一種光學(xué)星空背景的快速生成方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種光學(xué)星空背景的快速生成方法。該方法包括如下步驟：步驟一：對(duì)星空背景進(jìn)行建模：以恒星星表數(shù)據(jù)為源，通過(guò)時(shí)間和坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，以及天體視位置的修正，構(gòu)造任意時(shí)刻、任意觀察點(diǎn)的星空背景模型，并將計(jì)算結(jié)果入庫(kù)，以供仿真使用；計(jì)算結(jié)果包括星名、星等、赤經(jīng)赤緯；步驟二：對(duì)建立的星空背景模型進(jìn)行仿真。所述步驟一選取依巴谷星表作為可見(jiàn)光波段的數(shù)據(jù)源。根據(jù)選取的依巴谷星表，進(jìn)行恒星視位置計(jì)算，考慮的因素包括由于地球公轉(zhuǎn)引起的為周年視差、自行、由觀測(cè)者自身的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的光行差、地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)引起的周年光行差、歲差和章動(dòng)等。采用本方法后星空背景的生成速度能達(dá)到50Hz。
【專利說(shuō)明】一種光學(xué)星空背景的快速生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種光學(xué)星空背景的快速生成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]星空背景建模研究的主要對(duì)象為恒星，而國(guó)際上公開(kāi)發(fā)表的星表數(shù)據(jù)為天體光輻射背景生成的主要依據(jù)，基于球面天文學(xué)、天體力學(xué)、天體輻射特性等基本理論實(shí)現(xiàn)生成星空背景的建模方法。根據(jù)已有的典型目標(biāo)光輻射、散射特性模型，將目標(biāo)與背景進(jìn)行景象合成，并利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景輸出。
[0003]1983年美、英、荷三國(guó)聯(lián)合發(fā)射紅外天文衛(wèi)星后，獲得了大量天文數(shù)據(jù)，結(jié)合70年代火箭的觀測(cè)，積累了豐富的天文數(shù)據(jù)，為研究奠定了基礎(chǔ)，由此美國(guó)逐漸開(kāi)展天空背景建模，MRC/NAUSHA和它的合作伙伴(波音宇航公司，亞利桑納大學(xué)，佛羅里達(dá)大學(xué))與空軍菲利普實(shí)驗(yàn)室合作開(kāi)發(fā)出第一個(gè)天體背景場(chǎng)景描述器CBSD。它有四個(gè)模塊，包括星系中點(diǎn)源，太陽(yáng)系中黃道塵云，太陽(yáng)系中移動(dòng)物體以及空間結(jié)構(gòu)輻射源。其中星系中點(diǎn)源包括1479種類型，對(duì)每種點(diǎn)源在31個(gè)銀緯和29個(gè)銀經(jīng)處點(diǎn)源光度分布進(jìn)行采樣，各點(diǎn)之間光度分布采用對(duì)鄰近4個(gè)點(diǎn)雙線性插值的方法取得，由此生成銀河系中點(diǎn)源分布圖。由于以上數(shù)據(jù)容量大，給運(yùn)算和快速輸出圖像造成困難，為了提高檢索和運(yùn)算速度，要根據(jù)實(shí)際問(wèn)題的需要，通常的解決的方法是建立一個(gè)包含恒星位置、自行、視差、光譜等數(shù)據(jù)的子星表庫(kù)，而對(duì)于其它數(shù)據(jù)將被剔除，這樣就大大壓縮了數(shù)據(jù)容量，從而提高了檢索和運(yùn)算速度。經(jīng)測(cè)試目前的生成速度約為1Hz，還不能滿足高速仿真的要求，因此需要找到一種新的方法，能加快星空光學(xué)背景的生成速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種光學(xué)星空背景的快速生成方法，以滿足高速仿真的要求。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為:
[0006]一種光學(xué)星空背景的快速生成方法，該方法包括如下步驟:
[0007]步驟一:對(duì)星空背景進(jìn)行建模
[0008]以恒星星表數(shù)據(jù)為源，通過(guò)時(shí)間和坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，以及天體視位置的修正，構(gòu)造任意時(shí)刻、任意觀察點(diǎn)的星空背景模型，并將計(jì)算結(jié)果入庫(kù)，以供仿真使用；計(jì)算結(jié)果包括星名、星等、赤經(jīng)赤諱;
[0009]步驟二:對(duì)建立的星空背景模型進(jìn)行仿真。
[0010]所述步驟一選取依巴谷星表作為可見(jiàn)光波段的數(shù)據(jù)源。
[0011]根據(jù)選取的依巴谷星表，進(jìn)行恒星視位置計(jì)算，考慮的因素包括由于地球公轉(zhuǎn)引起的為周年視差、自行、由觀測(cè)者自身的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的光行差、地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)引起的周年光行差、歲差和章動(dòng)，如果模擬地基的觀測(cè)設(shè)備所看到的深空背景，還要考慮大氣折射對(duì)恒星位置的影響；計(jì)算方法包括以下步驟:[0012](I)計(jì)算星表歷元至觀測(cè)瞬間的儒略世紀(jì)數(shù)；
[0013](2)求當(dāng)日地球質(zhì)心位置和速度。
[0014]所述步驟一需進(jìn)行恒星輻射照度計(jì)算，把天體等效為黑體，處于溫度為T的熱動(dòng)
平衡中的黑體所輻射的亮度盡
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)星空背景的快速生成方法，其特征在于:該方法包括如下步驟: 步驟一:對(duì)星空背景進(jìn)行建模 以恒星星表數(shù)據(jù)為源，通過(guò)時(shí)間和坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，以及天體視位置的修正，構(gòu)造任意時(shí)亥IJ、任意觀察點(diǎn)的星空背景模型，并將計(jì)算結(jié)果入庫(kù)，以供仿真使用；計(jì)算結(jié)果包括星名、星等、赤經(jīng)赤諱; 步驟二:對(duì)建立的星空背景模型進(jìn)行仿真。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)星空背景的快速生成方法，其特征在于:所述步驟一選取依巴谷星表作為可見(jiàn)光波段的數(shù)據(jù)源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)星空背景的快速生成方法，其特征在于:根據(jù)選取的依巴谷星表，進(jìn)行恒星視位置計(jì)算，考慮的因素包括由于地球公轉(zhuǎn)引起的為周年視差、自行、由觀測(cè)者自身的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的光行差、地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)引起的周年光行差、歲差和章動(dòng)，如果模擬地基的觀測(cè)設(shè)備所看到的深空背景，還要考慮大氣折射對(duì)恒星位置的影響；計(jì)算方法包括以下步驟: (1)計(jì)算星表歷元至觀測(cè)瞬間的儒略世紀(jì)數(shù)； (2)求當(dāng)日地球質(zhì)心位置和速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)星空背景的快速生成方法，其特征在于:所述步驟一需進(jìn)行恒星輻射照度計(jì)算，把天體等效為黑體，處于溫度為T的熱動(dòng)平衡中的黑體所輻射的亮度
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的光學(xué)星空背景的快速生成方法，其特征在于:所述步驟二對(duì)建立的星空背景模型進(jìn)行仿真，星空背景繪制兩個(gè)重要假設(shè): A.位于地球軌道空間任一點(diǎn)的觀察者，在同一方向上看到的星空背景相同； B.星空背景中的所有星體在視覺(jué)上與觀察者的距離相等； 星空背景繪制的基本方法:始終將星體繪制在一個(gè)以觀察者為中心的天球上，并且要避免在實(shí)時(shí)生成過(guò)程中星體大小隨探測(cè)器位置移動(dòng)而發(fā)生變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)星空背景的快速生成方法，其特征在于:基于上述假設(shè)和方法生成三維星空球，在OSG應(yīng)用程序中使用的是XYZ直角坐標(biāo)系，星表數(shù)據(jù)是經(jīng)緯度信息，需要坐標(biāo)變換，轉(zhuǎn)換公式如下:
X=R*cos( a )*cos β
Y = R氺sin β
Z=R*sin β (-α)*cos β 式中:R為指定天球的半徑，α、β分別是恒星的赤經(jīng)、赤緯； 作為場(chǎng)景的背景在其他所有對(duì)象之前進(jìn)行繪制，利用OSG/openGL的狀態(tài)機(jī)機(jī)制關(guān)閉深度緩沖，即在繪制星空的過(guò)程中禁止改寫(xiě)深度緩沖中的內(nèi)容；在一個(gè)任意半徑的球面上繪制星體，繪制結(jié)束后重新啟用深度緩沖，使得之后繪制的所有對(duì)象都位于星空背景的前面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)星空背景的快速生成方法，其特征在于:在上述步驟進(jìn)行后，利用GLSL可編程頂點(diǎn)著色器和片元著色器仿真渲染星空背景。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)星空背景的快速生成方法，其特征在于:在上述步驟進(jìn)行后，進(jìn)行星空?qǐng)鼍奥?用視景器觀察OSG三維動(dòng)態(tài)視景仿真中的場(chǎng)景，視景器的設(shè)置在OSG應(yīng)用程序的動(dòng)態(tài)更新部分完成；仿真過(guò)程中，根據(jù)實(shí)時(shí)輸入的時(shí)間、地點(diǎn)，變換視角，刷新窗口內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景漫游。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)星空背景的快速生成方法，其特征在于:實(shí)現(xiàn)過(guò)程中把大量的處理放在預(yù)處理中進(jìn)行，先根據(jù)輸入的時(shí)間、地點(diǎn)等初始參數(shù)，得出當(dāng)前的星空位置場(chǎng)景；在場(chǎng)景漫游過(guò)程中， 在已有星空位置基礎(chǔ)上加上隨觀測(cè)時(shí)刻和觀測(cè)地點(diǎn)改變的位置改變量。
【文檔編號(hào)】G09B27/04GK103679799SQ201210362135
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月25日
【發(fā)明者】范小禮, 黃建峰, 李霞, 錢坤 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科工集團(tuán)第二研究院二〇七所