月球探测是认识地月系统历史、研究宇宙和太阳系形成和演化的重要窗口。在月面工作阶段，巡视器将与着陆器分离，搭载多类型载荷探测月球表层和浅表层，完成月面形貌测绘、月球土壤采样和浅层结构探测等任务。由于月球表面存在极端复杂的地形与光照环境，巡视器面临驶入危险地形和短缺太阳能的风险。而在实施探测任务前，缺乏激光雷达和立体相机等各类传感器的高分辨率数据，因此研究遥感数据支持下的月球巡视器探测三维仿真方法，可预先模拟巡视器在规划路线上的探测状态，为有效评估巡视路线安全性提供关键验证。

月球巡视器探测三维仿真是预判月表巡视过程潜在风险的关键环节，需要实现月表米级分辨率真实地形环境可视化、月表光照环境更新和巡视器位置与姿态准确变换3个关键环节。在月表地形环境可视化方面，已有仿真系统采用数字高程模型（Digital Elevation Model, DEM）可视化月表地形，并附加粗糙度和地貌影像等纹理信息，但受限于DEM（5 m 与 20 m）与巡视器尺寸（1.5 m）的差异。

月表光照环境仿真是判断巡视器能否接收充足太阳能的有效手段。通过选取恰当太阳高度角和方位角，对月表DEM进行晕渲可以模拟月表不同纬度的光照环境，具有场景渲染效率高的优势。基于DEM的月表晕渲可视化地图可以生成符合人类视觉认知的月表场景纹理图，特别在太阳高度角低的月球极区。

巡视器位置与姿态准确变换需要准确计算巡视器在预规划路线上的位置与姿态变化。已有研究基于Gazebo平台的成熟组件，在巡视器模型上添加加速度计、陀螺仪和轮速里程计以估计车体位姿变化。有研究基于车体运动学模型描述车体与车轮的运动学关系，利用车体摇臂旋转角度、车体位置和速度推算车轮位置与速度。

综上，面向行驶路线安全性评估的月球巡视器探测三维仿真存在3个关键问题：①受限于月球南极极端复杂的低分辨率地形数据，场景可视化的精细程度与渲染效率待提升；②月表动态光照场景更新受到地形分辨率和渲染速度限制；③需要在遥感数据支持下准确实现与月表复杂地形实时对应的巡视器位姿更新。为了解决以上问题，本文基于三维计算机图像仿真软件系统（Visualization Toolkit，VTK)，提出了一种月球巡视器探测第一人称三维仿真方法，实现月表复杂地形与动态光照场景渲染与更新，支持清晰地显示月球表面三维空间环境；实现巡视器探测过程第一人称仿真，以直观评估巡视器行驶路线的安全性，为自主规划的巡视探测路径提供三维仿真验证保障。