基于osgEarth的空間態勢三維場景視點控制與衛星軌道繪制

文章目錄

• • 基于osgEarth的空間態勢三維場景視點控制與衛星軌道繪制
• 一、問題的提出
• 二、視點控制方法
• 三、衛星軌道繪制
• 四、效果

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一、問題的提出

osgEarth提供了全球地形的實時顯示，同時實現了SkyNode類，可以向場景中加入太陽、月亮和星空背景的顯示，因此基于osgEarth很容易構造空間態勢系統。

對于空間態勢而言，可以有兩種隨時間變化設置視點的方式。

一是將視點置于地固系中，這與一般的三維系統并無區別，即視點并不隨時間而改變，而只是根據操作改變視點。此時隨時間變化，地球固定不動，而太陽和星空背景隨時間變化。SkyNode類有一個接口setDateTime，其作用是根據時間計算一個相應的旋轉矩陣，應用到太陽和星空上。但是需要指出的是，該類的時間是格林威治時間，當我們開發基于北京時間的系統時，需要對該時間進行換算。

二是將視點置于慣性系中，這是一般態勢系統無需考慮的。相當于視點在太陽系中某個位置固定，而非在地球的坐標系中固定。此時， 太陽和星空位置基本不動，但地球在自轉。
除地球自轉與否之外，更重要的是空間態勢中衛星軌道的顯示問題。為增強真實感或表現衛星運動趨勢，空間態勢系統中往往會顯示衛星的軌道。通常我們所說的衛星軌道面，實際上是存在于慣性系中的，如果在某個固定時刻觀察，軌道上的采樣點并不處于同一平面之上。即如果在地固系下觀察，衛星軌道上任一個點是與某個時間點相關的。在目前的STK版本中，三維場景的視點是在慣性系下的，可以看到衛星的軌道為平面封閉圓。在STK的二維場景中，通過投影方式設置，可以以類似三維的方式呈現，此時視點在地固系下，但其速度是非常慢的。

而很多空間態勢系統在視點處理問題上，往往采用地固系視點，而要實現地球自轉效果，則只是運用傳統的圖形學技術，讓視點以一定速度繞地球旋轉或旋轉場景，在衛星軌道的顯示方面，也往往不夠準確。

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二、視點控制方法

系統中地球以及各種實體的位置都是定義在地固系下的，場景的繪制也是基于地固系進行的。

如果視點置于地固系，并不需要特別控制視點，如果視點置于慣性系，則控制方法如下：
（1）實現一個Timer，在其中進行視點隨時間的控制；
（2）根據上一個仿真時間，計算視點對應的慣性系坐標；
（3）計算當前仿真時間時，該慣性系坐標對應的地固系坐標；
（4）將該地固系坐標設置為當前視點。

QDateTime st = _lastDateTime; st = st.addSecs(-3600 * 8); osg::Matrix mat = createJ2000ToECEFMatrix(DateTimeQt2Earth(st)); mat.invert(mat); osgViewer::Viewer* viewer = _osgWidget3D->getOsgViewer(); osgEarth::Viewpoint vp = (osgEarth::Util::EarthManipulator*)viewer->getCameraManipulator())->getViewpoint(); osg::Vec3d p0; vp.focalPoint()->toWorld(p0); p0 = mat * p0; st = simTime; st = st.addSecs(-3600 * 8); mat = createJ2000ToECEFMatrix(DateTimeQt2Earth(st)); p0 = mat * p0; osgEarth::GeoPoint ppp; ppp.fromWorld(MapNode::get(_mapNode)->getMapSRS(), p0); vp.focalPoint() = ppp; ((osgEarth::Util::EarthManipulator*)viewer->getCameraManipulator())->setViewpoint(vp);

在上述邏輯中，createJ2000ToECEFMatrix計算慣性系到地固系的旋轉矩陣，雖然精確計算衛星軌道時需要考慮歲差、章動和極移，但此時僅僅為了態勢顯示中的控制，單純考慮地球自轉的角度即可。

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三、衛星軌道繪制

在地固系下的衛星軌道顯示非常簡單，預推一定時間范圍的衛星軌道采樣點，然后采用GL_LINE_STRIP生成primitive即可。

慣性系下的衛星軌道采用如下技術：
（1）衛星軌道采用慣性系下的采樣點（對應星歷時間的軌道數據）；
（2）使用一個完整的軌道周期數據，當仿真時間超出當前軌道數據對應的時間范圍時，根據當前時間重新預推；
（3）繪制時根據當前時間，計算衛星星歷時間到當前時間的變換矩陣，基于該矩陣繪制。

class movingObjectShow3D :public osg::Group{ public:……osg::ref_ptr<osg::MatrixTransform> _trajectoryTransform;osg::ref_ptr<osg::Geode> _trajectory;osg::ref_ptr<osg::Geometry> _trajectoryGeometry;}

繪制類定義如上所示，其中trajectoryTransform定義了變換矩陣，繪制的幾何體是該矩陣的子節點。

QDateTime st = Application::_simCurrentTime; st = st.addSecs(-3600 * 8); SatelliteLib::Astro::AstroDateTime at; QDateTime2DateTime(st, at); CMatrix3D mats[4]; Application::_astroInterface->QueryCRFtoTRFMats(at, mats); CMatrix3D mat = mats[0] * mats[1]; osg::Matrix omat; omat.set((double*)mat.m_mat); _trajectoryTransform->setMatrix(omat);

在場景中的每一幀，矩陣更新代碼如上所示。

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四、效果

上圖為地固系下的場景，可以看出，此時衛星軌道并不位于同一平面上。

上圖為慣性系下的場景，此時衛星軌道閉合且處于同一平面上。同時，在視點控制方式改變時，衛星當前位置與地球的位置關系是固定的、準確的。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的基于osgEarth的空间态势三维场景视点控制与卫星轨道绘制的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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