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小行星探测器软着陆段虚拟现实技术研究

黄伟  
【摘要】: 深空探测领域是一项高投入、高风险的高科技密集型研究领域。由于深空探测独有的环境和高难度性,在研究过程中全采用实物仿真不仅耗时耗力,而且很难模拟出实际的环境和过程。虚拟现实技术是上世纪九十年代初期提出的一门新兴综合技术,由于其具有准确、直观、形象等优点,虚拟现实技术在许多领域获得了广泛的运用。将虚拟现实技术运用在深空探测研究中,不仅能获得许多实物仿真无法获得的直观试验结果,而且更具有高效、经济、实用等突出优点。因此,虚拟现实技术在深空探测研究中拥有广阔的前景。 本文对深空探测器在小行星表面软着陆过程中一些虚拟现实技术进行较为深入的研究。主要内容包括四部分:探测器实体化建模、三维地形建模、软着陆安全区域选取以及可视化演示。本文的主要研究内容如下: 1.参照国际上深空探测器模型,对本文所使用的探测器进行实体化建模。本文采用MultiGen Creator作为开发工具,根据OpenFlight格式的特点以节点为单位对探测器逐层建模,最后将探测器各层组装并对整体渲染。 2.采用Diamond-Square法构建一个257×257阶大小的三维地形数组作为三维地形建模的原始数据。建立三维地形数组与256阶灰度图像之间的对应关系。通过Image2DED转换得到三维地形数组的数字高程数据信息,对该信息使用Delaunay法,生成对应三维地形数据的地形模型。 3.采用边缘检测和阈值分割方法进行软着陆安全区域选取。在边缘检测部分,本文采用拉普拉斯高斯检测算子检测边缘。在阈值分割部分,本文采用类间方差阈值分割方法确定阈值。由于该法确定的阈值更合理,故本文采用类间方差阈值分割确定阈值与拉普拉斯高斯算子检测边缘的融合方法。 4.采用MultiGen Vega/VC++作为开发工具,对探测器在小行星表面软着陆的过程进行可视化演示。根据Vega的特性,将框架和基类开发在LynX中完成。通过VC调用Vega库函数,建立探测器运动的事件驱动。探测器从指定起点安全降落在选定的软着陆安全区内。


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