深海底床和外層空間是人類還不能夠進(jìn)行近距離或直接作業(yè)操控的非可及環(huán)境,探索認(rèn)知和開發(fā)利用非可及環(huán)境的有效技術(shù)是虛擬現(xiàn)實(shí),因而虛擬環(huán)境一直是虛擬現(xiàn)實(shí)的研究熱點(diǎn).討論了非可及環(huán)境和虛擬環(huán)境密切相關(guān)的11個(gè)關(guān)鍵技術(shù):態(tài)勢感知、信息組織、數(shù)據(jù)處理、三維建模、實(shí)時(shí)三維可視化場景、計(jì)算渲染、數(shù)字孿生、虛擬仿真、可視化遙操控及其信息系統(tǒng)生態(tài)、數(shù)據(jù)保護(hù)與信息傳承、工業(yè)技術(shù)軟件產(chǎn)業(yè)鏈,目的是揭示我國自主可控信息系統(tǒng)和相關(guān)工業(yè)技術(shù)軟件在海洋工程和航天工程中所面臨的挑戰(zhàn)、存在的問題和發(fā)展前景,希望為深海作業(yè)、天基和月基設(shè)施建設(shè)以及深空探測等工程的可視化和遙操作提供信息技術(shù)和軟件工程方面的參考. 

【文章來源】：青島理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,41(06)

【文章頁數(shù)】：17 頁

【圖文】：

國家探月工程實(shí)戰(zhàn)任務(wù)和巡天觀測任務(wù)中的部分實(shí)時(shí)三維可視化場景

此外，我國航天工程中所用的信息技術(shù)產(chǎn)品和計(jì)算機(jī)軟硬件設(shè)備正在向滿足國產(chǎn)化和自主可控要求的方向轉(zhuǎn)型．目前我國的顯示技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖形處理技術(shù)還受制于開源技術(shù)和國產(chǎn)操作系統(tǒng)本身的諸多不足．所以，我國的計(jì)算渲染與國外基于OpenGL和Direct兩個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)長期發(fā)展和完善起來的渲染引擎相比，還有巨大差距．對于超大數(shù)據(jù)量和極其復(fù)雜的虛擬環(huán)境的實(shí)時(shí)三維可視化場景，解決計(jì)算渲染中的這一瓶頸問題可采用圖8所示的“多節(jié)點(diǎn)并行計(jì)算”和“多區(qū)域分屏合成”的渲染技術(shù)．圖8(a）所示是大尺度宇宙空間的一個(gè)實(shí)時(shí)三維可視化場景，其中包括了所有已知的宇宙天體位置數(shù)據(jù)和它們相互之間的空間關(guān)系信息，三維可視化場景的總數(shù)據(jù)容量約3.2TB．如此大容量超復(fù)雜的實(shí)時(shí)三維可視化場景在7個(gè)節(jié)點(diǎn)（圖形工作站）上把虛擬環(huán)境進(jìn)行分區(qū)計(jì)算渲染，然后把每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的渲染分屏進(jìn)行合成顯示，如圖8(b）．當(dāng)然，這個(gè)實(shí)時(shí)三維可視化場景也可以在64個(gè)節(jié)點(diǎn)上采用任務(wù)均分的計(jì)算渲染，其可視化場景將是由64個(gè)大小相同的分屏合成．

可視化遙操控的對象是非可及物理環(huán)境中的實(shí)物要素，它通過數(shù)字孿生中虛擬環(huán)境的實(shí)時(shí)三維可視化場景來執(zhí)行并完成遙操控任務(wù)．圖9是對非可及環(huán)境中執(zhí)行工程任務(wù)的實(shí)時(shí)三維可視化遙操控的工程實(shí)例．圖9(a）是數(shù)字孿生可視化遙操控原理；（b）是嫦娥四號著陸器和“玉兔二號”月球車通過地球控制中心的可視化遙操控，在月球背面進(jìn)行科學(xué)探索任務(wù)的效果．截止2020年8月25日，月球車在月球背面進(jìn)行了21個(gè)月晝工作期（即600個(gè)地球日）的科學(xué)探索任務(wù)，累積行駛519.29m，對月球背面巡視區(qū)的形貌和礦物成份、月表淺層結(jié)構(gòu)、月面中子及輻射劑量、中性原子等進(jìn)行分析與研究，并且進(jìn)行了月基低頻射電天文觀測．利用嫦娥四號著陸器平臺的低頻射電頻譜儀，在月球背面首次成功開展低頻射電天文觀測，獲得了大量有效觀測數(shù)據(jù)．初步獲取40 MHz頻率以下的月背著陸區(qū)電磁環(huán)境本底頻譜和低頻射電三分量時(shí)變波形數(shù)據(jù)，對于研究太陽低頻射電特征和月球表面低頻射電環(huán)境具有重要的科學(xué)意義．

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3214733