书籍详情
空间态势信息可视化表达的理论技术与方法
作者：徐青 等 著
出版社：科学出版社
出版时间：2020-04-01
ISBN：9787030645845
定价：¥198.00
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内容简介
《空间态势信息可视化表达的理论技术与方法》共分为 10 章，围绕“空间态势信息可视化表达”这一主题，阐述各种理论和方法。第 1 章从空间态势数据的获取、处理与表达等几个方面介绍了国内外相关研究现状；第 2～9 章分别从空间态势信息要素、时空基准、时空模型，空间目标和空间环境可视化表达，空间态势多尺度表达、符号化设计与表达、存储与共享等方面介绍了相关的技术与方法；第 10 章介绍了空天地一体化态势表达原型系统的基本功能、系统设计、核心支撑技术、系统实现方法及应用等情况。
作者简介
暂缺《空间态势信息可视化表达的理论技术与方法》作者简介
目录
目 录
序
前言
第 1 章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状 3
1.2.1 空间态势数据的获取 4
1.2.2 空间态势数据的处理 7
1.2.3 空间态势数据的表达 9
1.3 本章小结 14
参考文献 14
第 2 章 空间态势信息要素16
2.1 空间态势分类 16
2.2 空间目标 17
2.2.1 航天器 17
2.2.2 空间碎片 20
2.2.3 恒星 21
2.2.4 行星 23
2.2.5 微流星体 25
2.3 空间环境 26
2.3.1 高层大气 27
2.3.2 电离层 29
2.3.3 地球磁场 29
2.3.4 地球辐射带 30
2.4 空间态势信息特性分析 31
2.4.1 空间态势分布特性分析 31
2.4.2 空间态势时空特性分析 39
2.4.3 空间态势多尺度特性分析 39
2.5 本章小结 40
参考文献 40
第 3 章 空间态势信息时空基准41
3.1 空间态势时空基准的定义与分类 41
3.1.1 时间基准及其转换 41
3.1.2 空间坐标系的分类与转换关系 44
3.1.3 IERS 地球参考系 47
3.1.4 IERS 天球参考系 49
3.1.5 星心坐标系 50
3.1.6 卫星星体坐标系统 51
3.2 空间态势涉及的时空转换模型 51
3.2.1 天地变换——地球质心天球参考系至国际地球参考系转换 51
3.2.2 地固系(国际地球参考系)与站心赤道坐标系之间的转换 59
3.2.3 星心天球参考系至卫星质心轨道坐标系的转换 59
3.3 本章小结 61
参考文献 61
第 4 章 空间态势信息时空模型63
4.1 时空数据建模的基本概念 64
4.1.1 时空数据模型 64
4.1.2 时态语义 64
4.1.3 空间语义 65
4.1.4 时空语义 66
4.1.5 时空查询能力 66
4.1.6 时空推理能力 66
4.2 空间态势信息要素的基本时空演化过程 67
4.3 空间对象时空模型建模方法 68
4.3.1 时间？空间的离散化 68
4.3.2 空间过程 69
4.3.3 时间反馈控制 69
4.4 空间目标时空数据模型 70
4.4.1 基于几何行为一体化的空间运动目标时空数据模型 70
4.4.2 基于轨道约束的空间目标时空数据模型 77
4.5 空间环境时空数据模型 103
4.5.1 基于时空分区的空间环境时空数据模型 104
4.5.2 基于过程的空间环境时空数据模型 107
4.6 本章小结 115
参考文献 115
第 5 章 空间目标可视化表达118
5.1 恒星背景三维可视化表达 118
5.1.1 恒星位置与绝对星等的计算 119
5.1.2 空间八叉树恒星数据组织 120
5.1.3 恒星可见性判断 121
5.1.4 实验结果与分析 121
5.2 航天器三维可视化表达 122
5.2.1 相关研究 122
5.2.2 GBML 语言设计方法 123
5.2.3 GBML 模型显示 Com 组件设计 129
5.2.4 实验结果与分析 130
5.3 空间碎片三维可视化表达 133
5.3.1 相关工作回顾及方法分析 133
5.3.2 实时碎片位置解算 136
5.3.3 空间碎片片元设置 137
5.3.4 实验结果与分析 138
5.4 行星三维可视化表达 141
5.4.1 相关研究 141
5.4.2 基于四叉树的 CLOD 算法 147
5.4.3 基于嵌套网格的 Geometry Clipmaps 改进算法 152
5.4.4 基于可扩展瓦片四叉树的 LOD 算法 157
5.4.5 基于分形的月面形貌细节增加 166
5.4.6 基于松散场景四叉树的数据检索与裁剪 173
5.4.7 行星三维可视化方法总结 176
5.5 本章小结 177
参考文献 178
第 6 章 空间环境可视化表达180
6.1 空间环境常用可视化表达方法 181
6.2 空间环境体可视化表达方法 182
6.2.1 空间环境要素体数据的预处理与转换 182
6.2.2 基于 3D 纹理技术的空间环境要素可视化 187
6.2.3 基于 GPU 的光线投射算法 196
6.2.4 星体大气的体绘制技术 202
6.3 本章小结 212
参考文献 212
第 7 章 空间态势多尺度表达215
7.1 空间态势多尺度表达算子 215
7.1.1 空间态势多尺度表达算子设计 215
7.1.2 空间态势多尺度表达算子实现 218
7.2 空间目标智能选取 220
7.2.1 基于监控 Agent 的辅助选取 221
7.2.2 基于神经网络的重点目标智能确定 223
7.2.3 实验结果与分析 227
7.3 空间目标多尺度表达 229
7.3.1 空间目标多尺度表达模型 229
7.3.2 基于 Voronoi 图的空间位置分布控制权值确定 233
7.3.3 升维？降维及透明度修改算子在空间目标多尺度表达中的应用 236
7.3.4 空间目标注记重叠处理 238
7.3.5 多尺度表达的定量分析 238
7.3.6 空间目标多尺度表达效果 243
7.4 空间环境多尺度表达 244
7.4.1 空间环境数据表达方式 245
7.4.2 空间环境多尺度模型 245
7.4.3 基于 CUDA 的性能优化 251
7.4.4 实验结果与分析 254
7.5 本章小结 260
参考文献 261
第 8 章 空间态势符号化设计与表达263
8.1 美国的空间态势图式符号的设计原则 263
8.2 我国与美国在空间态势图式符号设计上的异同点 267
8.2.1 相同点 267
8.2.2 不同点 268
8.3 空间态势图式符号设计 272
8.3.1 现有空间态势图式符号的不足 272
8.3.2 空间态势图式符号的设计原则 273
8.4 本章小结 282
参考文献 282
第 9 章 空间态势存储与共享283
9.1 面向服务的空间态势信息系统概念内涵 283
9.1.1 面向服务的体系结构 283
9.1.2 面向服务的空间态势信息系统的概念 283
9.1.3 面向服务的空间态势信息系统的任务 284
9.2 空间态势信息存储方式与共享技术的挑战与需求 284
9.2.1 空间态势信息存储与共享技术的挑战 284
9.2.2 空间态势信息存储与共享技术的需求 284
9.3 基于 Swift 的空间态势信息存储技术 285
9.3.1 对象存储平台 Swift 285
9.3.2 基于动态负载均衡的一致性哈希算法 289
9.3.3 算法改进前后效果对比 292
9.3.4 基于 Swift 的空间态势信息云存储模型 293
9.4 基于 Tachyon 的空间态势信息共享技术 296
9.4.1 内存文件共享框架 Tachyon 297
9.4.2 基于分布式内存中间件的空间态势信息共享模型 298
9.4.3 改进前后数据读写对比 298
9.5 空间态势分布式共享数据管理与服务 300
9.5.1 总体设计思路 300
9.5.2 分布式共享数据管理与服务架构设计 301
9.5.3 空间态势分布式集成数据结构 303
9.5.4 空间态势分布式共享数据结构 307
9.5.5 基于 Web Services 的空间态势多源数据网络化集成与共享 309
9.5.6 REST 风格的空间数据共享机制 313
9.5.7 通用 SOA 空间数据集成与共享模型 317
9.5.8 空间态势元数据标准制定 318
9.6 本章小结 320
参考文献 320
第 10 章 空天地一体化态势表达原型系统.322
10.1 In Space 基本功能 322
10.2 In Space 总体设计 324
10.2.1 逻辑结构设计 324
10.2.2 物理结构设计 326
10.3 In Space 各模块设计 327
10.3.1 空间态势信息接入模块设计 327
10.3.2 空间态势信息集成融合模块设计 327
10.3.3 空间态势信息时空数据建模模块设计 328
10.3.4 空间态势信息可视化表达模块设计 328
10.3.5 空间态势信息多尺度表达模块设计 329
10.3.6 空间态势信息标绘模块设计 329
10.3.7 空间态势信息辅助分析与推演模块设计 330
10.3.8 空间态势信息共享/发布模块设计 331
10.3.9 空间态势信息二次开发模块设计 333
10.4 基于空间态势统一认知模型的可视化场景组织 334
10.4.1 统一认知模型 334
10.4.2 可视化场景组织 340
10.5 空间态势信息三维引擎(In Space-3D)的建立 344
10.5.1 In Space-3D 的设计 344
10.5.2 In Space-3D 中三维图形处理技术 346
10.5.3 In Space-3D 中目标可见性判断与剔除算法 351
10.5.4 In Space-3D 中大尺度视点无缝切换 355
10.5.5 In Space-3D 脚本驱动技术 358
10.6 In Space 系统实现方法及应用 360
10.6.1 系统构建方法 360
10.6.2 系统实现结果 361
10.6.3 典型应用 365
10.7 本章小结 368
参考文献 368
序
前言
第 1 章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 国内外研究现状 3
1.2.1 空间态势数据的获取 4
1.2.2 空间态势数据的处理 7
1.2.3 空间态势数据的表达 9
1.3 本章小结 14
参考文献 14
第 2 章 空间态势信息要素16
2.1 空间态势分类 16
2.2 空间目标 17
2.2.1 航天器 17
2.2.2 空间碎片 20
2.2.3 恒星 21
2.2.4 行星 23
2.2.5 微流星体 25
2.3 空间环境 26
2.3.1 高层大气 27
2.3.2 电离层 29
2.3.3 地球磁场 29
2.3.4 地球辐射带 30
2.4 空间态势信息特性分析 31
2.4.1 空间态势分布特性分析 31
2.4.2 空间态势时空特性分析 39
2.4.3 空间态势多尺度特性分析 39
2.5 本章小结 40
参考文献 40
第 3 章 空间态势信息时空基准41
3.1 空间态势时空基准的定义与分类 41
3.1.1 时间基准及其转换 41
3.1.2 空间坐标系的分类与转换关系 44
3.1.3 IERS 地球参考系 47
3.1.4 IERS 天球参考系 49
3.1.5 星心坐标系 50
3.1.6 卫星星体坐标系统 51
3.2 空间态势涉及的时空转换模型 51
3.2.1 天地变换——地球质心天球参考系至国际地球参考系转换 51
3.2.2 地固系(国际地球参考系)与站心赤道坐标系之间的转换 59
3.2.3 星心天球参考系至卫星质心轨道坐标系的转换 59
3.3 本章小结 61
参考文献 61
第 4 章 空间态势信息时空模型63
4.1 时空数据建模的基本概念 64
4.1.1 时空数据模型 64
4.1.2 时态语义 64
4.1.3 空间语义 65
4.1.4 时空语义 66
4.1.5 时空查询能力 66
4.1.6 时空推理能力 66
4.2 空间态势信息要素的基本时空演化过程 67
4.3 空间对象时空模型建模方法 68
4.3.1 时间？空间的离散化 68
4.3.2 空间过程 69
4.3.3 时间反馈控制 69
4.4 空间目标时空数据模型 70
4.4.1 基于几何行为一体化的空间运动目标时空数据模型 70
4.4.2 基于轨道约束的空间目标时空数据模型 77
4.5 空间环境时空数据模型 103
4.5.1 基于时空分区的空间环境时空数据模型 104
4.5.2 基于过程的空间环境时空数据模型 107
4.6 本章小结 115
参考文献 115
第 5 章 空间目标可视化表达118
5.1 恒星背景三维可视化表达 118
5.1.1 恒星位置与绝对星等的计算 119
5.1.2 空间八叉树恒星数据组织 120
5.1.3 恒星可见性判断 121
5.1.4 实验结果与分析 121
5.2 航天器三维可视化表达 122
5.2.1 相关研究 122
5.2.2 GBML 语言设计方法 123
5.2.3 GBML 模型显示 Com 组件设计 129
5.2.4 实验结果与分析 130
5.3 空间碎片三维可视化表达 133
5.3.1 相关工作回顾及方法分析 133
5.3.2 实时碎片位置解算 136
5.3.3 空间碎片片元设置 137
5.3.4 实验结果与分析 138
5.4 行星三维可视化表达 141
5.4.1 相关研究 141
5.4.2 基于四叉树的 CLOD 算法 147
5.4.3 基于嵌套网格的 Geometry Clipmaps 改进算法 152
5.4.4 基于可扩展瓦片四叉树的 LOD 算法 157
5.4.5 基于分形的月面形貌细节增加 166
5.4.6 基于松散场景四叉树的数据检索与裁剪 173
5.4.7 行星三维可视化方法总结 176
5.5 本章小结 177
参考文献 178
第 6 章 空间环境可视化表达180
6.1 空间环境常用可视化表达方法 181
6.2 空间环境体可视化表达方法 182
6.2.1 空间环境要素体数据的预处理与转换 182
6.2.2 基于 3D 纹理技术的空间环境要素可视化 187
6.2.3 基于 GPU 的光线投射算法 196
6.2.4 星体大气的体绘制技术 202
6.3 本章小结 212
参考文献 212
第 7 章 空间态势多尺度表达215
7.1 空间态势多尺度表达算子 215
7.1.1 空间态势多尺度表达算子设计 215
7.1.2 空间态势多尺度表达算子实现 218
7.2 空间目标智能选取 220
7.2.1 基于监控 Agent 的辅助选取 221
7.2.2 基于神经网络的重点目标智能确定 223
7.2.3 实验结果与分析 227
7.3 空间目标多尺度表达 229
7.3.1 空间目标多尺度表达模型 229
7.3.2 基于 Voronoi 图的空间位置分布控制权值确定 233
7.3.3 升维？降维及透明度修改算子在空间目标多尺度表达中的应用 236
7.3.4 空间目标注记重叠处理 238
7.3.5 多尺度表达的定量分析 238
7.3.6 空间目标多尺度表达效果 243
7.4 空间环境多尺度表达 244
7.4.1 空间环境数据表达方式 245
7.4.2 空间环境多尺度模型 245
7.4.3 基于 CUDA 的性能优化 251
7.4.4 实验结果与分析 254
7.5 本章小结 260
参考文献 261
第 8 章 空间态势符号化设计与表达263
8.1 美国的空间态势图式符号的设计原则 263
8.2 我国与美国在空间态势图式符号设计上的异同点 267
8.2.1 相同点 267
8.2.2 不同点 268
8.3 空间态势图式符号设计 272
8.3.1 现有空间态势图式符号的不足 272
8.3.2 空间态势图式符号的设计原则 273
8.4 本章小结 282
参考文献 282
第 9 章 空间态势存储与共享283
9.1 面向服务的空间态势信息系统概念内涵 283
9.1.1 面向服务的体系结构 283
9.1.2 面向服务的空间态势信息系统的概念 283
9.1.3 面向服务的空间态势信息系统的任务 284
9.2 空间态势信息存储方式与共享技术的挑战与需求 284
9.2.1 空间态势信息存储与共享技术的挑战 284
9.2.2 空间态势信息存储与共享技术的需求 284
9.3 基于 Swift 的空间态势信息存储技术 285
9.3.1 对象存储平台 Swift 285
9.3.2 基于动态负载均衡的一致性哈希算法 289
9.3.3 算法改进前后效果对比 292
9.3.4 基于 Swift 的空间态势信息云存储模型 293
9.4 基于 Tachyon 的空间态势信息共享技术 296
9.4.1 内存文件共享框架 Tachyon 297
9.4.2 基于分布式内存中间件的空间态势信息共享模型 298
9.4.3 改进前后数据读写对比 298
9.5 空间态势分布式共享数据管理与服务 300
9.5.1 总体设计思路 300
9.5.2 分布式共享数据管理与服务架构设计 301
9.5.3 空间态势分布式集成数据结构 303
9.5.4 空间态势分布式共享数据结构 307
9.5.5 基于 Web Services 的空间态势多源数据网络化集成与共享 309
9.5.6 REST 风格的空间数据共享机制 313
9.5.7 通用 SOA 空间数据集成与共享模型 317
9.5.8 空间态势元数据标准制定 318
9.6 本章小结 320
参考文献 320
第 10 章 空天地一体化态势表达原型系统.322
10.1 In Space 基本功能 322
10.2 In Space 总体设计 324
10.2.1 逻辑结构设计 324
10.2.2 物理结构设计 326
10.3 In Space 各模块设计 327
10.3.1 空间态势信息接入模块设计 327
10.3.2 空间态势信息集成融合模块设计 327
10.3.3 空间态势信息时空数据建模模块设计 328
10.3.4 空间态势信息可视化表达模块设计 328
10.3.5 空间态势信息多尺度表达模块设计 329
10.3.6 空间态势信息标绘模块设计 329
10.3.7 空间态势信息辅助分析与推演模块设计 330
10.3.8 空间态势信息共享/发布模块设计 331
10.3.9 空间态势信息二次开发模块设计 333
10.4 基于空间态势统一认知模型的可视化场景组织 334
10.4.1 统一认知模型 334
10.4.2 可视化场景组织 340
10.5 空间态势信息三维引擎(In Space-3D)的建立 344
10.5.1 In Space-3D 的设计 344
10.5.2 In Space-3D 中三维图形处理技术 346
10.5.3 In Space-3D 中目标可见性判断与剔除算法 351
10.5.4 In Space-3D 中大尺度视点无缝切换 355
10.5.5 In Space-3D 脚本驱动技术 358
10.6 In Space 系统实现方法及应用 360
10.6.1 系统构建方法 360
10.6.2 系统实现结果 361
10.6.3 典型应用 365
10.7 本章小结 368
参考文献 368
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