[发明专利]航天飞行器自主保障系统三维可视化软件开发

说明书

本发明公开一种航天飞行器三维模型层次化故障显示，以及三维模型信息提取和动画交互的实现方法，所述飞行器自主保障系统三维可视化软件主要包含软件B/S框架的搭建、三维实体模型信息提取及格式转换、三维模型的显示及其动画交互操作的加入和故障产品显示及透视化部件操作四大部分。软件B/S框架的搭建主要负责三维场景的显示功能；三维实体模型信息提取及格式转换主要负责模型关键信息的提取，从而达到轻量化模型的目的；三维模型的显示及其动画交互操作的加入模块主要负责添加模型、相机、光源以及渲染器，实现模型的翻滚、平移和缩放；故障产品显示及透视化部件模块主要负责故障模块的定位从而高亮故障系统位置，帮助用户透视化干扰部件。本发明能够实现三维模型的分级显示、三维动画交互和故障定位及高亮显示，具有极高的实时性与稳定性。

技术领域

本发明涉及飞行器健康管理三维建模技术，主要涉及航天飞行器三维模型层次化故障诊断，以及三维模型信息提取和动画交互。

背景技术

在航天员执行空间任务的过程中，需要传感器数据来确定重要部件的姿态、运动方式和健康状态。目前的二维显示诊断软件在辅助指挥、迅速分析、判断和决策方面有很好的作用，然而三维可视化软件仿真在显示效果和开发空间上比二维显示软件有很大的优势。三维可视化技术是1980年出现的有关程序数据分析和图像识别技术的先进前沿技术，它的优点是能够在三维视角下重现物体，真实地反映现实世界中物体的信息，另一个优点就是这套程序拥有实时交互能力，能够再现真实的物质世界。三维可视化技术是将相关现象的数据描述为图形、图像，并应用色彩、透视、动画和视觉形式，例如实时变化的观察点，使人们能够观察到物体的不可见属性，深入到内部结构中。三维可视化是近年来科研人员普遍选用的一种计算机技术，主要被用来呈现三维世界中的模型，可以表示模型实际的三维数据以及物理结构，这种技术手段能够实现人与机器之间的相互交流，就像现实世界一样。三维显示软件开发越来越成熟，我们对三维显示技术的研究也越来越深入。时代在发展，人们对于三维可视化的需求也在日益增长，这门计算机技术已广泛应用于人们生活生产的许多领域，如国家信息化、部队研发、卫生健康、地形改造、医疗设备等。自主保障技术验证系统用于实现对飞行器全寿命周期配置管理、异常告警、故障检测与隔离、健康评估、维修保障辅助决策等主要功能、兼具数据管理及分析、试验项目管理、三维视景显示、故障重演等功能。

航天飞行器全寿命周期自主保障技术是先进故障诊断、故障预测与维护保障任务决策技术的综合，以现代信号、建模、推理等智能技术为基础，已成为近十余年理论研究和工程应用的热点。现代复杂航天器通过配置健康管理系统，正逐步改变传统的维护保障体制，从以统计可靠性指标为依据的定期维修，向基于实际健康状态的视情维修转换。然而以各类智能信息处理、算法为基础的自主保障系统也给航天飞行器的设计、验证、评估、成熟化带来诸多技术挑战。本发明通过多信号流图建模以及分支定界算法来进行故障诊断和故障定位，从而得到发生故障的部件以及功能正常的部件，最后通过三维可视化分布式软件高亮显示故障部分以及实现与用户的交互操作。

发明内容

航天飞行器自主保障系统三维可视化软件首先构造一个实现交互功能的软件开发框架,实现的功能主要有：用户权限设置，文件格式转换，三维场景显示以及交互动画加入，诊断以及故障部分的高亮显示，如图1所示。

自主保障系统前端使用脚本实现三维模型的演示功能。该脚本支持OBJ/MTL格式模型文件。其中，OBJ文件提供模型基本结构参数，MTL文件提供三维模型的材质及外观信息。故障诊断模块中，用户需要对发生故障的模块进行定位。转化后的模型中保存了产品PBS编码-区域模型的映射字典。Django后端根据URL请求参数向三维显示前端发送故障模块位置代码，前端再通过JS对故障区域进行变色渲染，从而实现故障产品的显示功能。

本发明的优点在于：

1.所述三维可视化软件采用B/S架构，相比起C/S架构，具有系统轻便，实时性强，移植性强，多任务并行的特点，尤其适合分布式全寿命自主保障系统三维可视化软件。