● 摘要
随着载人航天的发展，以计算机信息技术为核心的高新技术在航天领域越来越被广泛应用。各航天大国都在积极投入资源研发自己的航天仿真系统，以期使用这些效果逼真的仿真系统在航天员培训、数据积累、模拟实验等方面起到重大作用，促进太空空间技术的发展。当前，国外已经有许多优秀的仿真系统应用于航天事业，而国内则处于起步阶段，远落后于国外的发展。
本文的主要目标是建成一个空间站舷窗仿真系统，仿真视场的要求是大场景远距离。该系统能够根据接收到的飞船位置、姿态等数据，实时模拟太空空间站舷窗摄像机拍摄到的舱外景象，并能依据数据要求对飞船姿态、帆板姿态、相机姿态进行实时控制，此外还可与显示端交互，对用户指令进行反馈。该仿真系统能有效帮助航天员熟悉空间站飞船环境并训练各种操作技能。
本文充分研究了飞船姿态控制的实现方案，借助姿态四元数和欧拉角的转换来完成飞船的基本姿态控制，并能正确处理多坐标系下的姿态转换问题。此外，解决了引擎左手系与模型右手系的坐标系差异问题，使仿真画面可以正确显示。
基于空间站场景的特殊情况，本文提出了一种相对渲染方案，即使用飞船轨道坐标系为基准，利用目标器与追踪器的相对关系来进行渲染，而非直接使用绝对的地球坐标系。根据空间站场景大范围、高深度的特点，本文中决定采用多径渲染的方案，最终可达到高精度的渲染效果。
课题中使用的空间站模型为研究所提供的ProE 3D模型，该模型复杂度、精细度都极高。但多数细节信息对于本仿真系统而言是无用的，且会极大拖慢渲染速度，影响系统的仿真效果。本文在进行模型简化的过程中总结出一些针对ProE 3D模型的基本简化策略，成功将空间站模型简化到理想程度。