[發明專利]一種用于機載合成視景的三維地形渲染方法

有效

• 申請號: 201611142392.0
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106856008B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 馬兵兵;張錦賡;黃程
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司洛陽電光設備研究所
• 主分類號: G06T15/00
• 分類號: G06T15/00;G06T17/05
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發明提出一種用于機載合成視景的三維地形渲染方法，其目的在于提高合成視景在資源受限的嵌入式平臺運行的渲染效率，提高合成實景系統實時性，同時滿足適航規章及咨詢通告對合成視景系統在精度和安全性方面的要求。通常機載嵌入式平臺計算資源有限，圖形處理能力比一般的消費電子弱，因此如何滿足在資源受限的嵌入式平臺，運行實時性要求較高的合成視景系統是比較困難的。采用本方法，減少了合成視景渲染過程中計算需求，提高了地形渲染的效率，優化了計算流程，而且能夠保證地形渲染的精度。經過試驗平臺驗證，本方法可以有效的提高三維渲染效率。

技術領域

本發明屬于機載合成視景技術，涉及一種用于機載合成視景的三維地形渲染方法。

背景技術

飛機駕駛員視覺受限是目前世界范圍內嚴重飛行事故的主要因素之一。為了解決這個問題，各國的研究機構投入了大量的人力和物力用于開發新的飛機座艙顯示技術。合成視景系統就是在這個背景下應運而生的。合成視景是一種利用地形數據、障礙物數據、機場跑道數據生成三維虛擬視景，并將該虛擬視景與飛行儀表信息、指引信息、告警信息融合在一起的系統，是滿足新一代大型民機在提升低能見度起飛和降落能力方面需求的新型組合顯示系統(SVS,EVS,HUD)的關鍵組成部分之一。

目前國外供應商提供的比較先進合成視景系統有柯林斯提供的Pro Line系列，以及霍尼韋爾提供的Smart View系列產品，上述產品均在若干不同機型上得到了適航取證，其中，三維地形渲染技術是其中的關鍵技術，但相關技術仍對國內保密。國內尚沒有相關機載產品，一方面是因為機載計算平臺資源受限，另一方面是因為大規模的地形處理，計算量巨大，通常的計算方法難以保證實時性。

發明內容

為解決現有技術存在的問題，本發明提出一種用于機載合成視景的三維地形渲染方法，通過改變控制合成視景中視角的方法，來簡化三維地形渲染的復雜度，從而大幅度提高三維地形的渲染效率。原理如圖1所示，即將地形渲染劃分為視角矩陣計算6和三維坐標轉換5兩部分，盡量將數據處理分配到視角矩陣，從而降低三維坐標轉換的計算量。

本發明的技術方案為：

所述一種用于機載合成視景的三維地形渲染方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：選擇地面某點O＝(μ₀ l₀ h₀)^T作為三維參考坐標系的原點，其中μ表示緯度，l表示經度，h表示高度，三維參考坐標系的方向定義與地心直角坐標系的定義一致；將采用經緯高表示的三維參考坐標系的原點，以及地形數據庫中的數據點轉換在地心直角坐標系下；其中三維參考坐標系的原點在地心直角坐標系下坐標為(x₁ y₁ z₁)，地形數據庫中某點在地心直角坐標系下坐標為(x₂ y₂ z₂)，則地形數據庫中該點在三維參考坐標系下坐標為(x₃,y₃,z₃)：

步驟2：根據公式

view_matrix＝ned_to_plane*ecef_to_ned

計算合成視景視角轉換矩陣view_matrix；其中ned_to_plane為載機水平坐標系到機體坐標系的轉換矩陣；ecef_to_ned為地心直角坐標系到載機水平坐標系的轉換矩陣；

步驟3：根據步驟1，將飛機實時的經緯高坐標轉換為三維參考坐標系下的坐標plane_xyz，得到地形數據庫中的數據點在以飛機實時位置為原點的三維地形渲染坐標系下的坐標，其中三維地形渲染坐標系方向與三維參考坐標系方向一致；對于地形數據庫中在三維參考坐標系下坐標為(x₃,y₃,z₃)的某點，在三維地形渲染坐標系中坐標為