作者:高长安 赵艳斌 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2013-6-18 10:32:44
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石家庄铁道大学三维可视化系统助力中国航天梦
 
【科学网 高长安 通讯员 赵艳斌报道】从嫦娥二号成功“奔月”、“逐日”到“天宫一号”对接“神八”、“神九”,再到此次“神十”与“天宫一号”即将进行的两次“会面”,先后七次参与我国重大航天任务的石家庄铁道大学赵正旭科研团队,用他们愈发完美的三维可视化航天系统平台精彩演绎“神十”的寻梦之旅,直观、实时地向全国观众展示航天器在太空中的运行状态和交汇情景,为中国“航天梦”助力。
 
实时呈现“神十”寻梦之旅
 
神舟十号飞船成功发射的过程中,通过三维可视化系统平台,精彩的飞天之旅栩栩如生地展示在全国和世界观众面前。“发射非常成功,我们的三维可视化系统平台目前也运行良好,将一直展现‘神十’的整个太空寻梦之旅,包括与‘天宫一号’的自动和手动两次对接。”神十发射成功的6月11日当晚,石家庄铁道大学可视化航天系统平台研发团队负责人赵正旭教授掩饰不住内心的激动。
 
据了解,石家庄铁道大学赵正旭科研团队先后七次参与我国航天工程任务,研发的可视化航天系统平台具有高精确度、高逼真度和高通用性等特点,摆脱了长久以来对国外航天可视化开发平台的依赖,是目前国内首个具有完整自主知识产权且多次通过任务检验的航天测控可视化系统。其核心技术已经达到国际领先水平。赵正旭表示,他们的三维航天可视化系统平台针对“神十”目标任务不断完善升级,经过海量的数据测试和显示模块的系统更新,收发数据的可靠性和处理速度进一步提升。该系统现已成为集实时仿真控制、数据处理和信息可视化功能于一体的系统平台,今后还将服务于我国的深层空间探测工程。
 
参与三维可视化航天系统平台研发的石家庄铁道大学信息学院的徐赛博士说:“大家在电视上看到的神十飞天,只是三维可视化系统平台的仿真功能,其实它最重要的功能是实时监控。”徐赛介绍,在航天任务中,通过三维可视化平台,监测人员可以直观、快捷地了解飞船运行状况,并通过这一平台及时调整它的运行轨道。
 
真实投射神秘的“浩瀚太空”
 
在普通人的脑海中,浩瀚太空异常神秘。而石家庄铁道大学信息科学与技术学院的航天可视化研究室里,带上一种特制的眼镜,一个被称作“天宫沙盘”的巨大电子屏幕里就会“飘”出无数的星球,宛如浩瀚宇宙中一个“神秘魔方”,把我们已知太空的天体,包括太空垃圾、黑洞都一一模拟出来。
 
“‘天宫沙盘’就是我们基于三维航天可视化系统研发的一个仿真展示平台”,据参与该系统研发的王威老师介绍,平台提供给了一个真实的宇宙空间场景,包括时间、位置、形状等各种参量和数值与实际的宇宙环境完全一样。同时系统平台并没有把大家的视觉仅仅限制在地球表面,它可让人以不同的方式、在不同的时间、以不同的速度和方向,“沉浸式”地监测、观察、控制飞行器,或漫游和访问已知太空的任何角落。例如飞出太阳系,跨越银河系,奔向遥远的星系或天体,从而进入毫无边际的宇宙深处。
 
在“天宫沙盘”上,“神十”和“天宫一号”的运行轨迹一目了然。推进和调整控制器,还能清晰地看到飞行器各种零部件的细节。王威说, “神十”增加的绕飞实验对建造空间站非常重要,因为在空间站上有多个对接口,飞行器要从多个方向与它对接,这就需要对飞行器绕飞进行进一步考核。我们的系统是一个大型复杂的实时太空三维模拟系统平台,具有强大的实时三维计算功能,提供各种不同的空间科学和航天技术数据,其主要设计意图是脱离传统的航天可视化技术,真正实现可视化航天。
 
直观演示“太空授课”的 PPT
 
即将开展的“太空授课”是此次航天任务的一大亮点,是我国利用载人航天飞行普及航天知识的一次尝试。目的是在太空向中小学生传递航天科学知识,进一步激发广大青少年对宇宙空间的向往、对学习科技知识的热情,使青少年走近航天、了解航天、热爱航天。石家庄铁道大学研发的“航天可视化系统平台”就成了此次“太空授课”的PPT。
 
“太空授课”的内容主要是使中小学生了解失重条件下物体运动的特点,了解液体表面张力的作用,加深对质量、重量以及牛顿定律等基本物理概念的理解,也可以为未来充分利用空间站资源进行科普活动积累经验。届时航天员将通过航天可视化系统的平台进行在轨讲解和试验演示,并与地面师生进行双向互动交流。
 
据研发团队的博士研究生赵文斌介绍,“航天可视化系统平台”具有超强的三维绘图功能,并能实现全几何体及局部的实时渲染与表现,实时生成逼真的太空画面,精确的天体运动,甚至“表盘级”的细节。比如从缓缓自转的巨大行星、环视悠然飘过的大气层或云层、行星表面上的高山、峡谷、陨石坑等地貌特征到地貌所投注在表面上的长长影子等等。系统平台还可以随时检索和显示地球、月球和其它星球上的任何山脉、河川、陆洲、海洋、城市、村庄、观测站、测控站,建筑物和其它标记。这些均能为“太空授课”增加直观的教学效果。
 
 
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