的一项关键技术，在现实生活中具有广泛的应用价值。ERDAsIMAGINE虚拟地理信息系统(virtualGis)是一个三维可视化工具，给用户提供了一种对大型数据库进行实时漫游操作的途径。它使用户能在虚拟的地理信息环境中交互操作，既能增强或查询叠加在三维表面上图像的像元值及相关属性，还能可视化、风格化和查询地图矢量层的属性信息，能够实现仿真多图层的统一管理、所见即所得的地形景观通视与威胁分析，输出高质量的三维景观图。 为何使用地形三维可视化？ GIS的核心是空间数据库，三维地理空间定位和数字表达是地理信息系统的本质待征。地形数据（如DEM等)作为空间数据库的某个持定结构的数据集合．或所有这些数据集台的总体．被包含在地理信息系统中。成为它的核心部分的实体。显然．对地形空间数据的真三维显示和在二维空间的查问与分析．也是GIS的核心内容之一。目前众多的以高性能工作站为支撑的G1S系统(如ARC／INFO、ERDAS、Genamap等)，已具有一定的地形三维显示功能，但十分薄弱。表现之一是三维图类型局限于线划式或模拟灰度表示，而对计算机图形学中的高真实感三维图形的最新的生成技术并没有及时地取而用之；表现之二是所有的空间操作和分析都在二维图形上进行相显示，缺乏直观效果。 值得一提的是，从远古到现代，地形的三维显示技术(地形三维模型的制作)最直接、最重要的莫过于军事上的应用。从美军50年代的SAGE防空指挥系统．著名的C3I系统，到在海湾战争中起丁重要作用的Terra—Base系统，不难看出，以地形三维显示以及军事地形分析在指挥白动化上的应用，—直是各国军方颁心研究的重要内容。其军营上的应用价值是不言而喻的。 就我国同情而言，在以高性能微机和图形卡上实现地形的高逼真件三维显不以及相应的空间分析等功能，具有普遍的应用价值。 地形三维可视化应用 地形三维可视化应用广泛，如：农田三维地形测量数据处理与可视化、地质环境破坏现状三维景观可视化、水库三维淹没区域分析、公路典型路段中的应用
第17卷 增刊2 广西工学院学报 V ol117 Sup2 2006年12月 JOU RNAL O F GUAN GX IUN I V ER S IT Y O F T ECHNOLO GY D ec12006 文章编号 100426410(2006)S220017203 应用M AT LAB进行地理三维地貌可视化和地形分析 唐咸远 (广西工学院土建系,广西柳州 545006) 摘 要:从M A TLAB软件强大的功能入手,讨论了M A TLAB中进行地理三维地貌可视化和地形分析的方法,并展望其在工程中良好的应用前景。 关 键 词:M A TLAB;三维地貌可视化;地形分析 0 引言 M A TLAB的含义是矩阵实验室(M A TR I X LABORA TOR Y)[1],自其问世以来,就以数值计算称雄。其计算的基本单位是复数数组(或称阵列),使得该软件具有高度“向量化”。经过十几年的完善和扩充, M A TLAB现已发展成为线性代数课程的标准工具。由于它不需定义数组的维数,并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数,使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时,显得简捷、高效、方便,这是其它高级语言所不能比拟的。 在地理信息系统(G IS)中,地形的三维可视化通常是利用数字高程模型(D E M)来完成的,而D E M最常用表示方法为规则格网,它是将区域空间切分为规则的格网单元,每个格网单元对应一个数值,即高程值。数学上可以表示为一个矩阵,在计算机实现中则是一个二维数组。可见利用M A TLAB处理D E M数据,完成地形的三维可视化分析是切实可行的。 1 M AT LAB软件及其功能 M A TLAB产品家族是美国M ath W o rk s公司开发的用于概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现的理想的集成环境,已广泛地应用在航空航天,金融财务,机械化工,电信,教育等各个行业。该软件的主要特点包括: 1)有高性能数值计算的高级算法,特别适合矩阵代数领域;2)有大量事先定义的数学函数,并且有很强的用户自定义函数的能力;3)有强大的绘图功能以及具有教育、科学和艺术学的图解和可视化的二维、三维图;4)基于H TM L完整的帮助功能;5)适合个人应用的强有力的面向矩阵(向量)的高级程序设计语言;6)与其它语言编写的程序结合和输入输出格式化数据的能力;7)有在多个应用领域解决难题的工具箱。 2 利用M AT LAB进行三维可视化和分析 211 D E M数据的输入与存储形式 数据的输入可以采用两种方式:文件输入或屏幕数字化。屏幕数字化即用鼠标在打开的地图影像上单击离散点[2],获得坐标并输入高程值。 收稿日期:2006210212 作者简介:唐咸远(19732),男,广西灌阳人,广西工学院土木建筑工程系工程师。
淮南矿业集团顾桥矿 矿井安全生产三维可视化系统 技术协议 二零零六年七月
由顾桥矿信息管理中心牵头，矿地质测量部门、上海宝信软件股份公司及北京富力通能源软件技术有限公司参与，在顾桥矿就三维可视化与综合自动化系统集成进行了充分协商，形成如下技术协议：1.协议内容 1.地测信息系统作为三维可视化系统的有机组成部分和必需的数据 来源，三维可视化系统与地测信息系统软件通过数据库表互相共享数据库，并开放数据表格供自动化集成平台及信息系统平台使用，矿地质测量部门通过北京富力通能源软件技术有限公司的演示，认为北京富力通能源软件技术有限公司在三维可视化系统中提供的地测信息系统达不到专业化的地测信息系统的功能，建议北京富力通能源软件技术有限公司外购专业化的由北京龙软科技发展公司开发的地测信息管理系统，并负责有机的集成；北京龙软科技发展公司负责地测信息管理系统的功能实施、软件维护及系统升级，以满足顾桥矿地测部门日常地测信息管理的需求。2.上海宝信软件股份公司承包的综合自动化系统与三维可视化系统 的具体数据接口交换原则与系统调用原则：集成软件平台可以直接启动三维软件应用程序。三维显示、展示方案由三维软件负责完成，三维软件也可以独立运行；集成平台将采集的集成数据信息通过数据库的记录集（提供字段说明）共享给三维软件，三维软件负责在相应的子系统终端上显示对应的场景和数据。综合信息平台保证发送给三维软件的消息的正确性和及时性，三维软件系统保证显示和定位的准确性和时效性。三维软件需要获取的实
时监控数据，可以采用通过发送TCP/IP请求（数据包大小上限定为1024个数据）给集成平台获取数据（备选方案：三维软件需要显示实时参数时，采用分布式访问方式，直接从OPCServer中获取实时数据），数据显示和表达方式的组织工作由三维软件完成。 3.数据录入：三维可视化系统作为地测信息系统软件和集成化平台 的数据使用者，应充分有效使用地测信息系统软件和集成化平台提供的数据，测量数据库与地测数据库建立的原始数据的录入由地测信息系统软件负责，有效避免用户单一数据多次录入，具体为： ●三维可视化系统负责以下数据录入: 1)主副井、风井、巷道、硐室的数字摄像资料。 2)井巷工程造价信息。 3)各种生产与安全设备的类型、功率、工艺参数等资料。 4)安全监测系统、自动控制系统的监测点的位置、类型、报 警上下限、单位、状态、实时数据等（通过软件接口获取） ●地测信息管理系统负责以下数据录入: 1)煤层边界数据、断层数据、陷落柱、熔岩侵入、古河床冲 刷等煤层缺失数据。 2)回采工作面的资料。 3)主副井、风井、巷道、硐室的断面类型、参数等资料。 4)地质勘探的钻孔、测井资料、柱状图、各主副井、风井、 巷道、硐室的测量资料。
本科生科研训练计划项目（SRTP）项目成果项目名称：航天器在轨运行的三维可视化仿真 项目负责人：林凡庆 项目合作者：曲大铭侯天翔杨唤晨孙洁 所在学院：空间科学与物理学院 专业年级：空间科学与技术2013级 山东大学（威海） 大学生科技创新中心
航天器在轨运行的三维可视化仿真 空间科学与物理学院空间科学与技术专业林凡庆 指导教师许国昌杜玉军摘要：航天器在轨运行的三维可视化程序设计是建立卫星仿真系统最基础的工作。航天器在轨运行的三维可视化仿真有着重要的意义：它既可以使用户对卫星在轨运行情况形成生动直观、全面具体的视觉印象，又可以大大简化卫星轨道的设计过程。本文首先构建了航天器在轨运行的三维可视化仿真程序的基本框架，然后对涉及到的关键理论与知识，如时间、坐标转换、卫星轨道理论、OpenGL图形开发库等也做了阐述，最后介绍了我们的主要工作和科研成果。我们的主要成果是实现了卫星在轨运行的三维可视化仿真并对原有程序进行了改进。 关键词：航天器在轨运行三维可视化程序设计 OpenGL Abstract：The programmer of three-dimensional visualization on satellite in-orbiting is the utmost foundational work in establishing satellite emulation system. The three-dimensional visual simulation on satellite is of great significance: it assures that users may receive a vivid and direct-viewing and it also can greatly simplify the design process of satellite orbit.The basic frame of three-dimensional visual simulation program on satellite in-orbiting has been set up firstly. then, related essential theory and knowledge such as time system, coordinate conversation, satellite orbit, OpenGL and etc also has been introduced. Lastly, our main work and research results has been introduced. Our main achievement is that we realized the program of three-dimensional visualization on satellite in-orbiting and we improve the original program. Key words：satellite In-orbit movement 3D visualization programming OpenGL 一、引言 当今社会是一个信息的社会，谁掌握了信息的主动权，就意味着掌握了整个世界。而人造卫星是当今人们准确、实时、全面的获取信息的重要手段，卫星的各项应用已经成为信息社会发展的强大动力。而人造卫星的应用是一项高投入、高风险、长周期的活动，仿真技术由于具有可控制、可重复、经济、安全、高效的特点，在人造卫星应用领域以至整个航天领域都起到了重大的作用。目前国际上较常用的卫星仿真软件主要有美国的Winorbit、美国Cybercom System公司研制的CPLAN和AGI公司的STK。其中以STK功能最为强大，界面最为友好，在卫星仿真领域占有绝对领先地位。STK功能虽然强大，但其价格昂贵，源码也不公开，无法自主扩展，并且该软件被限制了对中国的销售，所以中国不得不独立开发适于自己的卫星仿真系统[1]。而且国内目前卫星系统的仿真软件很少，主要有一些大学开发的小型的卫星系统仿真软件，还有北京航天慧海系统仿真科技有限公司开发的Vpp-STK航天卫星仿真开发平台V4.0。总体来说，国内目前在这个方面的技术还相当不成熟，因此研究和自主开发卫星仿真系统意义重大。 仿真可视化，就是把仿真中的数字信息变为直观的，以图形图像形式表示的，随时间和空间变化的仿真过程呈现在研究人员面前，使研究人员能够知道系统中变量之间、变量与参数之间、变量与外部环境之间的关系，直接获得系统的静态和动态特征[2]。 本文首先构建了航天器在轨运行的三维可视化仿真程序的基本框架，然后对涉及到的关键理论与知识，如时间、坐标转换、卫星轨道理论、OpenGL图形开发库等也做了阐述，最后介绍了我们的主要工作和科研成果。
大娱号 虚拟仿真实训系统解决方案 VSTATION HD（V1.0）
前言 近年来,由于信息技术的快速发展与国家教育部门的大力提倡,虚拟仿真实训在高职教育中开始得到广泛的应用,成为实训教学重要的组成部分和提高教学质量的重要手段。虚拟仿真技术是将多媒体技术、虚拟现实技术与网络通信技术等信息技术进行集成,构建一个与现实世界的物体和环境相同或相似的虚拟教学环境,并通过虚拟环境集成与控制为数众多的实体,构成一个虚拟仿真教学系统。虚拟仿真教学技术以提高学生的技能水平为核心,具有多感知性、沉浸性、交互性、构想性等特点。这些特点有益于教师的实训教学和学生专业核心技能的训练,为解决职业教育面临的实训难、实习难和就业难等问题开辟了一条新思路。目前,高职院校很多专业,如外语教学、旅游专业、数控技术、焊接技术、机电技术、食品加工、服装设计等专业都引入了虚拟仿真实训教学方式。虚拟仿真实训教学，已经逐渐成为高职院校教学变革的一种有效手段。
目录 前言 (2) 一、总体需求分析 (4) 1．1 “情景”的定义： (4) 1．2 为什么要在教学中使用“虚拟仿真实训系统”？ (5) 1．3 根据教学建设，用户需求归纳如下： (6) 二、设计原则 (7) 三、大娱号虚拟仿真实训系统概述 (8) 四、大娱号虚拟仿真实训系统系统运行原理示意图： (10) 五、大娱号虚拟仿真实训系统构成及特点 (11) 六、与教材同步完备的虚拟场景库 (16) 七、大娱号虚拟仿真实训系统构成及特点 (18) 八、大娱号虚拟仿真实训系统配置与指标 (19) 九、系统技术支持及服务 (21)
一、总体需求分析 通过运用学语言，已经为越来越多的教师认同。学习者必须通过“用语言”才能真正掌握语言。 让学生置身于真实的交际情景中，让学生使用语言进行交际。而真正的交际应该是互动的。当一方发出信息后，另一方根据上下文进行意义协商，作出反馈，他可以表示支持、进行反驳或提出疑问，然后接受方对反馈意见再进行意义协商，作出回应，双方如此反复交流，形成互动。互动是“交际的核心”。 语言课堂就是一个充满“交流和互动”的场所。在课堂教学中，这种互动不仅包括师生互动和生生之间互动，还应该包括教材，因为课堂上的师生互动和生生互动都是基于一定教材展开的。“大娱号”虚拟仿真实训系统能够在教材与师生之间搭起一座互动教学的桥梁。 使用“虚拟仿真实训系统”在互动教学的设计和组织上突出情景性、实训性和互动性，力求三者有机结合。 1．1 “情景”的定义： 情景指的是具体场合的情形或景象。在教学过程中引入或创设生动具体的场景，有利于学生进行意义建构使其产生交际的动机。“大娱号”虚拟仿真实训系统所提供的虚拟场景可以提供直观生动的形象，通过大屏或投影再现学生在虚拟场景中的表演，可以让学生通过视觉和听觉去感受场景，产生想象和联想，激发学生的学习兴趣。参与表演的学生可以身临其境的学语言，使用虚拟仿真实训系统教学, 学生觉得有话可说，有戏可演，
三维可视化应急预案系统 三维可视化应急预案系统是针对传统文本式预案的不足而研发的一款可视化的应急预案系统。传统文本式预案，注重的是各部门职责范围的描述，以及应急资源的信息，缺少一种有效的手段可以描述事故发生时，各部门如何履行各自的职责。三维可视化预案系统就是针对这种问题，对预案的执行过程进行可视化制作，既可以对预案相关人员进行培训，也可以更好的检验预案的可行性。 传统文本预案的缺陷 ?预案中信息量小、无法包含明确的应急处置环境信息。 ?预案中缺乏事件、时间、角色间关系的明确逻辑定义。 ?应急处置过程某些细节环节可行性无法验证。 ?预案内容不容易传递和推广。 ?由于环境条件限制、很难开展有效的模拟演练。 三维可视化应急预案的优势 ?预案中包含了明确的二、三维应急处置空间环境及场景信息。 ?清晰的组织结构、岗位责任逻辑关系及时间事件演变关系。 ?直观的处置细节可视化描述。 ?可以推演、容易传播、方便理解，可以直接用于模拟演练。 系统功能 文本预案智能提取
系统可以从原有标准化文本式预案中自动提取应急资源、装备工具、组织机构等信息，作为预案的辅助查询内容。 预案流程编制 通过以事件为驱动的各种环节配置，以流程图的方式把预案进行细部分解，制定有针对性的预案应急响应逻辑结构。 预案细节可视化编辑 提供可视化预案细节编辑工具，以时间轴为基础，添加各种元素，形成可视化的预案展现。推演评估 制作完成的预案，可以随时进行可行性推演与播放，并支持对每个环节的执行情况进行评估和总结。 三维可视化应急预案系统是大连伟岸纵横为安监、消防、公安、危化企业应急部门提供的可靠有效的三维可视化预案系统。
三维仿真平台功能特点 本次系统三维虚拟仿真平台旨在建设一个具有大范围的海量城市数据一体化管理、无缝三维实时漫游，包容和拓展常规GIS独具特色的空间多媒体信息查询、表示、分析和决策功能的虚拟城市管理信息系统。本系统所采用三维仿真平具有独特的特性和强有力的可扩展性能。 3.1顶级三维游戏的视觉享受 精美的三维场景 光影效果 多种气候条件（白天、夜晚、云、雾、雨、雪、雷电……） 多种特殊效果（跳动的火苗、飘动的旗帜、流水、喷泉、霓虹灯、海浪、爆炸、烟雾……） 各种空间声音效果——创建一个充满生机的世界。 3.2灵活的人机交互 任何位置/任意角度观察场景； 多种运动方式随时切换 （行走、驾驶、飞翔…） 任意位置停止，切换多种参数/方案来观察！ （最适合于前期方案讨论、汇报） 整个交互过程可以记录为动画保存。 3.3强大的可扩展性 区域类型扩展 建筑内/外景； 小区/街道； 城区； 大面积野外场景。 （采用动态内存管理，甚至可以模拟整个数字地球！） 地域覆盖范围从小至大 显示方案扩展 单PC显示； PC Cluster+投影系统； SGI Onyx+投影系统；
立体显示/无缝拼接选项. 特定类型的应用扩展 应用领域扩展 国土资源局/城市规划部门/建筑设计单位； 房地产公司——展示/销售、项目评估和报批； 园区规划、管理及展示，开发区招商； 文物/古迹的展示、复原、保护部门； 4.三维仿真平台性能指标 4.1数据要求 支持BMP、GIF、PNG、JPG等格式。 三维模型：支持3DS、DXF、VRML格式。 DEM数据：支持各种矢量等高线数据。 4.2场景编辑 数据资料采集，包括科学城各栋房屋建筑外立面多角度数码拍照，路面、河流、树木、标志性物体数码拍照等。 图片处理，对外业采集的数字照片进行图片编辑处理，以符合建模标准； 地形建模，基于DEM（数字高程模型）数据和DOM（正射影像图）数据叠加生成地形； 地物建模，用内业处理完毕的数字图片构造地物模型，主要包括建筑物、路面、河流、路灯、花坛等； 可以对地形、模型、二维矢量数据、注记、场景贴图、环境、光源、模型贴图、动态贴图、摄像机等进行编辑处理，生成三维场景；并整体实现模型优化和拼凑。 支持模型库和贴图库管理。 4.3实时浏览和可视化 实时浏览三维场景。 矢量数据的三维可视化表现。 支持行走，驾驶，飞行，UFO等多种浏览方式。 观察者能从任意角度任意高度观看系统的三维场景。 系统可实现实时随机漫游，漫游的方向和起点完全由用户自己进行选择。 系统可实现从室外漫游到室内漫游的无缝切换。 4.4数据管理和数据查询 属性数据支持（支持Access、SQL Server、Oracle数据库等）和属性数据查询。 数据条件定位查询，根据查询条件，自动定位目标查询物。 4.5跨平台
1.1三维可视化仿真系统 当前地理信息系统技术仍以二维信息为主，比较而言，三维地理信息系统技术可以使信息的表现更真实、丰富、具体，而下一代GIS技术的一个主要特点也是支持“数字地球”或“数字城市”概念的实现，从二维向三维发展，从静态数据处理向动态发展，具有时序数据处理能力，因此三维地理信息系统技术与无线通信技术的结合将是未来地理信息技术发展的必然趋势，也将成为未来数字城市建设技术的必然选择。 三维GIS是模拟、表示、管理、分析客观世界中的三维空间实体及其相关信息的计算机系统，能为管理和决策提供更加直接和真实的目标和研究对象。三维GIS是二维GIS技术的延伸和扩展。 基于三维地理信息系统技术，能够实现城市地质灾害相关数据的的数字化、网络化及动态可视化，同时也可作为一个供地质灾害管理预测分析辅助的强大应用平台。 1.1.1电子沙盘框架建设 电子沙盘框架建设基于国际先进的SkyLine三维展示平台，利用DEM与DOM建立大场景的三维模型，实现整个地图大场景的描述，同时集成地质灾害相关信息，实现大场景的立体信息集成和展示，为使用者提供更为丰富的综合信息。 Skyline是一个领先的三维地理信息系统平台，用一个强大的界面，可以把不同的地理数据联系起来，并且可以把它们快速的分发到各个用户。沙盘框架逻辑如下：
1.1.1.1 架构模式 三维可视化仿真系统采用当今社会最流行也最实用的B\S架构，此架构降低了最终用户的维护和升级成本。 服务器端的配置：TerraExplorer Pro + TerraGate + internet License。 客户端的配置：TerraExplorer Viewer + IE6.0或以上。 开发环境：开发工具(Microsoft Visual Studio .NET 2003/2005 C#) + 客户端脚本语言（javascript/jscript）+ 编辑工具(UltraEdit/Editplus)。 Skyline软件体系结构如下图所示： 图错误！文档中没有指定样式的文字。-1 Skyline软件体系结构图总的架构来分，Skyline分为三个模块。 数据合成模块TerraBuilder家族,它分为三个级别:单机版（TerraBuilder）、企业版（TerraBuilder Enterprise）、直连（DirectConnect）。他们三个之间的区别
三维机房可视化运维管理系统 系统简介 随着社会信息化程度的不断提高，机房计算机系统的数量与俱增，其环境设备也日益增多，机房环境设备（如供配电系统、UPS电源、空调、消防系统、保安系统等）必须时时刻刻为计算机系统提供正常的运行环境。因此，对机房动力设备及环境实施管理就显得尤为重要。为满足工作需要，提高机房维护和管理的安全性，北京金视和科技股份有限公司建立一套“可视化、智能化、远程化”的三维机房可视化运维管理系统，为机房高效的管理和安全运营提供有力的保证。 三维机房可视化运维管理系统对机房实现远程集中监控管理，实时动态呈现设备告警信息及设备参数，快速定位出故障设备，使维护和管理从人工被动看守的方式向计算机集中控制和管理的模式转变。突破性的三维仿真技术是智能可视化数据中心建设的一个重要的组成部分，机房设备具有数量大、种类多、价值高、使用周期长、使用地点分散、缺少实时性管理、管理难度大等特点。全三维可视化监控平台，形象化的虚拟场景和真实数据相结合，增强机房设备、设施数据的直观可视性、提高其利用率。 系统特点 三维虚拟可视化平台 在现有资源管理系统数据库的基础上，以三维虚拟现实的形式展现数据中心的运行情况。实现可视化管理和服务器设备物理位置的精确定位。三维虚拟现实方式对机房楼层、设备区、设备安装部署情况及动力环境等附属设施的直观展示，实时展现监控和报警数据。可实现360度视角调整。 IT资产可视化管理 在三维环境中通过鼠标点击实现楼层、机房、机房子区域、机柜、设备的分级直接浏览。实现机房可用性动态统计，包括空间可用性、用电量分布、温湿度分布情况和机房承重分布情况统计。当上架设备物理位置发生变化时，设备位置根据数据库变化自动变更。用户也可通过维护工具自行调整。 机房环境监控可视化管理 在三维环境中以虚拟现实的方式来展示传统环境监控系统，给管理员一个更加贴近现实场景的操作环境，进一步提升了操作体验。极大的提高的机房监控管理的人性化、真实化。
1. 概述 三维虚拟仿真平台旨在建设一个具有大范围的海量城市数据一体化管理、无缝三维实时漫游、独具特色的空间多媒体信息查询、表示、分析和决策功能的虚拟城市管理信息系统。 近年来，数字省市、数字城镇已经成为世界各国发达省市和地区21世纪的发展战略、争先抢占的科技、产业和经济制高点之一。加速城市的发展，提高管理水平，需要借助于现代化的科学手段--3D网站，进行城市体系规划与管理建设。 据目前对我国大部分城市的摸底调查，除少数大、中城市已建立了城市管理信息系统外，而绝大部分地区的空间信息管理手段仍然沿用比较落后的手工操作方式，即便是用一些地理信息系统（GIS）管理着空间数据，但仍停留在简单的二维数据管理、显示的基本功能，分散地、相对独立地和非标准地管理模式，很难进行地域管理的三维综合研究和空间分析，使各级领导部门不可能及时地得到对空间的清晰、直观的认识。 城市规划设计的主要研究对象是城市的体形结构与各个要素，在设计过程中需要进行大量的空间形象思维。传统的城市模型只能获得城市的鸟瞰形象；效果图只能提供静态局部的视觉体验；动画不具备实时的交互性，人是被动的，并且制作周期长。这些传统技术只能实现简单、固定的演示功能，尚不能很好地满足当前城市设计的需要。另外，随着空间范围的扩大，传统的方法也无法胜任空间数据的管理和维护。 同时，城市中存在大型的港口、工厂、地下管网、人防设施等部门，它们具有地形起伏较大、管网密集、需要精确定位等特点，用传统二维的表示方法很难加以准确描述和信息管理。 VR虚拟环境是由计算机生成的，通过视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真。从二维地图、沙盘、动画，到虚拟视景仿真是一个合乎人们认识深化和技术发展的必然结果。 2. VR虚拟城市与仿真技术发展 美国目前已经有50个城市计划建立了“数字虚拟城市”。我国北京、上海、香港、台北、深圳、广州、南海、厦门等城市也正在积极筹建之中。普遍认为，
数虎图像提供虚拟仿真实验室硬件设备搭建和内容制作整体解决方案 虚拟现实实验室是虚拟现实技术应用研究就的重要载体。 随着虚拟实验技术的成熟，人们开始认识到虚拟实验室在教育领域的应用价值，它除了可以辅助高校的科研工作,在实验教学方面也具有如利用率高,易维护等诸多优点.近年来,国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了一些虚拟实验室。数虎图像拥有多名虚拟现实软硬件工程师，在虚拟现实实验室建设方面有着无与伦比的优越性！ 下面请跟随数虎图像一起，让我们从头开始认识虚拟现实实验室。 【虚拟现实实验室系统组成】： 建立一个完整的虚拟现实系统是成功进行虚拟现实应用的关键，而要建立一个完整的虚拟现实系统，首先要做的工作是选择确实可行的虚拟现实系统解决方案。 数虎图像根据虚拟现实技术的内在含义和技术特征，并结合多年的虚拟现实实验室建设经验，最新推出的虚拟现实实验室系统提供以下组成： 虚拟现实开发平台： 一个完整的虚拟现实系统都需要有一套功能完备的虚拟现实应用开发平台，一般包括两个部分，一是硬件开发平台，即高性能图像生成及处理系统，通常为高性能的图形计算机或虚拟现实工作站；另一部分为软件开发平台，即面向应用对象的虚拟现实应用软件开发平台。开发平台部分是整个虚拟现实系统的核心部分，负责整个VR场景的开发、运算、生成,是整个虚拟现实系
统最基本的物理平台，同时连接和协调整个系统的其它各个子系统的工作和运转，与他们共同组成一个完整的虚拟现实系统。因此，虚拟现实系统开发平台部分在任何一个虚拟现实系统中都不可缺少，而且至关重要。 虚拟现实显示系统： ·高性能图像生成及处理系统 ·具有沉浸感的虚拟三维显示系统 在虚拟现实应用系统中，通常有多种显示系统或设备，比如：大屏幕监视器、头盔显示器、立体显示器和虚拟三维投影显示系统，而虚拟三维投影显示系统则是目前应用最为广泛的系统，因为虚拟现实技术要求应用系统具备沉浸性，而在这些所有的显示系统或设备中，虚拟三维投影显示系统是最能满足这项功能要求的系统，因此，该种系统也最受广大专业仿真用户的欢迎。虚拟三维投影显示系统是目前国际上普遍采用的虚拟现实和视景仿真实现手段和方式，也是一种最典型、最实用、最高级别的投入型虚拟现实显示系统。这些高度逼真三维显示系统的高度临场感和高度参与性最终使参与者真正实现与虚拟空间的信息交流与现实构想。 虚拟现实交互系统 多自由度实时交互是虚拟现实技术最本质的特征和要求之一，也是虚拟现实技术的精髓，离开实时交互，虚拟现实应用将失去其存在的价值和意义，这也是虚拟现实技术与三维动画和多媒体应用的最根本的区别。在虚拟现实交互应用中通常会借助于一些面向特定应用的特殊虚拟外设，它们主要是6自