[发明专利]一种基于OSG三维引擎的空间相机三维成像仿真方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种空间相机三维成像仿真方法，特别是一种基于OSG三维引擎的空间相机三维成像仿真方法，属于三维可视化技术领域。

背景技术

利用OpenSceneGraph(OSG)三维引擎的仿真技术根据实时或仿真数据生成的动态场景图像具有无比的直观性和生动性，己经成为航天任务中数据分析与演示的重要手段。随着硬件技术的不断发展，可视化技术也从单纯的数据表现手段向更生动的表现形式、更丰富的表现内容和更逼真的表现效果发展。为了使成像更贴近物理相机的效果，开展基于OpenSceneGraph(OSG)三维引擎的空间相机三维成像仿真方法的研究具有十分重要的意义。

目前，在航空大场景的环境下，OpenSceneGraph(OSG)三维引擎下三维虚拟相机成像技术中普遍采用固定相机视场参数、固定相机位置、固定窗口显示区域的技术方法。这就会导致虚拟相机和物理相机视场显示内容同步性差的问题。航天器在高轨/深空运行状态下虚拟相机视口三维场景深度值受限于硬件图形适配器存储精度，因此虚拟成像视口场景有抖动现象。

现有的方法采用拉大视点距离近剪切平面的位置来提高需要观察的精细物体的存储精度，这种方法的缺点是当视角姿态发生微小变化的时候，由于视场长度比较长，场景内的物体会出现显示不完整或者深空背景突然消失的情况，虽然保证了微小物体的显示精度，但是会丢失场景中深度较高的模型细节。

发明内容：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提出一种基于 OpenSceneGraph(OSG)三维引擎的空间相机成像仿真方法，首先在三维场景中通过指定一个虚拟相机视点位置、视角中心、相机角度、视口角度、近切面、远切面定义一个虚拟相机；然后实时计算虚拟相机在空间的位置和姿态，变换虚拟相机的视口，渲染输出相机的显示内容；最后针对大场景下精细物体的显示，使用渲染到纹理(RTT)技术，关联两个虚拟相机的相应剪切平面，从而消除场景抖动。与传统三维空间相机的成像显示方法相比，本发明中的方法明显提高了空间相机定制参数的灵活性，解决了空间虚拟相机和实际空间物理相机视口内容显示同步和虚拟成像视口场景抖动的问题，显示效果接近物理相机的真实效果，且视口场景内容稳定精确。

本发明所采用的技术方案是：一种基于OSG三维引擎的空间相机成像仿真方法，步骤如下：

(1)根据空间相机参数在三维场景中定义两个三维虚拟相机，所述相机参数包括相机视点位置、视角中心、相机角度、视口角度、中间深度平面和最远深度平面；所述两个三维虚拟相机分别为第一虚拟相机和第二虚拟相机，第一虚拟相机和第二虚拟相机的相机视点位置、视角中心、相机角度和视口角度均与空间相机的相机视点位置、视角中心、相机角度和视口角度相同，第一虚拟相机的近剪切平面和远剪切平面分别与空间相机的中间深度平面和最远深度平面相同，第二虚拟相机的远剪切平面为空间相机的中间深度平面相同，被观测物体位于第二虚拟相机的近剪切平面和远剪切平面之间；

(2)获取空间相机本体坐标系到J2000坐标系的变换矩阵，进一步获得空间相机在J2000坐标系下的位置和姿态；

(3)利用步骤(1)中第一虚拟相机进行成像，获取第一虚拟相机远剪切平 面的视口内容；

(4)在OSG中将步骤(3)中获取的第一虚拟相机远剪切平面视口内容渲染到第一虚拟相机的近剪切平面，即第二虚拟相机的远剪切平面上；

(5)将步骤(4)中渲染后的结果输出，即完成空间相机的成像仿真。

所述步骤(1)中第一虚拟相机的近剪切平面与空间相机视点位置的距离为被观测对象最小部件尺寸的200～500倍。

所述步骤(1)中第一虚拟相机的远剪切平面与空间相机视点位置的距离为第一虚拟相机的近剪切平面与空间相机视点位置的距离的5～10倍。

所述步骤(4)中在OSG中将步骤(3)中获取的第一虚拟相机远剪切平面视口内容渲染到第一虚拟相机的近剪切平面，采用的渲染方法为RTT。

本发明与现有技术相比的有益效果为：

(1)本发明中提出的三维成像仿真技术，定义了两个虚拟相机，虚拟相机的参数和物理相机的参数一一对应，比传统的方法视口内容更符合实际物理相机场景的视口内容，通过本发明中所述的关联两个虚拟相机的剪切平面可以实现在大深度的场景下稳定的显示微小的物体，避免了抖动的现象；