[发明专利]一种三维虚拟姿态指示器实现方法

权利要求书

1.一种三维虚拟姿态指示器实现方法，所述姿态指示器用于指示飞机姿态角信息，飞机的姿态角描述了机体轴系与地面轴系之间的夹角，包括俯仰角、偏航角和滚转角，其特征在于，所述三维虚拟姿态指示器实现方法包括：

步骤1、通过球体建模为姿态指示器构建空间三维模型；

步骤2、使用纹理映射技术为姿态球表面绘制相应的刻度信息；

步骤3、加入空间旋转效果直观显示飞行姿态角参数；

步骤4、应用Blinn-Phong光照渲染增强姿态球的空间立体感；

步骤5、绘制表盘及辅助控件。

2.根据权利要求1所述的三维虚拟姿态指示器实现方法，其特征在于，所述俯仰角为飞机纵轴与地平面基准的夹角，所述偏航角为飞机纵轴在地平面的投影与应飞航向的夹角，所述滚转角为飞机绕纵轴转动的角度。

3.根据权利要求1所述的三维虚拟姿态指示器实现方法，其特征在于，步骤1中姿态球基于OpenGL ES设计实现，OpenGL的建模坐标系为右手坐标系，即屏幕的右方向为x轴正方向，屏幕的上方向为y轴正方向，屏幕朝向观察者的方向为z轴正方向；在OpenGL的建模坐标系下进行姿态球的立体建模，姿态球的中心点在坐标系的原点位置，姿态球计算公式为：

x＝rcosαsinβ

y＝rsinα

z＝rcosαcosβ

其中，角α为x轴与y轴的夹角，x轴正方向逆时针向y轴的角度为正，x轴正方向顺时针向y轴的角度为负，α∈[-π/2,π/2]；角β为x轴与z轴夹角，z轴正方向逆时针向x轴的角度为正，β∈[0,2π]；r为姿态球在局部坐标系中的半径。

4.根据权利要求3所述的三维虚拟姿态指示器实现方法，其特征在于，球体建模采用三角形面片逼近法构造球体，即将球体表面细分成若干三角形，分别绘制三角形面片；其中，三角形面片的顶点坐标由姿态球计算公式得出。

5.根据权利要求1所述的三维虚拟姿态指示器实现方法，其特征在于，步骤2中在纹理映射中将纹理图细分成与球体建模中球体表面细分成的多个三角形面片一一对应的三角形。

6.根据权利要求1所述的三维虚拟姿态指示器实现方法，其特征在于，步骤3中通过OpenGL ES模型矩阵中的rotate()函数来分别设置姿态球绕x轴、y轴和z轴的相关旋转参数，即可实现姿态球在空间的旋转效果，用于初步实现姿态球显示飞行姿态角信息效果。

7.根据权利要求1所述的三维虚拟姿态指示器实现方法，其特征在于，步骤4中的Blinn-Phong光照模型仅考虑光源直接照射到物体表面所产生的明暗效果，其中，P为物体表面一点；L为单位光向量，表示物体表面一点指向光源位置的单位向量；N为单位法向量，表示物体表面一点P指向P点法线方向的单位向量；V为单位观察向量，表示物体表面一点指向视点位置的单位向量；R为单位反射向量，表示镜面反射方向的单位向量；H为单位半平面向量，表示为单位光向量和单位观察向量的平分向量，H＝(L+V)/(|L+V|)。

8.根据权利要求7所述的三维虚拟姿态指示器实现方法，其特征在于，Blinn-Phong局部光照模型的光强计算公式为：

I＝k_aI_a+k_dI_pmax(N·L,0)+k_sI_pmax(N·H,0)ⁿ

式中k_a、k_d、k_s分别为物体材质的环境反射率、漫反射率、镜面反射率；I_a为周围环境的入射光强；I_p为点光源发出的入射光强；N为单位法向量，L为单位光向量；H为单位半平面向量；n为物体材质的高光指数。