[發明專利]海面艦船尾跡實時動態紅外仿真方法

在審

• 申請號: 201710576880.0
• 申請日: 2017-07-14
• 公開（公告）號: CN107545096A
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 黃曦;吳鑫;夏仁杰;柴華;張建奇
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/00
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙)61230
• 代理人: 劉長春

技術領域

本發明屬于目標識別和仿真技術領域，具體涉及一種海面艦船尾跡實時動態紅外仿真方法。

背景技術

研究海面艦船尾跡實時動態紅外仿真是研究海面目標和海洋背景下紅外對抗的重要方式。海洋場景紅外仿真系統研制的關鍵總結有三點：第一點是建立準確地海面紅外輻射模型，紅外探測器所接收到的紅外輻射，不僅包括海面其紅外自身輻射，而且還包括對太陽輻射、環境輻射的反射及大氣效應，同時對不同的紅外探測還要考慮探測器效應；第二點是建立符合物理規律的高真實感海面，全隨機的海平面不僅需要數據量豐富的波浪模型，還需要計算機的巨大地實時計算量，給實時仿真帶來了一定的困難，以低數據量的波浪模型疊加出大規模海面又會顯得海面過于虛假，所以選擇合適的波浪模型來生成海面高度場仿真海面十分關鍵；第三點是海面目標的紅外模型與特性研究，海浪始終和海面目標物體進行相互作用，例如艦船與海面的相互作用形成了復雜的尾跡，需要結合流體與紅外特性適當簡化模型，才能在計算機中實時的仿真出來。因此，海面艦船尾跡實時動態紅外仿真的實現需要考慮復雜的自身和環境的輻射、波浪模型計算復雜、海面目標與海面相互作用復雜。

因此，研制出一種準確、高度真實的海面艦船尾跡實時動態紅外仿真方法是亟待克服的技術難題。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種海面艦船尾跡實時動態紅外仿真方法。

本發明的一個實施例提供了一種海面艦船尾跡實時動態紅外仿真方法，包括如下步驟：

(a)采用LOD方法和FFT方法生成動態海面幾何模型；

(b)生成艦船開爾文尾跡幾何模型；

(c)基于Cox-Munk模型生成海面太陽反射模型；

(d)生成艦船紅外熱尾跡幾何模型；

(e)在所述動態海面幾何模型上依次疊加所述開爾文尾跡幾何模型、所述太陽反射模型、所述艦船紅外熱尾跡幾何模型。

在本發明的一個實施例中，步驟(a)包括：

(a1)采用所述LOD方法，生成海面的平面網格；

(a2)采用所述FFT方法，根據所述平面網格建立海面高度場；

(a3)對所述海面高度場進行海水渲染以生成所述動態海面幾何模型。

在本發明的一個實施例中，步驟(b)包括如下步驟：

(b1)根據艦船Wigley模型生成所述開爾文尾跡幾何模型函數；

(b2)根據所述艦船的長度受到水的粘滯作用修正所述開爾文尾跡幾何模型函數。

在本發明的一個實施例中，步驟(d)包括如下步驟：

(d1)對所述動態海面幾何模型上的目標艦船進行判斷，當所述目標艦船運動時，開啟粒子系統；

(d2)以所述目標艦船的尾部建立笛卡爾坐標系，在原點處產生定義為液體狀態的粒子，設置所述粒子的幾何參數與溫度參數以實現所述艦船紅外熱尾跡幾何模型的生成。

在本發明的一個實施例中，所述幾何參數滿足單位體積內的所述粒子密度為1。

在本發明的一個實施例中，所述溫度參數滿足所述粒子溫度從艦船尾部的發射點到20倍艦船長度區間內服從高斯隨機分布，所述高斯隨機分布的溫度均值為所述海面表層溫度減去0.2℃，其溫度方差為0.03℃。

在本發明的一個實施例中，所述粒子系統包括：粒子發射器、效應器以及圖像渲染器。

在本發明的一個實施例中，所述艦船紅外熱尾跡模型長L和寬W滿足：

在本發明的一個實施例中，步驟(e)包括：

(e1)將所述海面幾何模型和所述開爾文幾何模型進行疊加得到第一幾何模型；

(e2)將所述第一幾何模型傳入GPU頂點著色器得到第二幾何模型；

(e3)將所述第二幾何模型、相機與光源信息傳入GPU的片段著色器，根據所述太陽反射模型計算反射和輻射能量，將所述反射和輻射能量與海面熱輻射能量疊加，得到海面紅外輻射亮度模型；

(e4)將所述海面紅外輻射亮度模型與所述艦船紅外熱尾跡幾何模型進行疊加，以獲得所述海面艦船尾跡實時動態紅外仿真結果。

在本發明的一個實施例中，步驟(e2)包括：將所述第一幾何模型的所有幾何頂點傳入GPU的頂點著色器中進行坐標變換、圖元裝配、光柵化和插值處理得到第二幾何模型。

與現有技術相比，本發明有益效果為：

1、本發明將熱尾跡、開爾文尾跡、太陽反射相結合，首次在三維紅外場景中實現了動態的熱尾跡定量仿真；