[发明专利]一种船体红外视景的快速生成方法

权利要求书

1.一种船体红外视景的快速生成方法，其特征在于，根据船体表面温度与气象条件的实测数据，建立了典型船体表面材质的温度场工程计算模型，基于可见光图像生成的纹理掩膜产生船体表面红外视景的真实感，建立数据库保存数字地形、材质区域纹理以及纹理掩膜；仿真系统运行时，调用数据库中地形和纹理数据，在GPU着色器中，基于温度场模型的计算结果计算船体的红外辐亮度，采用二重纹理映射实现地面的红外视景仿真。

2.根据权利要求1所述的船体红外视景的快速生成方法，其特征在于，所述的建立数据库，是根据舰船面元划分和温度场的计算结果，以太阳辐照度、大气辐照度、海洋辐照度、对流换热系数和面元温度为参数，建立数据样本集；每一个样本包含一个面元对应的太阳辐照度、大气辐照度、海洋辐照度、对流换热系数和温度数据；基于三维模型表面被划分为1741个网格，其中船身1602个，烟囱139个，对应于船身和烟囱的样本数分别为1602个和139个。

3.根据权利要求2所述的船体红外视景的快速生成方法，其特征在于，

将大气辐照度和海洋辐照度都作为漫射处理，计算舰船的辐出度，在建模时将大气辐照度和海洋辐照作为一个变量；公式A和公式B分别给出了船体与烟囱面元温度场的数值拟合模型：

上两式中，a，b，c，d，f为拟合系数，H_a与H_s分别为空气和烟气的对流换热系数，E_ss为天空和海洋的辐照度之和。

4.根据权利要求3所述的船体红外视景的快速生成方法，其特征在于，

基于真实红外探测器的工作波段，并将舰船表面作为漫射体，舰船表面最终到达探测器的辐亮度可由公式C计算：

上式中，为红外探测器接收的舰船总辐亮度，λ₁和λ₂分别为探测器工作波段的上下限，τ为大气透过率，为舰船表面材质在探测器工作波段的漫反射率；和分别为太阳、海洋和天空在探测器工作波段的辐照度。

5.根据权利要求4所述的船体红外视景的快速生成方法，其特征在于，

所述的仿真系统运行时，顶点着色器中进行纹理坐标和法线的提取，并计算面元法线与太阳辐射光线的夹角和对流系数；Intensity作为易变变量传递给片元着色器用于计算各面元的太阳直射辐射；计算Intensity的语句如下：

float intensity＝max(dot(LightPos,norm),0.0)；

其中，norm为面元的法线向量，太阳辐射的方向向量作为一致变量，由主程序传入顶点着色器；

在顶点着色器中，采用如下语句将太阳辐射的方向向量转换到视景坐标系中：

vec3 LightPos＝vec3(gl_ModelViewMatrix*LightPos)；

风速的方向向量也由主程序传入顶点着色器，并与面元的法向向量求点积，以点积的结果确定面元布置方式，进而计算对流系数；

片元着色器主要进行模型表面纹理灰度的渲染；

海面辐照度、天空辐照度、太阳辐照度和大气透过率作为一致变量，由主程序传入到片元着色器中，并在它们的回调函数中进行更新。

6.根据权利要求5所述的船体红外视景的快速生成方法，其特征在于，

片元着色器的渲染流程为：

(1)使用纹理采样器，根据顶点着色器中提取的纹理坐标进行纹理采样，语句如下：

vec4 sample1＝texture2D(Image,gl_TexCoord[0])；

(2)根据公式C计算舰船表面的辐亮度；

(3)根据系统中辐亮度与灰度的映射关系，渲染面元像素的灰度；语句为：

gl_FragColor＝tao*vec4(R,G,B,1.0)；

由于着色器中并直接不支持灰度着色，根据图像灰度与RGB色的映射关系公式D，将计算得到的灰度值同时赋予R、G、B三个颜色通道即可实现等效的灰度渲染：

Gray＝0.3×R+0.59×G+0.11×B 公式D，

上式中，Gray为灰度值。