[发明专利]一种三维场景中动目标轨迹的显示方法

说明书

本发明提供了一种三维场景中动目标轨迹的显示方法。该方法通过对动目标产生轨迹点经纬度数据，采用基于帧插值的离散数据平滑和空间坐标向量转换方法，形成位置连续稳定、姿态变换柔和的曲线轨迹；采用实时计算扩展比例计算方法，使目标轨迹在与观察者处于不同距离时均显示相同的像素宽度，同时采用正反颜色值对比的方法，通过在航向、俯仰、横滚等自由度变化时对正反面取不同的颜色值，逼真地实现了飘带状轨迹的柔和效果。本发明解决了在三维场景中，对动目标轨迹的三维曲线在不同观察距离的消隐现象，实现了对动目标产生的轨迹点连续、稳定、平滑的飘带状轨迹显示效果。

技术领域

本发明属于计算机三维态势显示技术领域，尤其涉及一种三维场景中动目标轨迹的显示方法。

背景技术

在各种仿真与应用信息系统中，通过实时访问遥感/侦察影像、数字高程模型、矢量地形图等地理空间数据，在空间范围进行剪裁，融合成所属区域的栅格图像数据，构建具备真实感的三维场景；通过雷达、电子侦察等传感器的探测、处理，将空中飞行的飞机，海面上航行的舰船，陆地上运动的车辆等动目标，在三维场景中进行显示；对动目标采集的各离散点位置连续显示是表现目标物体运动过程的重要手段之一。

通常情况下，在三维场景中，动目标轨迹的显示是将动目标运动中各点的经纬度位置转换为世界坐标位置，然后直接调用底层平台提供的接口显示形成固定像素宽度的线，或者是通过一定的计算和优化加工，形成特有的数据格式再加以显示。但是，这种集中方法在实际应用过程中，存在着不可避免的可视化效果问题，表现在三维透视投影模式下，当观察者与观察目标的距离发生变化时，目标轨迹显示生硬，主要表现在像素宽度变化不平稳，易产生突变效果，位置与姿态变化时会产生重叠扭曲，特别是当目标轨迹中的点比较离散，目标姿态运动变化剧烈时，其轨迹显示会产生异常的扭曲效果。

有些三维应用软件在动目标显示的具体实现中，采用了一些特殊的方法来解决该问题，例如先进行简单的数据插值，然后在内存中对每个点进行扩展，再将计算出的点进行三角化，最后显示出动目标的轨迹。该方法存在的问题主要表现在曲线轨迹的像素宽度不易控制，由于三维透视投影空间的特性，需要根据像素宽度值对空间坐标系下的位置进行转换，否则当目标与观察者的距离较远时会使目标不可见，而为保持像素宽度的一致性，需要在运行过程中实时计算扩展点的位置并重建顶点结构，因此要占用大量的CPU资源。该类方法仅从有限的角度来避免问题，其计算出的动目标轨迹的像素宽度在不同显示比例尺进行切换的情况下会产生尺寸的跳变，动目标轨迹曲线图形在姿态变换剧烈时极易产生扭曲现象，同时，该方法需占用大量的CPU进行实时计算，画面容易出现停顿现象，表现效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维场景中动目标空间轨迹的显示方法，该方法可以在三维场景中，通过采用基于帧的数据插值方法、空间坐标向量转换方法、基于GPU的像素宽度计算以及颜色对比方法，使得动目标轨迹在不同比例尺场景下均具有较好的表现效果。

本发明公开了一种三维场景中动目标轨迹的显示方法，包括如下步骤：

步骤1、采集动目标的航迹数据，获得航迹点；

步骤2、建立数据结构，得到左扩展点位置坐标和右扩展点位置坐标；

步骤3、计算比例系数Scale，将比例系数Scale输入到GPU中，GPU根据比例系数Scale对变换后的左扩展点位置坐标和右扩展点位置坐标进行二次转换，得到最终输出的位置坐标；

步骤4、在GPU中根据姿态变化的程度以及当前渲染顺序，基于基础颜色Cr_ref计算不同的像素颜色值Cr，并最终输出到计算机屏幕。计算不同的像素颜色值Cr，并最终输出到计算机屏幕。

其中，步骤1中采用平滑方法对航迹数据进行规范性检查：统计三维场景中各航迹点位置之间的距离系数Dis和航向角系数Dir，对距离系数Dis大于10公里的点进行大圆弧插值；对航向角系数Dir大于180度的点进行补点扩充，获得航迹点。