深空探测对人类认识宇宙的起源与演化有着重要的意义,随着人类对深空探测脚步的迈进,世界各国都相继开展了对小行星的探测,利用可视化仿真手段探测任务进行地面验证是其中一项关键技术,本文对小天体撞击探测中的光学成像仿真等相关技术进行了较为深入的研究,论文的主要研究成果和创新点如下:1.系统论述了几何光学理论、辐射理论以及光电理论基本原理,结合摄影测量原理和光学原理,建立并简化了小天体光学成像几何模型与辐射模型。2.深入研究并分析了光学成像的仿真算法,提出了一种基于全透镜物理模型的摄像机仿真方法。利用OpenGL图形界面库仿真光学相机的相关参数,并结合渲染到纹理技术与图形硬件编程技术,根据数字图像处理与光学系统的相关原理,实现了相机的一些物理效果,简化并加速了传统的基于CPU的图像处理编程算法,有效地提高了绘制效率;综合运用凸凹映射与多重纹理映射技术,设计并实现了小天体表面凸凹不平形貌与小范围精细形貌的建模,提高了仿真成像质量与真实感。3.进行了基于物理模型的撞击产物仿真算法的深入研究。建立了一种简化的圆环波面模型,实现了冲击波传播的模拟;在流体力学方程解算及简化方法研究的基础上,提出了一种基于GPU的三维烟雾仿真的加速算法,较好地解决了复杂物理计算实时性差的难题,提高了渲染效率;针对基于纹理映射的粒子系统缺乏真实感的问题,提出了一种改进的基于三维粒子模型的粒子系统方法,实现了飞溅物的实时模拟。4.设计并开发了一个功能较强、性能稳定、实时性较好的小天体光学成像仿真原型系统,取得了较好的实际应用效果。