[發明專利]基于紋理的紅外粗糙海面動態仿真方法

無效

• 申請號: 201310066848.X
• 申請日: 2013-03-03
• 公開（公告）號: CN103123670A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發明（設計）人: 黃曦;吳鑫;張儉;郭晨光;劉冬冬;張建奇
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種基于紋理的紅外粗糙海面動態仿真的方法，包括如下步驟：

(1)采用Torrance-Sparrow光照模型，并利用雙向反射率分布函數BRDF和經驗模型Wilson公式，建立海面的紅外輻射模型：

L＝τε(ω)L₁(T)+τ(ρ₁L₂+ρ₂L₃)+L₄，

其中，τ為海面到傳感器之間的大氣透過率，ε(ω)為海面發射率，ω為輻射方向與水面法線間的夾角，L₁為黑體輻射亮度，T為海水溫度，ρ₁為天空輻射在海面上的反射率，L₂和L₃分別為天空背景在海面上的輻射值和太陽輻射入射前在海面上的輻射值，ρ₂為太陽輻射在海面反射的雙向反射率，L₄為傳感器到海面的大氣路徑輻射值；

（2）設置大氣輻射傳輸計算軟件Atmosphere中輻射方向與水面法線間的夾角ω，ω的取值為0～90度，計算海面發射率ε(ω)，并將該計算結果存儲為海面發射率紋理E；

（3）設置大氣輻射傳輸計算軟件Atmosphere中微面元法線H與水平面法線N的夾角α，α的取值為0～90度，計算海面模型微面元分布概率P(α)，并將該結果存儲為微面元分布概率紋理P；

（4）設置大氣輻射傳輸計算軟件Atmosphere中的波長λ、氣象視距V和水平路程x，λ的取值為3～5μm，V的取值為0～10km，x的取值為0～10km，計算天空輻射的大氣透過率τ和大氣路徑輻射L₄,并將該結果存儲為大氣透過率紋理T和大氣路徑輻射紋理L；

（5）設置大氣輻射傳輸計算軟件Atmosphere中波長λ、天頂角μ，λ的取值為3～5μm、μ的取值為0～90度，計算太陽輻射L₃和天空背景輻射L₂，并將該結果存儲為太陽輻射紋理D和天空背景輻射紋理S；

（6）利用圖形編程語言Cg，將海面發射率紋理E、微面元分布概率紋理P、太陽直射輻射紋理D、天空背景輻射紋理S、大氣路徑輻射紋理L和大氣透過率紋理T寫入后綴為.material的材質腳本；

（7）通過可編程圖形處理單元GPU完成材質腳本的解析和編譯，并載入顯存中，形成可編程圖形處理單元GPU的執行代碼，利用執行代碼完成對紅外粗糙海面的實時仿真。

2.根據權利要求1所述的基于紋理的紅外粗糙海面動態仿真方法，其中步驟(2)所述的海面發射率ε(ω)，是通過Atmosphere軟件中的經驗模型Wilson方程計算，即

ε(ω)＝0.98[1-(1-cosω)⁵]

其中，ω為輻射方向與水面法線間的夾角。

3.根據權利要求1所述的基于紋理的紅外粗糙海面動態仿真方法，其中步驟(3)所述的計算海面模型微面元分布概率P(α)，是通過Atmosphere軟件中的Beckmann分布函數計算：

P(α)≈1m2cos4αe-tan2αm2]]>

其中，m為微面元法線方向的均方根值，取值m=0.09，α為微面元法線H與水平面法線N的夾角。

4.根據權利要求1所述的基于紋理的紅外粗糙海面動態仿真方法，其中步驟(4)所述的計算大氣透過率τ和大氣路徑輻射L₄，是通過Atmosphere軟件中的大氣透過率公式和大氣路徑輻射公式計算：

大氣透過率τ為：

τ(λ)=exp[-3.91V(λ0λ)qx]]]>

其中，λ為波長，V為氣象視距，λ₀取默認值0.61μm，q為學系數，默認值為1.3，x為探測器到海面的水平路程；

大氣路徑輻射為：

L4=L5ρ(ψ′)P(α)GcosΘ]]>

其中，衰減系數G＝min{1,2cosαcosΘ/cosψ′,2cosαcosψ/cosψ′}

反射系數ρ(ψ′)＝1-0.98[1-(1-cosψ′)⁵]

L₅是海面陽光反射前的輻射量,Θ是水面法線和傳感器之問夾角，ψ是海面法線與微面法線之間的夾角，ψ′為微面法線與入射太陽光線夾角，α為微面元法線H與水平面法線N的夾角。