伴随着科技的不断发展,虚拟仿真技术在近年来得到了越来越多的关注,也变得与人们的日常工作生活息息相关。虚拟仿真技术最初的应用于国防和军事领域,而后随着科学技术的发展,虚拟仿真技术的也得到了不断发展和进步,并逐渐的应用于各个领域,并对人类的生产生活产生了深远的影响。现如今虚拟仿真技术不仅应用于军事方面,例如军事训练、作战场景仿真等,也被应用于例如航空航天、天体物理、工业产品设计、气象灾害预报等等领域。虚拟仿真技术如今被用于日常生活中难以实现或难以观测到的某些特定场景的仿真中,因此虚拟仿真技术势必是未来交互科技发展的重点之一。近年来随着日地物理学的不断发展,其所涉及的各个学科在各方面都受到越来越多的关注。在未来,日地物理学所涉及的交叉学科会越来越多,也会越来越重要。作为其分支内容的极光、太阳光线与地球之间的关系等等研究也受到越来越多的重视。因此本论文所涉及的空间目标光学特性、太阳光线与地球交角和极光的虚拟仿真还有可视化无论是在虚拟仿真方面还是作为新兴学科的日地物理学方面都显得尤为重要。本文研究内容主要分为以下三部分:1.空间目标光学特性的虚拟仿真。本章主要对空间目标光学特性仿真进行介绍,空间目标的光学特性仿真实质上就是需要根据空间目标的表面材质及其粗糙程度等因素计算出空间目标的光谱BRDF特性,从而得到空间目标的辐射能量投影生成目标模型。空间目标在轨或不在轨运行时,空间目标受太阳光线的入射角度和空间目标的反射太阳光线都受运行位置及观测位置影响而不同,因此通过变换坐标系,将空间目标的中心作为统一的坐标原点达到丈量单位统一。空间目标进行能量投影时,通过确定空间目标景深仅对可见面进行能量投影,投影画布经过空间目标及观测距离等等因素一比一进行等比缩放绘制,最终生成能量投影图完成空间目标光学特性仿真。2.太阳光线与地球交面的虚拟仿真。本章主要通过将太阳光线与地球交面问题转化为类圆柱光线及类四棱锥光线与椭球体交面问题,主要对类四棱锥及椭球体交面进行着重分析,类四棱锥与椭球体产生交面的形态受照射光线的位置及角度等因素影响,因此通过构造Z轴与棱锥轴线重合的四棱锥随后通过坐标变化成为任意形态四棱锥,通过算法优化,实现快速坐标变化,计算出棱锥与椭球体交点,使用glut实用库在visualstudio中生成仿真。3.地球极光可视化虚拟仿真。本章首先对极光数据的特点进行介绍,极光数据中由于不包含色彩信息因此通过伪彩色化转变为伪彩色图形,随后通过设置RGB阈值筛选出彩色极光形态,其次通过不同状态设置渲染出真实复杂的地球及太空背景的三维模型,将筛选出的极光图像作为纹理添加入穹顶片元,利用回调函数根据实时极光数据贴入相应纹理,实现地球极光的仿真及其相应交互操作。