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随着人类活动范围的扩张,太空已成为航天活动和科学探索的重要场所,空间环境对人类生活、生产活动,特别是军事活动领域内的影响日益显著。然而由于空间环境的复杂性和特殊性,人类至今还未完全掌握空间环境要素变化规律及其相互作用关系。可视化技术作为知识理解和发现的工具,提供了一种让不可见对象可见的方法,具有认知分析和交流功能,能加快数据处理速度,是发现和理解科学规律的有力工具。为此,本课题围绕空间环境可视化这一中心点,从空间环境可视化要素分析、可视化框架建立、数据组织管理、数据的绘制以及用户交互控制过程几方面分析讨论空间环境可视化的关键技术。从建立地球空间环境可视化系统的角度,对所有涉及的空间环境要素进行了深入分析,以表格和图形的方式归纳出描述每种空间环境要素模式的输入、输出参量及相关的参考坐标系统。对太阳系范围内所涉及的坐标系统进行了深入调研,包括坐标系的定义,对空间位置的坐标表达方法、坐标系适合表达的数据类型,以及坐标系之间的相互转换关系。借助图形引擎中场景图的思想,建立了一个统一的可视化框架,能适应多种空间环境和空间科学探测任务的可视化需求。合理有效的数据管理方法能改善程序的运行效率,根据目前的应用现状,探索了空间环境数据组织和管理方法,以太阳风数据为例分析了影响程序渲染效率的因素,并提出了进一步改善提高程序渲染实时性的思路。形象的可视化表达对数据的理解与发现有着极大的辅助作用。立足于数据的映射和绘制阶段,归纳总结了常用的可视化方法,从矢量数据场、标量数据场、实体对象几个方面对空间环境的可视化进行了探索研究。以地磁磁场和太阳风绝对密度数据场为例从点、线、面、体多角度给出了几种空间环境的可视化表达方法,并总结归纳各方法的特点、适应范围。给出了空间环境中对地球、大气、太阳的建模和渲染方法。好的漫游控制方法能极大的改善可视化效果。分析了漫游控制过程的难点,及其在地球空间环境可视化中的特点,提出了一种约束型的漫游控制方法,在仿真可视化的时间粒度较小时,综合采用基于路径的漫游模式。约束型的漫游控制方法能极大的辅助使用者迅速、便捷的定位目标位置,实现在大尺度场景中对观察对象的精确定位。基于路径的漫游控制方法能较好的适用于时间粒度较小的事件仿真可视化,以及用户无交互需求的可视化场景中。实践证明,两者的结合能较好的满足空间环境可视化系统的用户交互需求。本文的研究工作为空间环境的研究与应用提供了多样化的技术支撑,为空间科学任务规划提供了重要的仿真分析手段,为空间环境信息系统的建立奠定了基础。