Paraview Orbit Visualization

Описание

Шаблон проекта ParaView для трёхмерной визуализации баллистической информации (траектории космических аппаратов, области видимости, Земля). Единицы измерения - километры. На данный момент доступна только сферическая фигура Земли (эллипсоид в процессе проработки).

• ParaviewOrbit.pvsm - файл проекта ParaView 5.10.1, Windows 10.
  • TextureMaptoSphere1 - текстура Земли
  • EquatorDisk - условный диск экватора (Disk Source)
  • GreenwichDisk - условный диск гринвичского меридиана (Disk Source)
  • LatGrid_ProgrammableSource - скрипт для отображения сетки координат по широте
  • LonGrid_ProgrammableSource - скрипт для отображения сетки координат по долготе
  • GroundStation - обозначение наземного пункта (Sphere Source)
  • ConeOfView - поле обзора наземного пункта (Cone Source)
  • TableToPoints - фильтр, визуализирующий таблицу с точками траектории как цепочку точек
  • TableToTrajectoryFilter - фильтр, визуализирующий таблицу с точками траектории как линию (Programmable Filter)
• 8k_earth_daymap.jpg - текстура Земли в равнопромежуточной картографической проекции (Equirectangular projection), источник commons.wikimedia.org
• latitude_grid_source.py - файл кода Python для LatGrid_ProgrammableSource
• longitude_grid_source.py - файл кода Python для LonGrid_ProgrammableSource
• orbit_iss.txt - файл с точками траектории без привязки к параметрам какого-то конкретного КА
• table_to_trajectory_filter.py- файл кода Python для TableToTrajectoryFilter

Инструкция

1. Отображение траектории

1. Загрузить файл, содержащий ранее полученные точки траектории спутника, в проект (File → Open). Файл в любом формате, который может распарсить ParaView (CSV, TXT и др.).
2. Для визуализации точек траектории

• выбрать загруженную таблицу данных (п.1) в дереве проекта,
• назначить ей фильтр TableToPoints, в котором задать размер и цвет точек, цвет, прозрачность, и другие параметры отображения.

3. Для отображения линии или трубки траектории

• выбрать загруженную таблицу данных (п.1) в дереве проекта,
• назначить ей фильтр ProgrammableFilter,
• в поле Script в настройках фильтра ввести код из файла table_to_trajectory_filter.py.

2. Отображение наземного пункта и зоны видимости

1. Создать точку (Sources → Sphere) с геоцентрическими координатами наземной станции в АГСК. Для сферической Земли координаты рассчитываются на основе широты и долготы:

   from math import sin, cos, radians
   EARTH_RADIUS_KM = 6371.0
   latitude_deg = ...
   longitude_deg = ...
   x = EARTH_RADIUS_KM * cos(radians(longitude_deg)) * cos(radians(latitude_deg))
   y = EARTH_RADIUS_KM * sin(radians(longitude_deg)) * cos(radians(latitude_deg))
   z = EARTH_RADIUS_KM * sin(radians(latitude_deg))

2. Создать конус зоны видимости (Sources → Cone)

• задать ему Height и Radius в соответствии с шириной (углом) поля обзора,
• задать тройку смещений Center: [Height/2, 0, 0],
• задать Direction [-1, 0, 0],
• задать в Translation те же координаты, которые указывались при создании сферы - наземного пункта,
• задать в Orientation [0, -широта, долгота].

3. Настройка окружения

1. Для загрузки другой текстуры Земли выбрать в дереве проекта элемент TextureMaptoSphere1, в расширенных настройках Lightning -> Texture выбрать свой файл текстуры. Для корректного отображения

• текстура должна отображать поверхность Земли в равнопромежуточной картографической проекции (Equirectangular projection),
• в расширенных настройках элемента TextureMaptoSphere1 в разделе Properties выключить Prevent Seam,
• в расширенных настройках элемента TextureMaptoSphere1 в разделе Lightning выставить включить Seamless U.
• Открытые текстуры Земли можно найти на
  • https://www.solarsystemscope.com/textures/
  • https://visibleearth.nasa.gov/

2. Для включения/выключения плоскости экватора и гринвичского меридиана нажать на "глаз" в дереве проекта (Pipeline browser).

---

Description

ParaView template project for orbital 3D data visualization (spacecraft orbits, trajectory points, ground stations, fields of view, Earth). Distance units - kilometers. Only spherical Earh is presented by now (ellipsoid is in progress).

• ParaviewOrbit.pvsm - ParaView project file (Paraview 5.10.1, Windows 10).
  • TextureMaptoSphere1 - Earth texture
  • EquatorDisk - visible equator plane (Disk Source)
  • GreenwichDisk - visible greenwich meridian plane (Disk Source)
  • LatGrid_ProgrammableSource - python script for latitudes grid display (Programmable Source)
  • LonGrid_ProgrammableSource - python script for longitude grid display (Programmable Source)
  • GroundStation - ground station mark (Sphere Source)
  • ConeOfView - ground station cone of view (Cone Source)
  • TableToPoints - filter for display table data as points
  • TableToTrajectoryFilter - filter for display table data as polyline/trajectory (Programmable Filter)
• 8k_earth_daymap.jpg - Earth texture in equirectangular projection, source commons.wikimedia.org
• latitude_grid_source.py - python code for LatGrid_ProgrammableSource
• longitude_grid_source.py - python code for LonGrid_ProgrammableSource
• orbit_iss.txt - some random spacecraft trajectory points just for example
• table_to_trajectory_filter.py- python code for TableToTrajectoryFilter

Manual

1. Trajectory visualization

1. Open trajectory data file (File → Open) in any format ParaView can parse (CSV, TXT and oth.).
2. To show trajectory as chain of points

• select loaded table in project tree,
• apply TableToPoints filter, setup point size, color, transparancy and other display settings.

3. To show trajectory as line

• select loaded table in project tree,
• apply ProgrammableFilter,
• in the settings in Script field enter code from table_to_trajectory_filter.py.

2. Ground station field of view visualization

1. Create ground station mark (Sources → Sphere) at ESEF (Earth Centered Earth Fixed) coordinates. Script for calculation of ESEF coordinates from latitude and longitude:

   from math import sin, cos, radians
   EARTH_RADIUS_KM = 6371.0
   latitude_deg = ...
   longitude_deg = ...
   x = EARTH_RADIUS_KM * cos(radians(longitude_deg)) * cos(radians(latitude_deg))
   y = EARTH_RADIUS_KM * sin(radians(longitude_deg)) * cos(radians(latitude_deg))
   z = EARTH_RADIUS_KM * sin(radians(latitude_deg))

2. Create cone of view (Sources → Cone)

• set Height and Radius to get necessary size and cone angle,
• set Center: [Height/2, 0, 0],
• set Direction : [-1, 0, 0],
• set Translation : same coordinates as for ground station mark,
• set Orientation : [0, -latitude, longitude].

3. Scene setup

1. For use of another Earth texture go to TextureMaptoSphere1, in settings Lightning -> Texture choose another texture image. For correct display

• texture must be in equirectangular map projection,
• in TextureMaptoSphere1 extended settings in Properties enable Prevent Seam,
• in TextureMaptoSphere1 extended settings in Lightning enable Seamless U.
• another free Earth texture sources
  • https://www.solarsystemscope.com/textures/
  • https://visibleearth.nasa.gov/

2. For show/hide equator and greenwich meridian planes click "eye" in project tree (Pipeline browser).