[發(fā)明專利]一種三維場景中隨機運動目標的跟蹤控制方法及裝置

在審

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• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN109272527A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發(fā)明（設計）人: 尹全軍;焦鵬;彭勇;秦龍;鞠儒生;楊妹
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06T7/20
• 分類號: G06T7/20
• 代理公司: 長沙軒榮專利代理有限公司 43235
• 代理人: 王丹

本發(fā)明公開了一種三維場景中隨機運動目標的跟蹤控制方法，該方法包括建立坐標系，初始化視場、視點的位置及視線方向；根據不同時刻的目標位置Target(t)信息，計算視點視線方向與X軸的夾角及視點與觀察目標在X?Y平面上的距離Distance(t)，并判斷觀察目標是否在遠離視點，以此確定不同時刻的視點坐標；同時根據障礙物高度調整視點的Z軸坐標Pz(t)。本發(fā)明使得視點能夠自動隨目標運動而運動，并確保目標始終在三維場景的視場中以及運行目標進行復雜運動時視點視向始終朝向目標，不會出現視向突變、畫面跳動。此外，該方法還能根據地形、地物的起伏自動調整視點的高低，避免視線被地形、地物遮蔽。

技術領域

本發(fā)明涉及三維顯示領域，特別涉及一種三維場景中隨機運動目標的跟蹤控制方法及裝置。

背景技術

在三維場景顯示中，如航天仿真三維場景、大型游戲三維場景、大型建筑虛擬三維場景等，由于顯示器的視場有限，為了能實時顯示場景中的運行目標，需要對顯示畫面中心(也稱為視點)和畫面的方向(也稱為視向)進行控制，使得視點和運動目標的位置、視向和目標的運動方向保持恰當的關系，才能確保運動目標始終在顯示畫面中。復雜三維場景中運動目標的視點跟蹤控制是一個復雜的問題。首先，運動目標的運動方向沒有預設的值，具有不確定性、非線性以及不可預測性，同時目標的運動速度也是根據場景的不同實時變化。其次，三維場景地形復雜，同時場景包含的對象多，對象的幾何形狀復雜，對象間的空間位置關系復雜，容易在視點和運動目標之間形成障礙，遮擋住目標。例如，在航天飛行三維視景仿真中，如果視點控制得不好，飛行器目標會被行星、隕石等對象會遮擋。最后，運動目標的視點跟蹤控制方法跟隨功能要求的情況下，還必須有高效的運行效率，滿足三維場景實時顯示的要求。

現有的三維場景運動目標的視點跟蹤控制方法主要可以分為四種：1三維場景范圍有限，視點幾乎保持不變，無需用戶控制；2視點由用戶通過鼠標和鍵盤控制；3通用預設一組漫游視點實現視點在三維場景自動漫游；4視點跟隨目標的第一人稱視角。在這些方法中，第一種方法滿足不了大范圍三維場景中運動目標的跟蹤要求。第二種方法需要用戶的參與，無法滿足自動跟蹤的要求。第三中方法視點的運動路徑是固定的，無法滿足目標跟蹤的需求。第四種方面是以運動目標本身的位置為視點，無法將目標顯示在畫面中，無法滿足顯示運動目標的需求。即現有的方法均不能解決針對大范圍、復雜三維場景中隨機運動目標的跟蹤控制問題。而這些問題是三維場景中運動目標的視點自動跟蹤控制的關鍵問題，也是三維場景顯示中亟待解決的實際問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了一種三維場景中隨機運動目標的跟蹤控制方法及裝置，能夠根據運動目標的位置、運動方法以及地形自動計算三維場景中的視點(Px,Py,Pz)，使得視點能夠自動隨目標運動而運動，并確保目標始終在三維場景的視場中以及運行目標進行復雜運動時視點視向始終朝向目標，不會出現視向突變、畫面跳動。此外，該方法還能根據地形、地物的起伏自動調整視點的高低，避免視線被地形、地物遮蔽。

本發(fā)明采用以下技術方案：

一種三維場景中隨機運動目標的跟蹤控制方法，所述方法具體包括如下步驟：

步驟1，建立坐標系，在系統0時刻，初始化視場、視點的位置及視線方向；

步驟2，令時間步長為τ，根據不同時刻t＝kτ,k＝1,2,…的目標位置Target(t)信息，計算t時刻視點視線方向與X軸的夾角

步驟3，計算t時刻視點與觀察目標在X-Y平面上的距離Distance(t)，通過Distance(t)值判斷觀察目標是否在遠離視點，以此確定t時刻視點的X軸坐標Px(t)、Y軸坐標Py(t)、Z軸坐標Pz(t)；

步驟4，若判斷從(Px(t),Py(t))點沿方向到(Tx(t),Ty(t))點之間的直線L上是否存在障礙物，所述根據障礙物高度調整視點的Z軸坐標Pz(t)。