Разработка программного модуля визулизации орбит ИСЗ с помощью библиотеки OpenSceneGraph - Курсовая работа

Разработка программного модуля визулизации орбит ИСЗ с помощью библиотеки OPENSCENEGRAPHСпутники создаются для решения различных задач, таких как передача данных с целью прогнозирования погоды, наблюдение климата Земли, разведка, связь, проведение научных экспериментов, навигация и так далее. Существует программное обеспечение, которое работает с данными со спутников, например, ПО, работающее с навигационными спутниками, которое на основе полученных данных позволяет строить заданный маршрут и отображать расположение транспортного средства на карте. Также, существует программное обеспечение, позволяющее наблюдать за положением искусственного спутника Земли в режиме реального времени, такое например, как интернет-ресурс stuffin.space или heavens-above.com. Для того, чтобы создать подобное приложение, на начальном этапе проектирования создается прототип программы, который будет отображать первоначальный вариант интерфейса приложения. Таким образом, цель дипломной работы заключается в том, чтобы исследовать возможность использования языка C в сочетании с графической библиотекой OPENSCENEGRAPH для создания прототипа приложения, которое будет отображать траекторию движения спутника вокруг Земли в трехмерном пространстве, а также предоставлять пользователю функционал для изменения начальных данных спутника, таких как высота запуска и начальная скорость запуска, чтобы перестраивать траекторию движения спутника.Данный язык поддерживает такие парадигмы программирования, как процедурное и модульное программирование, абстракция данных, объектно-ориентированное программирования, обобщенное программирование. Это упрощает (достаточно объявить переменную) и делает более надежным освобождение ресурсов (память, файлы, семафоры и т. п.), а также позволяет гарантированно выполнять переходы состояний программы, не обязательно связанные с освобождением ресурсов (например, запись в журнал). Язык спроектирован так, чтобы дать программисту максимальный контроль над всеми аспектами структуры и порядка исполнения программы [6]. Высокая совместимость с языком Си, позволяющая использовать весь существующий Си-код (код на Си может быть с минимальными переделками скомпилирован компилятором C ; библиотеки, написанные на Си, обычно могут быть вызваны из C непосредственно без каких-либо дополнительных затрат, в том числе и на уровне функций обратного вызова, позволяя библиотекам, написанным на Си, вызывать код, написанный на С ). Новые возможности C включают объявления в виде выражений, преобразования типов в виде функций, операторы new и delete, тип bool, ссылки, расширенное понятие константности, подставляемые функции, аргументы по умолчанию, переопределения, пространства имен, классы (включая и все связанные с классами возможности, такие как наследование, функции-члены, виртуальные функции, абстрактные классы и конструкторы), переопределения операторов, шаблоны, оператор ::, обработку исключений, динамическую идентификацию и многое другое.В настоящее время визуализация в режиме реального времени востребована в сфере информационных технологий, а OPENSCENEGRAPH, являясь одним из лучших 3D-инструментариев, широко используется в областях виртуальной реальности, визуального моделирования, игровых областях, мобильных приложениях и т.д. По сути, OSG является промежуточным программным обеспечением, которое было создано для повышения уровня абстракции и облегчения использования низкоуровневого OPENGL [13].Обычно представляется как граф с иерархичной структурой, который содержит набор графических узлов, включая корневой и несколько групповых узлов, каждый из которых может иметь набор дочерних узлов, и несколько листовых узлов, которые не имеют дочерних элементов и образуют нижний уровень дерева. Граф сцены не допускает направленного цикла (где некоторые узлы связаны в замкнутую цепь) или изолированных элементов, которые не имеют дочерних узлов или родителя, внутри себя [13].Применение операций к графу сцены требует некоторого способа пересылки операции, основанного на типе узла. Например, в случае визуализации узел трансформации группы накапливал бы информацию о трансформации с помощью умножения матриц, смещения векторов, кватернионов или углов Эйлера. Но, поскольку API используемой реализации обычно приводит к сложностям в переносе на другие платформы, можно разделять граф сцены и систему визуализации. В объектно-ориентированных языках, таких как C , это легко осуществить с помощью виртуальных функций, каждая из которых представляет операцию, которую можно применить к узлу. Операция может быть выполнена в виде класса, который передается в текущий узел; затем он запрашивает информацию о типе узла с использованием RTTI и осуществляет поиск корректной операции в массиве функций обратного вызова или функторов.

Оглавление

Введение

1 Постановка задачи и теоретическое обоснование работы

1.1 Постановка задачи работы

1.2 Язык программирования C

2 Графическая библиотека OPENSCENEGRAPH

2.1 Основные черты библиотеки OPENSCENEGRAPH

2.2 Граф сцены

2.3 Операции над графом сцены и пересылка

2.4 Обход графа сцены

2.5 Компоненты библиотеки OPENSCENEGRAPH

2.6 Машина состояний

2.7 Атрибуты и режимы

2.8 Класс osg::Camera

2.9 Классы Geode и Drawable

2.10 Визуализация базовых фигур

3 Разработка программного модуля

3.1 Математические расчеты элементов орбиты спутника

3.2 Создание сферы и наложение текстуры Земли

3.3 Создание основного класса программы

3.4 Модель спутника

3.5 Траектория движения спутника и отображение орбиты

3.6 Вращение Земли

3.7 Режим слежения за спутником

3.8 Изменение параметров орбиты с помощью клавиш управления

3.9 Отображение текущих параметров орбиты

4 Результаты работы программы

4.1 Изменение параметров орбиты и изменение ракурса

4.2 Режим слежения за спутником с отображенной и скрытой орбитой

Заключение

Список использованных источников

Приложение