随着我国经济增长,航空运输业快速发展,空中交通流量激增,为空中交通管理带来了巨大压力,空管自动化系统亟需进一步革新,以提高整个空管自动化系统的服务能力,适应新的发展要求。本文针对现代空管自动化系统中限制服务能力的二维显示模式,响应三维显示革新需求,在研究开发机场三维仿真平台的基础上,结合三维可视化技术对相关问题展开了研究,包括机场三维场景搭建与渲染、天空及天气模拟、航空器轨迹动画模拟三大问题。首先,研究了机场三维场景的搭建与渲染。在研究X-Plane模拟飞行软件中的三维模型文件的基础上,对三维模型的加载与渲染问题展开了分析与讨论,并编写了对应的模型加载与渲染程序。机场场景显示效果表明,三维模型的加载与渲染程序正确运行,可以为管制员提供立体的机场场景信息。其次,研究了场景中的天空与天气模拟。在天空模拟中,研究了大气散射理论、天体位置建模、月相变化建模,并利用着色器程序为场景实现了一个较为逼真的动态天空;在天气模拟中,对粒子系统展开了研究与应用,并为场景实现了一个简单的天气系统。天空及天气模拟显示效果表明,相关程序正确运行,可以为管制员提供较为逼真的天空及天气变化信息。再次,研究了基于ADS-B报文的航空器轨迹处理及动画生成。在分析ADS-B位置报文的基础上,针对其中存在的问题,提出了一种结合地图匹配、多项式拟合的轨迹重构方法,并根据关键帧动画技术对轨迹动画生成进行了研究。理论分析和实验结果表明,本文提出的轨迹处理及动画生成方法具有较好的效果,可用于场景中航空器的动画模拟。最后,根据系统功能需求,综合利用JMonkey Engine图形引擎和Swing图形界面框架,开发了以机场三维场景加载、天空及天气模拟、航空器轨迹动画模拟、图形化界面四大功能模块为核心的机场三维仿真平台,该平台的研究与开发对研制空管三维显示系统具有推动作用,有利于加快三维立体场面监视进程。