[發(fā)明專利]一種大氣程輻射傳輸計算與實時渲染方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811526742.2
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109783862B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設計）人: 吳鑫;丁國鵬;劉凱飛;程強;謝建
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 西安嘉思特知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 張捷

本發(fā)明涉及一種大氣程輻射傳輸計算與實時渲染方法，該方法包括：建立大氣程輻射傳輸計算物理模型；確定大氣程輻射傳輸數(shù)據(jù)與紋理坐標之間的映射關(guān)系；根據(jù)所述大氣程輻射傳輸計算物理模型得到預計算大氣程輻射傳輸數(shù)據(jù)；根據(jù)所述大氣程輻射傳輸數(shù)據(jù)與紋理坐標之間的映射關(guān)系對所述預計算大氣程輻射傳輸數(shù)據(jù)進行渲染。本發(fā)明實施例提供了一種考慮大氣米氏散射、瑞利散射、大氣分子吸收作用的大氣程輻射傳輸計算模型，計算大氣紅外輻射并對紅外波段下大氣程輻射進行渲染，克服了現(xiàn)有模型均不滿足紅外波段下的大氣程輻射傳輸計算和渲染的缺陷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于大氣物理及計算機圖形學領(lǐng)域，具體涉及一種大氣程輻射傳輸計算與實時渲染方法。

背景技術(shù)

在數(shù)字地球技術(shù)中，大氣輻射傳輸對數(shù)字地球場景的影響非常重要。大氣散射以及大氣吸收對太陽輻射和地表輻射的作用不可忽視。

目前，在可見光波段的大氣散射渲染方法已有數(shù)種：T.Nishita等人在1993年和1996年先后提出了Nishita93模型。其中Nishita93模型僅考慮了單次散射，Nishita96模型實現(xiàn)兩次散射，僅支持在大氣層內(nèi)部觀測。所以不適用于太空視角下的大氣效果渲染。

O'Neal等人提出了可以實現(xiàn)任意視點下的渲染方法(“Accurate atmosphericscattering.”in GPU(Graphics Processing Unit，圖形處理器)Gems 2.Addison Wesley,2005,pp.253–268.)，由于大氣計算是在渲染過程中進行的，所以隨著場景復雜程度以及計算精度的提高，很難滿足實時渲染的需求。

法國的E.Bruneton等人和美國的O.Elek等人分別先后提出了支持任意視點、多次散射、渲染時間復雜度為O(1)的渲染方法為Bruneton模型。Bruneton模型在預計算復雜度、紋理空間復雜度、計算精度、渲染時間方面達到了相同級別。

以上所述是可見光波段的大氣散射渲染方法，其中，H₂O、CO₂、和O₃等成分對光譜的吸收作用可忽略不計，而瑞利散射和米氏散射是可見光傳輸特性的主要因素。上述各模型均不滿足紅外波段下的大氣程輻射傳輸計算和實時渲染。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種大氣程輻射傳輸計算與實時渲染方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

本發(fā)明實施例提供了一種大氣程輻射傳輸計算與實時渲染方法，包括：

建立大氣程輻射傳輸計算物理模型；

確定大氣程輻射傳輸數(shù)據(jù)與紋理坐標之間的映射關(guān)系；

根據(jù)所述大氣程輻射傳輸計算物理模型得到預計算大氣程輻射傳輸數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述大氣程輻射傳輸數(shù)據(jù)與紋理坐標之間的映射關(guān)系對所述預計算大氣程輻射傳輸數(shù)據(jù)進行渲染。

在本發(fā)明的一個實施例中，建立大氣程輻射傳輸計算物理模型，包括：

根據(jù)太陽輻射、地表對環(huán)境輻射的反射、大氣自輻射、大氣對太陽輻射散射、大氣對地表輻射散射建立所述大氣程輻射傳輸計算物理模型。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述大氣程輻射傳輸計算物理模型為：

其中，L_λ(x,v,s)表示所述大氣程輻射傳輸計算物理模型的輸出；

L_sun,λ(x,v,s)表示太陽輻射；

T_λ(x,x₀)I[L_λ](x₀,s)表示地表對環(huán)境輻射的反射；