安沈昊，于榮歡

（航天工程大學(xué)復(fù)雜電子系統(tǒng)仿真重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 101416）

天地一體化網(wǎng)絡(luò)橫跨多個(gè)物理域，由天基骨干網(wǎng)、天基接入網(wǎng)、地基主干網(wǎng)組成，并與互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)互聯(lián)互通，既是國(guó)家未來重要的信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，也是軍隊(duì)未來遂行各類作戰(zhàn)任務(wù)的重要網(wǎng)絡(luò)信息支撐[1]。然而，目前雖然對(duì)一般復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的仿真研究已有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，但對(duì)于各方面復(fù)雜性特征較為突出的天地一體化網(wǎng)絡(luò)來說[2]，在如何對(duì)其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行可視化展示與分析這一方面，還沒有一個(gè)完整的可視化指導(dǎo)框架，更缺乏相應(yīng)的可視化方法。對(duì)此，該文以全方位、多角度展現(xiàn)天地一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，提出了一套天地一體化網(wǎng)絡(luò)多視圖可視化框架，據(jù)此設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)天地一體化網(wǎng)絡(luò)可視化原型系統(tǒng)SGINVisSys（Space-Ground Integrated Network Visualization System），該系統(tǒng)不僅支持天地一體化網(wǎng)絡(luò)仿真數(shù)據(jù)在不同尺度、不同視角下的可視化展示與分析，還允許用戶進(jìn)行多種靈活、簡(jiǎn)便的交互控制操作。

1 基礎(chǔ)技術(shù)

1.1 Web GL

Web GL（Web Graphics Library），即網(wǎng)頁圖形庫(kù)，是一種基于Open GL 并能在Web 環(huán)境下繪制圖形的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議[3]，其應(yīng)用架構(gòu)如圖1 所示。在這種標(biāo)準(zhǔn)下，通過將Open GL 與編程語言JavaScript 相結(jié)合，對(duì)HTML5 中的Canvas 元素進(jìn)行圖形渲染[4]，達(dá)到良好的視覺效果。由于是通過瀏覽器直接進(jìn)行圖形硬件加速，因此Web GL 技術(shù)具有速度快、效率高、免插件的特點(diǎn)[5]，可通過簡(jiǎn)單的操作實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)可視化與場(chǎng)景渲染。

圖1 Web GL應(yīng)用架構(gòu)

目前Web GL 被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)站頁面復(fù)雜結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，主要解決了以下問題：1）實(shí)現(xiàn)了環(huán)境的統(tǒng)一化，解決了因?yàn)g覽器不同而帶來的諸多插件問題；2）實(shí)現(xiàn)了模式的標(biāo)準(zhǔn)化，通過Open GL 接口進(jìn)行圖形渲染。得益于此，三維圖形的制作擺脫了對(duì)插件和平臺(tái)的依賴，現(xiàn)已得到了諸多瀏覽器的支持[6]。

1.2 Three.js

Web GL 的底層驅(qū)動(dòng)基于Open GL，這種低封裝度的API 具有容錯(cuò)率低、開發(fā)難度大、計(jì)算復(fù)雜等特點(diǎn)，需要用戶掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)知識(shí)[7]。為降低開發(fā)難度，使用Three.js 作為Web GL 的框架。Three.js 是一個(gè)基于JavaScript 語言的輕量級(jí)腳本庫(kù)，主要有以下特點(diǎn)：包含多個(gè)可直接調(diào)用的數(shù)學(xué)函數(shù)；無需復(fù)雜的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識(shí)，僅靠若干組件就可構(gòu)建3D 場(chǎng)景；能提供多樣化的3D 效果；加載的3D模型和運(yùn)算對(duì)象支持多種格式。

1.3 Cesium.js

Cesium.js是一個(gè)開源的、跨平臺(tái)的前端JavaScript庫(kù)，是一個(gè)基于JavaScript 語言的開發(fā)包[8]，通過Web GL 技術(shù)來實(shí)現(xiàn)圖形的硬件加速，可以在B/S 架構(gòu)下支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的三維可視化[9]和二維可視化，比如數(shù)字地球和二維地理地圖。開發(fā)者能夠利用它快速開發(fā)一款基于瀏覽器的數(shù)字地球應(yīng)用，其性能和渲染質(zhì)量能滿足大部分可視化需求[10]。通過Cesium.js 提供的JavaScript 接口進(jìn)行圖形建模與渲染，可進(jìn)行全球范圍的高精度影像與地形數(shù)據(jù)調(diào)度，支持對(duì)時(shí)變數(shù)據(jù)的可視化和多種場(chǎng)景模式，從而實(shí)現(xiàn)真正的二三維一體化[11]。

2 總體思路

當(dāng)前與天地一體化網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的大部分可視化原型系統(tǒng)是在STK(Satellite Tool Kit)、ArcGIS 等專業(yè)軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)來的[12]，從用戶角度來看，這些軟件的專業(yè)性較強(qiáng)，需要用戶對(duì)航天領(lǐng)域內(nèi)的相關(guān)專業(yè)知識(shí)有一定程度的掌握，其次是功能多樣、操作復(fù)雜，需要用戶前期花費(fèi)大量時(shí)間熟悉軟件的使用，這些特點(diǎn)也導(dǎo)致了其受眾面局限于專業(yè)人員[13]。

除此之外，當(dāng)前大部分網(wǎng)絡(luò)可視化系統(tǒng)的觀察視角與交互操作較為單一，既不能有效展示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化情況，也不能展示同一網(wǎng)絡(luò)在不同視角下的布局情況。這些可視化原型系統(tǒng)大多數(shù)側(cè)重于各衛(wèi)星系統(tǒng)的空間段部分，比如各衛(wèi)星系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及衛(wèi)星運(yùn)行態(tài)勢(shì)模擬與可視化[14]，對(duì)于地面段與用戶段涉及的較少，比如星地鏈路、地面站之間連接關(guān)系的可視化等。

結(jié)合上述問題，該文設(shè)計(jì)的天地一體化網(wǎng)絡(luò)可視化原型系統(tǒng)SGINVisSys 應(yīng)達(dá)到以下目標(biāo)：

1）以多視圖結(jié)構(gòu)為可視化主體，全方位、多角度地展示天地一體化網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2）重點(diǎn)展現(xiàn)天地一體化網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征，比如多層特征、動(dòng)態(tài)特征等。

3）能支持多種交互操作，允許用戶對(duì)可視化結(jié)果進(jìn)行交互控制。

4）主要面向非專業(yè)人員，操作簡(jiǎn)單且具有良好的跨平臺(tái)性與用戶友好性。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 多視圖可視化框架設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的天基網(wǎng)絡(luò)可視化軟件多采用經(jīng)典的2D+3D 雙視圖框架，分別從空間和平面兩個(gè)視角來展示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)運(yùn)行軌跡等[15]。3D 視圖的優(yōu)勢(shì)在于直觀，但是場(chǎng)景內(nèi)模型過多或過大時(shí)會(huì)存在嚴(yán)重的信息遮擋。2D 視圖雖能避免一些視覺遮擋，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模過大時(shí)，節(jié)點(diǎn)與邊的重疊、交叉會(huì)產(chǎn)生視覺上的干擾，不能較好地展示網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特性。另外，二者的結(jié)合并不能很好地展示網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和多層網(wǎng)絡(luò)之間的連接情況。

針對(duì)以上問題，該文對(duì)傳統(tǒng)雙視圖框架進(jìn)行擴(kuò)展，如圖2 所示，新增一個(gè)2.5D 視圖[16]和一個(gè)邏輯拓?fù)湟晥D，建立包括邏輯拓?fù)湟晥D、2D 視圖、2.5D 視圖、3D 視圖的天地一體化網(wǎng)絡(luò)多視圖可視化框架。邏輯拓?fù)湟晥D主要基于多力導(dǎo)引算法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的布局，基于2D、2.5D、3D 視圖的可視化首先通過Web GL 進(jìn)行多維可視化建模，然后在Cesium 的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)以呈現(xiàn)多維視圖，通過Cesium 自帶的時(shí)間控制模塊展示其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化情況[17]，并采用統(tǒng)一的場(chǎng)景圖和WGS84 坐標(biāo)系保證各視圖中顯示內(nèi)容的一致性，在服務(wù)器端儲(chǔ)存高清衛(wèi)星瓦片影像以構(gòu)建真實(shí)地理圖像。多視圖框架中各個(gè)視圖一方面相輔相成、聯(lián)系密切，另一方面觀察角度與尺度均有不同，從而使信息的呈現(xiàn)更加豐富和充分。

圖2 多視圖可視化框架示意圖

3.2 體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

當(dāng)前常用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式主要由客戶機(jī)/服務(wù)器C/S（Client/Server）架構(gòu)與瀏覽器/服務(wù)器B/S（Browser/Server）架構(gòu)，基于C/S 架構(gòu)的系統(tǒng)在客戶端必須對(duì)每一種指令集進(jìn)行適配，并且對(duì)于同一指令集，不同的操作系統(tǒng)或版本也需對(duì)客戶端進(jìn)行重新編譯適配。而基于B/S 架構(gòu)只需在服務(wù)器端配置好服務(wù)[18]，客戶端不管是采用商用平臺(tái)或是國(guó)產(chǎn)平臺(tái)只需瀏覽器支持即可。為便于維護(hù)管理和快速部署，SGINVisSys采用B/S 架構(gòu)，如圖3 所示，分為瀏覽器端、服務(wù)器端、數(shù)據(jù)庫(kù)端三層。

圖3 可視化原型系統(tǒng)體系架構(gòu)示意圖

底層數(shù)據(jù)庫(kù)端主要為基于MySQL 的天地一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)與地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)[19]，其中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)天地一體化網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，例如節(jié)點(diǎn)、鏈路和網(wǎng)絡(luò)等各類數(shù)據(jù)表。地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)用來存儲(chǔ)各種地理數(shù)據(jù)，比如數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)和數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)等。

服務(wù)器端接收由數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)出的各類網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與存儲(chǔ)，從而形成視圖，在瀏覽器端展示出來。當(dāng)用戶在瀏覽器頁面上進(jìn)行相應(yīng)的交互操作之后，服務(wù)器端會(huì)根據(jù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)請(qǐng)求在數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查詢，之后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并生成視圖呈現(xiàn)至瀏覽器端。由于大部分?jǐn)?shù)據(jù)的解析、處理與壓縮等操作都在服務(wù)器端進(jìn)行，大大降低了瀏覽器端的運(yùn)行壓力。

頂層瀏覽器端是整個(gè)可視化原型系統(tǒng)的核心，主要負(fù)責(zé)天地一體化網(wǎng)絡(luò)多視圖的展示與多種可視化交互操作，部分?jǐn)?shù)據(jù)的解析與映射也在瀏覽器端完成。目前市面上主流的瀏覽器都具有良好的兼容性，其圖形處理能力也能滿足絕大多數(shù)用戶的可視化需求。

3.3 功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在完成可視化原型系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)之后，對(duì)SGINVisSys 的功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖4 所示，分為數(shù)據(jù)處理層、業(yè)務(wù)邏輯層和展示交互層。

圖4 原型系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)示意圖

數(shù)據(jù)處理層主要是對(duì)可視化所需數(shù)據(jù)進(jìn)行持久化處理，根據(jù)用戶需求為展示交互層提供數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，主要包含數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和參數(shù)計(jì)算模塊，具有相應(yīng)權(quán)限的管理維護(hù)人員可對(duì)其進(jìn)行控制與編輯。

業(yè)務(wù)邏輯層位于數(shù)據(jù)處理層和展示交互層之間，一是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，二是向展示交互層提供數(shù)據(jù)接口，主要包括拓?fù)洳季帜K、動(dòng)畫布局模塊、視圖生成模塊和數(shù)據(jù)分析模塊。

展示交互層主要負(fù)責(zé)將邏輯拓?fù)湟晥D、2D 視圖、2.5D 視圖和3D 視圖相互關(guān)聯(lián)，組成一個(gè)統(tǒng)一的多視圖可視化環(huán)境，并通過多種類型的交互控制操作輔助用戶觀察、分析可視化結(jié)果。主要包括多視圖展示模塊、可視化分析模塊、交互控制模塊和數(shù)據(jù)查詢模塊。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及運(yùn)行環(huán)境

天地一體化網(wǎng)絡(luò)可視化原型系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及運(yùn)行環(huán)境如下：

1）服務(wù)器端

操作系統(tǒng)：Windows 10/Linux；開發(fā)工具：D3、Cesium、Web Storm；服務(wù)器：Apache；數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件：MySQL Workbench。

2）瀏覽器端

瀏覽器：Firefox。

4.2 數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層各模塊實(shí)現(xiàn)方法與功能如下：

1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，一是依據(jù)天地一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的層次化特性，從節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)、鏈路數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)三個(gè)層面由下至上、以依次遞進(jìn)的方式構(gòu)建基于MySQL 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，主要存儲(chǔ)天地一體化網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備節(jié)點(diǎn)、鏈接鏈路、日志等各類數(shù)據(jù)表（如圖5 所示），二是在服務(wù)器端存儲(chǔ)高清衛(wèi)星瓦片影像以及數(shù)字地球文件等各類信息[20]，用來支持二維平面地圖以及三維數(shù)字地球等的可視化。

圖5 MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)部分示意圖

2）數(shù)據(jù)管理模塊，主要依據(jù)開發(fā)出的數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)對(duì)天地一體化網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)與鏈路數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。天地一體化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)采用C/S 架構(gòu)，支持遠(yuǎn)程對(duì)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，包括兩行式衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)管理、軌道數(shù)據(jù)搜索、軌道數(shù)據(jù)編輯等模塊，支持兩行式衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)管理、衛(wèi)星分類樹數(shù)據(jù)管理和地面站數(shù)據(jù)等管理，圖6 所示為數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)操作頁面。

圖6 天地一體化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)操作頁面

3）參數(shù)計(jì)算模塊，負(fù)責(zé)計(jì)算節(jié)點(diǎn)、鏈路等的各種參數(shù)，包括節(jié)點(diǎn)度、節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)位置和鏈路能見度分析等，為后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳季趾蛣?dòng)畫布局提供數(shù)據(jù)支撐。

4.3 業(yè)務(wù)邏輯層

業(yè)務(wù)邏輯層各模塊實(shí)現(xiàn)方法與功能如下：

1）拓?fù)洳季帜K，從數(shù)據(jù)庫(kù)讀取天地一體化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)之后，首先通過多力導(dǎo)引算法[21]對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行布局，再結(jié)合層次聚類算法建立網(wǎng)絡(luò)多細(xì)節(jié)層級(jí)模型[22]，根據(jù)顯示層級(jí)呈現(xiàn)不同層級(jí)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如圖7 所示，左側(cè)為某子網(wǎng)絡(luò)整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，右側(cè)為層次聚類之后高一層級(jí)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖7 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)布局展示

2）動(dòng)畫布局模塊，通過Cesium.js 庫(kù)讀取地理數(shù)據(jù)繪制數(shù)字地球并設(shè)置其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)與鏈路數(shù)據(jù)繪制節(jié)點(diǎn)運(yùn)行軌跡，之后進(jìn)行鏈路能見分析與節(jié)點(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)分析，若計(jì)算結(jié)果滿足建鏈條件，采用節(jié)點(diǎn)-鏈接的方式構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)鏈路的可視化模型，鏈路兩端的節(jié)點(diǎn)根據(jù)類型用相應(yīng)圖標(biāo)表示，如圖8 所示為星間鏈路與星地鏈路的可視化模型。

圖8 鏈路模型示意圖

3）視圖生成模塊，根據(jù)拓?fù)洳季帜K與動(dòng)畫布局模塊的結(jié)果生成邏輯拓?fù)湟晥D、二維平面視圖、哥倫布投影視圖和三維數(shù)字地球視圖于前端瀏覽器顯示。

4）數(shù)據(jù)分析模塊，負(fù)責(zé)分析來自天地一體化網(wǎng)絡(luò)的各類數(shù)據(jù)，得到設(shè)備節(jié)點(diǎn)運(yùn)行狀況、告警等各類信息，并將獲得的可用信息存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)處理層。

4.4 展示交互層

展示交互層各模塊實(shí)現(xiàn)方法與功能如下：

1）多視圖展示模塊，負(fù)責(zé)在前端瀏覽器對(duì)可視化結(jié)果進(jìn)行渲染和展示，從邏輯拓?fù)湟晥D、2D 視圖、2.5D 視圖和3D 視圖的角度全方位展現(xiàn)天地一體化網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行態(tài)勢(shì)。如圖9 所示，邏輯拓?fù)湟晥D以靜態(tài)的方式展示了被選中網(wǎng)絡(luò)某一時(shí)刻的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)的顏色代表著節(jié)點(diǎn)類型。其余三個(gè)視圖則呈現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)演化的過程，節(jié)點(diǎn)之間的曲線表示其運(yùn)行軌跡，直線表示節(jié)點(diǎn)之間的鏈路。四個(gè)視圖構(gòu)成關(guān)聯(lián)視圖結(jié)構(gòu)，在信息呈現(xiàn)方面具有較強(qiáng)的互補(bǔ)性，靜態(tài)視圖與動(dòng)態(tài)視圖的結(jié)合形成了單視圖難以達(dá)到的信息呈現(xiàn)能力。

圖9 可視化分析界面部分示意圖

2）可視化分析模塊，主要基于邏輯拓?fù)湟晥D對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析。在可視化分析界面中，左側(cè)區(qū)域展示了當(dāng)前被選中網(wǎng)絡(luò)的整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；中間區(qū)域展示相應(yīng)鄰域結(jié)構(gòu)，提供連接模式分析及節(jié)點(diǎn)細(xì)節(jié)信息查詢，左側(cè)區(qū)域與中間區(qū)域截圖如圖9 所示；右側(cè)區(qū)域展示網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)，支持用戶對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)進(jìn)行查詢與分析；最下方左側(cè)區(qū)域顯示當(dāng)前被鼠標(biāo)選中節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵信息，右側(cè)區(qū)域并列展示了網(wǎng)絡(luò)鏈路的多維屬性，可據(jù)此對(duì)鏈路信息進(jìn)行查詢與分析。

3）交互控制模塊，通過良好的交互與控制操作來增強(qiáng)可視化原型系統(tǒng)的用戶友好性[23]。如圖10-12 所示，用戶可以通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊可視化界面右上角的圖標(biāo)在不同視圖之間自由切換，也可以通過左側(cè)信息列表的勾選框?qū)?chǎng)景中可視化實(shí)體是否顯示進(jìn)行控制。SGINVisSys 是一個(gè)基于時(shí)間的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)可視化系統(tǒng)，可以通過界面下方的場(chǎng)景運(yùn)行控制插件對(duì)當(dāng)前可視化場(chǎng)景的運(yùn)行進(jìn)行控制。左側(cè)為場(chǎng)景運(yùn)行控制插件，中間顯示的是當(dāng)前的UTC 時(shí)間，右側(cè)為時(shí)間軸，可通過左側(cè)的三個(gè)按鈕或時(shí)間軸上的滑竿來控制當(dāng)前場(chǎng)景的時(shí)間。

圖10 2D視圖

4）數(shù)據(jù)查詢模塊，用戶通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊與鍵盤輸入發(fā)出數(shù)據(jù)查詢請(qǐng)求，該模塊將數(shù)據(jù)查詢請(qǐng)求傳遞至后臺(tái)，通過與其他模塊的交互將符合條件的查詢結(jié)果返回至前端。

圖12 3D視圖

4.5 應(yīng)用驗(yàn)證

為進(jìn)一步對(duì)該文可視化原型系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，選取某部分測(cè)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試，最終可視化結(jié)果如圖9-12 所示。該網(wǎng)絡(luò)主要由若干衛(wèi)星與地面站組成，分為天基網(wǎng)絡(luò)與地基網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)子網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)共有天基節(jié)點(diǎn)與地基節(jié)點(diǎn)兩種類型，二者之間部分節(jié)點(diǎn)存在鏈接關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)鏈路共有星間鏈路、星地鏈路與地地鏈路三種類型。在拓?fù)湟晥D中可清楚地觀察到天基網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間互有鏈接，地基網(wǎng)絡(luò)則呈現(xiàn)明顯的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)主要通過其中幾個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)鏈接。而2D 視圖、2.5D 視圖和3D 視圖能幫助用戶更直觀地觀察到節(jié)點(diǎn)的空間位置與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行態(tài)勢(shì)，與邏輯拓?fù)湟晥D結(jié)合，有效避免了因視角受限而產(chǎn)生的可視化盲區(qū)，真正達(dá)到了全方位、多角度的可視化效果。

5 結(jié)束語

該文綜合相關(guān)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論研究成果和Web GL 等多種可視化技術(shù)，根據(jù)天地一體化網(wǎng)絡(luò)可視化方面的研究背景，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套天地一體化網(wǎng)絡(luò)可視化原型系統(tǒng)SGINVisSys，該系統(tǒng)整合了Cesium 的2D、2.5D 和3D 視圖的顯示功能，并增加了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系的可視化。首先給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路，提出了一個(gè)多視圖可視化框架，詳細(xì)設(shè)計(jì)了SGINVisSys 的體系架構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)，繼而分別闡述不同功能層下各模塊的功能與實(shí)現(xiàn)方法，最后選擇一個(gè)案例網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，從可視化結(jié)果可看出，該系統(tǒng)通過多視圖框架系統(tǒng)能夠輔助用戶從不同方面、不同角度觀察并分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也可為天基網(wǎng)絡(luò)等其他類似網(wǎng)絡(luò)[24]的可視化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供思路。