[发明专利]一种高超声速飞行器红外辐射特性快速渲染方法

权利要求书

1.一种高超声速飞行器红外辐射特性快速渲染方法，具体包括如下步骤，

步骤一、建立高超声速飞行器三维几何模型，进行典型工况下的物理场解算，获取飞行器表面的温度场数据；

步骤101、几何创建：给定高超声速飞行器关键外形参数，使用NURBS技术生成高超声速飞行器几何模型，转化为标准STL格式，称为稀疏网格；

步骤102、几何修复：将几何模型导入Fluent_mesh中划分面元并对面元几何质量进行检查和修复；

步骤103、生成高超飞行器CFD计算网格；

步骤104、进行典型工况下的物理场求解：选取Fluent作为CFD计算软件，定义边界和来流条件，给定基本求解参数，进行CFD计算，计算收敛后，得到全部的流场解算结果；

步骤105、温度场数据提取，得到稠密网格数据和温度场数据；

步骤二、对温度场数据进行异构插值，得到适用于渲染的稀疏化网格及温度数据映射；

步骤201、网格校准：将CFD计算用的稠密网格和目标稀疏网格对齐；

步骤202、参考点确定：使用FLANN算法查找最近邻点作为参考点；

步骤203、异构插值：采用单纯形重心插值方法实现结构、密度、空间关系不同的网格之间的数据映射，得到稀疏温度场数据；

步骤三、红外辐射特性计算:根据插值得到的稀疏网格温度场数据进行红外物理场解算，计算飞行器表面的红外辐射亮度；

步骤四、基于Unity3D对高超声速飞行器红外辐射特性进行渲染；

其特征在于：

步骤四具体步骤如下：

步骤401、数据读取：对于数据的提取分为两部分，即初始化阶段的网格数据读取以及渲染阶段的红外场数据读取；

步骤(1)，网格数据；

稀疏网格采用STL二进制格式，基于C#文件接口，实现对于STL二进制网格数据的读取、拆分、渲染，数据读取后存储于Unity集成的数据结构UnityEngine::Mesh；实现网格的生成与更新分为节点设置、连接设置、材质设置、法向量设置四步；

步骤(2)，红外场数据；

采用二进制格式作为红外场数据的存储格式，使用C#工具快速地将二进制数据读取到内存并进行拆分，数据读取后存储于自定义的一维浮点数数组；

步骤402、红外场数据均匀化处理：首先采用线性归一化方法将数据映射到0到1的区间上，之后对其均匀化处理；

步骤403、红外渲染映射：由上述均匀化处理后，获取了飞行器表面均匀的以灰度信息形式存储的红外特性信息，接下来采用红外映射的片段着色器方法，模拟红外辐射发散过程中的特性；

所述的红外渲染映射分为纹理映射、向外辐射与噪声叠加；

步骤(1)，纹理映射；

采用伪彩色方案，具体步骤为：

步骤1.1)，在步骤401读取网格之后建立GameObject对象，所述GameObject对象为飞行器，将步骤402处理后的红外场数据作为顶点的颜色数据，更新飞行器的meshFilter.mesh.colors；

步骤1.2)，自定义着色器Shader1对飞行器网格数据进行面片渲染，RenderType设定为Opaque，LOD设置为200，采用基本的surface着色器模式，FallBack设置为Diffuse；之后将Shader1绑定到飞行器对象的meshRenderer.material完成面片渲染；

步骤1.3)，自定义着色器Shader2对飞行器红外辐射亮度进行渲染；编写片段着色器函数frag1，利用tex2D函数根据灰度数据对色标纹理进行采样，得到对应的像素颜色值；将着色器Shader2绑定到摄像机Main camera上，实现飞行器红外辐射亮度的渲染；

步骤(2)，向外辐射；

具体实现方法为：

步骤2.1)，设定_MainTex为白色图片，利用tex2D函数进行纹理采样得到像素颜色c；unity中颜色描述类color被用在整个Unity中传递颜色，形式为(r，g，b，a)，每个颜色组件是一个0到1之间的浮点数，组件(r，g，b)在RGB颜色空间内定义一个颜色，r表示RGB颜色空间中的红色，g表示RGB颜色空间中的绿色，b表示RGB颜色空间中的蓝色，a表示透明性；

步骤2.2)，设定四维纹理坐标偏移量offsets[4]＝(-0.3，0.4；-0.3，-0.4；0.3，-0.4；0.3，0.4)，计算得到变量glow：

glow＝0.0113*(2.0-max(c.r，c.g))；

之后对像素颜色c按照四维偏移量offsets[4]进行四次偏移纹理采样，通过调整_BlurAmount参数对模糊程度进行控制：

c’＝c+tex2D(_MainTex，i.uv+_BlurAmount*glow*offsets[j])；

其中c’为处理后的像素颜色，c为像素颜色，tex2D为unity的纹理采样函数，i.uv为纹理坐标，_BlurAmount为模糊程度，glow为计算用变量，offsets[j]为给定的纹理坐标偏移量，j＝1，2，3，4；

步骤2.3)，将Shader2绑定到摄像机Main camera上，实现向外辐射的渲染效果；

步骤(3)，噪声叠加；

具体步骤为：

步骤3.1)，生成柏林噪声纹理图片；

步骤3.2)，读入噪声纹理图片，设定UV坐标偏移量(_Rnd.x，_Rnd.y)；

步骤3.3)，在Shader2中编写片段着色器函数frag3，利用tex2D函数根据偏移后的UV坐标对噪声纹理进行采样；

步骤3.4)，将Shader2绑定到摄像机Main camera上，直接对噪声效果进行渲染。