[發(fā)明專利]一種月表虛擬場(chǎng)景構(gòu)建方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410675795.6
• 申請(qǐng)日: 2014-11-21
• 公開（公告）號(hào): CN104463956A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉建軍;高興燁;任鑫;牟伶俐;李春來(lái)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)
• 主分類號(hào): G06T17/00
• 分類號(hào): G06T17/00;G06T15/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在三維顯示環(huán)境下真實(shí)、快速模擬月球表面場(chǎng)景的方法及裝置。

背景技術(shù)

利用月球車在復(fù)雜月球表面開展巡視探測(cè)，實(shí)現(xiàn)38萬(wàn)公里之外的月球車與地面上月球科學(xué)家、工程技術(shù)人員之間的信息交互，安全、準(zhǔn)確地完成嫦娥三號(hào)月面巡視探測(cè)任務(wù)，必須建立月表場(chǎng)景虛擬現(xiàn)實(shí)人機(jī)交互系統(tǒng)，構(gòu)建一個(gè)真實(shí)感強(qiáng)、沉浸感好、實(shí)時(shí)性高，集月表地形地貌、星空環(huán)境、時(shí)間信息為一體的三維可視化平臺(tái)，輔助月球科學(xué)家全面了解月球車周圍的探測(cè)環(huán)境。

但由于月球表面工作環(huán)境具有無(wú)法完全預(yù)知、不確定因素多、高度依賴視覺圖像、任務(wù)時(shí)間緊等特點(diǎn)，再現(xiàn)月球車位置、月表地形地貌、太陽(yáng)光照及星空環(huán)境，建立一個(gè)具有身臨其境的、可進(jìn)行交互操作的月表虛擬場(chǎng)景，快速獲取月面探測(cè)的環(huán)境信息，一直是月面遙科學(xué)探測(cè)研究的一個(gè)難點(diǎn)問題。

目前的月面環(huán)境模擬，通常采用實(shí)物模擬的方式，在地面構(gòu)建真空系統(tǒng)、熱循環(huán)系統(tǒng)、月塵模擬系統(tǒng)、輻射環(huán)境模擬系統(tǒng)等，具備月表高低溫循環(huán)、月塵、真空紫外、電子輻射等多個(gè)環(huán)境因素模擬能力。這些月球環(huán)境模擬系統(tǒng)大多服務(wù)于月球探測(cè)器的地面試驗(yàn)，由于采用實(shí)物模擬方式，普遍存在投資大，靈活性差，無(wú)法適應(yīng)月球復(fù)雜多變的場(chǎng)景變化，也難以滿足月球車月面巡視探測(cè)過(guò)程真實(shí)月表場(chǎng)景的模擬。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種月表虛擬場(chǎng)景構(gòu)建方法及裝置，基于嫦娥三號(hào)全景相機(jī)雙目立體圖像數(shù)據(jù)、星表數(shù)據(jù)庫(kù)和降落相機(jī)圖像數(shù)據(jù)，結(jié)合圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理、圖像渲染和三維立體顯示技術(shù)，創(chuàng)建交互的月表三維虛擬場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)快速、靈活地月面場(chǎng)景高精度模擬。

月表虛擬場(chǎng)景在投影顯示系統(tǒng)的支持下，結(jié)合星空數(shù)據(jù)及時(shí)空信息，實(shí)現(xiàn)月球、地球、太陽(yáng)及虛擬星空的實(shí)時(shí)顯示；將全景相機(jī)左右兩臺(tái)相機(jī)月面360°環(huán)拍的鑲嵌影像，通過(guò)柱幕投影系統(tǒng)進(jìn)行水平立體顯示，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)立體量測(cè)功能，獲取月面科學(xué)探測(cè)點(diǎn)的位置和方位信息；同時(shí)利用降落過(guò)程中獲取的降落相機(jī)圖像，通過(guò)地幕投影系統(tǒng)進(jìn)行垂直投影顯示，模擬月面科學(xué)探測(cè)過(guò)程。本發(fā)明可以方便地實(shí)時(shí)了解月球車周圍地形地貌環(huán)境，大大增強(qiáng)月表虛擬場(chǎng)景的真實(shí)度，使月球科學(xué)家能更真實(shí)的掌握月球車的探測(cè)位置和探測(cè)過(guò)程。

根據(jù)本發(fā)明一方面，其提供了一種月球表面虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建方法，其包括：

步驟1、利用嫦娥三號(hào)全景左右相機(jī)在月球表面的探測(cè)點(diǎn)水平環(huán)拍和不同俯仰角獲取多對(duì)影像，并利用所獲取的多對(duì)影像進(jìn)行全景鑲嵌，得到月球表面的全景圖像；

步驟2、構(gòu)建月表虛擬場(chǎng)景模型，包括根據(jù)星空數(shù)據(jù)構(gòu)建隨時(shí)間實(shí)時(shí)更新的月表星空模型；根據(jù)嫦娥三號(hào)全景圖像確定全景圖像映射到球面的緯度坐標(biāo)和經(jīng)度坐標(biāo)，并將全景圖像建立成金字塔結(jié)構(gòu)，以構(gòu)建月表地形地貌模型；

步驟3、將構(gòu)建的月表星空模型和月表地形地貌模型重投影到視平面；

步驟4、將重投影到視平面的月表星空模型和月表地形地貌模型進(jìn)行三維實(shí)時(shí)渲染而產(chǎn)生視頻信號(hào)，并將視頻信號(hào)在柱幕投影屏幕上進(jìn)行水平立體顯示；

步驟5、通過(guò)圖形工作站，對(duì)嫦娥三號(hào)降落相機(jī)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理得到視頻信號(hào)，并將得到的視頻信號(hào)傳輸進(jìn)投影顯示系統(tǒng)，在地幕投影屏幕上進(jìn)行垂直投影顯示。

根據(jù)本發(fā)明另一方面，其提供了一種月球表面虛擬場(chǎng)景的構(gòu)建裝置，其包括：

全景圖像獲取模塊，利用嫦娥三號(hào)全景左右相機(jī)在月球表面的探測(cè)點(diǎn)水平環(huán)拍和不同俯仰角獲取多對(duì)影像，并利用所獲取的多對(duì)影像進(jìn)行全景鑲嵌，得到月球表面的全景圖像；

月表虛擬場(chǎng)景模型構(gòu)建模塊，構(gòu)建月表虛擬場(chǎng)景模型，包括根據(jù)星空數(shù)據(jù)構(gòu)建隨時(shí)間實(shí)時(shí)更新的月表星空模型；根據(jù)嫦娥三號(hào)全景圖像確定全景圖像映射到球面的緯度坐標(biāo)和經(jīng)度坐標(biāo)，并將全景圖像建立成金字塔結(jié)構(gòu)，以構(gòu)建月表地形地貌模型；

投影模塊，將構(gòu)建的月表星空模型和月表地形地貌模型重投影到視平面；

三維實(shí)時(shí)渲染模塊，將重投影到視平面的月表星空模型和月表地形地貌模型進(jìn)行三維實(shí)時(shí)渲染而產(chǎn)生視頻信號(hào)，并將視頻信號(hào)在柱幕投影屏幕上進(jìn)行水平立體顯示；

月表虛擬場(chǎng)景構(gòu)建模塊，通過(guò)圖形工作站，對(duì)嫦娥三號(hào)降落相機(jī)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理得到視頻信號(hào)，并將得到的視頻信號(hào)傳輸進(jìn)投影顯示系統(tǒng)，在地幕投影屏幕上進(jìn)行垂直投影顯示。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：