一種用于飛行模擬器的氣象雷達仿真渲染方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氣象雷達的仿真渲染方法，具體是一種用于飛行模擬器的氣象雷達仿真渲染方法，屬于仿真技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術越來越多地應用于軍事領域，最新的技術裝備使用后對部隊產生了重大的影響，但是由于高新技術裝備復雜性帶來的訓練成本也飛速增長，導致投入太大。然而，虛擬現實仿真技術的發展為解決這一矛盾提供了技術基礎，直接利用飛行器進行演練以使飛行人員熟悉氣象雷達模塊功能，可能存在消耗成本過大、效率不高、安全系數低、易受自然條件干擾等實際問題，雷達被視為高技術戰爭下的“眼睛”通過對氣象雷達的成像和性能進行計算機仿真，提供實時逼真的訓練視景，對飛行人員快速熟悉裝備、熟練操作系統，提高真實環境下操作水平具有重大的意義。
[0003]現有的氣象雷達成像仿真技術，存在以下缺陷:
[0004]I)仿真算法多基于靜態的衛星云圖進行三維云復建，不具備飛行仿真的實時性和動態性。
[0005]2)氣象雷達的成像獨立與視景系統，造成云圖分布與模擬飛行過程中飛行員的真實體驗不一致，大大降低了飛行體驗。
[0006]3)由于現有算法的計算強度大，所以氣象雷達成像仿真過于依賴高性能的工業級計算機，大大提高了硬件成本。

【發明內容】

[0007]針對現有技術存在的問題，本發明提供一種用于飛行模擬器的氣象雷達仿真渲染方法，其是基于GLSL的氣象雷達仿真渲染方法，能夠在通用的計算機設備上高效、實時的仿真氣象雷達的成像過程和性能，提高飛行模擬器上氣象雷達的仿真效果，提升飛行員的飛行體驗。
[0008]本發明通過以下技術方案來實現上述目的:一種用于飛行模擬器的氣象雷達仿真渲染方法，該方法包括如下步驟:
[0009]I)在視景實時仿真的過程中，通過設定場景虛擬相機的視場角和up、center、eye三個姿態量，來模擬氣象雷達的掃描范圍和方向；
[0010]2)以所述場景虛擬相機為基礎，對場景的大氣環境部分進行采樣渲染，并且采樣的圖片通過Alpha通道的方式來定義云系的密度和形態分布規律，通過計算場景的深度值，從而可以得到云系距離雷達位置的距離；
[0011]3)將形成的圖片定義為二維紋理的形式，并作為輸出；
[0012]4)查詢氣象雷達的真實成像標準，對不同距離，不同雨量，不同形態的云系的成像色彩進行數據錄入，并在云系采集圖的基礎上，通過判斷圖像的Alpha值來定義云系的分布密度，顏色值越深，云層分布越密集，通過場景深度值來定義云層距離雷達的距離值，根據這些距離值，查表提前錄入的顏色數據表，提取對應的成像顏色值；
[0013]5)在顏色查表完成后，通過GLSL語言編寫的著色器，對采集到的圖片進行重新按顏色賦值，并通過多重采樣的方式，對顏色過度區域進行處理，同時通過腐蝕和添加噪聲的方法對圖片進行處理;并通過管線將圖片渲染到紋理。
[0014]6)利用opengl繪制幾何圖元，將GLSL渲染出的紋理與上述元素進行合成，最終將合成后的所有信息通過渲染管線加速渲染到顯示設備上。
[0015]進一步，將所述步驟6)中的加速渲染包括如下步驟:
[0016]I)將復雜的圖像處理過程由CPU計算迀移到GPU，通過⑶DA進行大規模的并行計算的能力，對圖像進行處理；
[0017]2)充分利用OpenGL可編程管線，通過編寫GLSL著色器，并將系統所有可以迀移到可編程管線進行渲染計算的，全部由著色器來實現；
[0018]3)氣象雷達成像仿真軟件直接從仿真系統的視景仿真過程中采集氣象數據。
[0019]本發明的有益效果是:I)由于該發明的所有氣象數據都是從仿真過程中視景場景實時采樣而來，所以成像具備很高的實時性，同時也與飛行過程的場景數據保持一致，提高了成像的真實性。
[0020]2)基于GLSL的氣象雷達仿真渲染方法在整個計算過程中，充分利用了GPU的并行計算能力和渲染加速能力，并且在一開始就摒棄了通過衛星云圖、查詢氣象局數據等這些傳統的雷達成像仿真方法，直接從仿真系統的視景仿真過程中采集氣象數據，可以大大簡化衛星云圖數據復建的繁瑣計算過程，提高成像的效率，減少了對硬件設備的依賴，降低了設備成本。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為本發明算法流程示意圖；
[0022]圖2為本發明基于GLSL的氣象雷達仿真渲染方法的結構組成示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0024]如圖1和圖2所示:一種用于飛行模擬器的氣象雷達仿真渲染方法，該方法包括一種基于GLSL著色器語言的氣象雷成像渲染系統的操作方法和基于GPU對圖像渲染進行加速的實施方法。
[0025]—種基于GLSL著色器語言的氣象雷成像渲染系統，該系統能夠在通用的計算機設備上高效、實時的仿真氣象雷達的成像過程和性能，提高飛行模擬器上氣象雷達的仿真效果，提升飛行員的飛行體驗。該系統包括了視景云系分布采集模塊，顏色提取模塊、GLSL著色渲染模塊和圖像合成模塊。
[0026]各模塊的具體原理和實現方法如下:
[0027]1.云系分布米集模塊
[0028]在視景實時仿真的過程中，通過設定場景虛擬相機的視場角和up、center、eye三個姿態量，來模擬氣象雷達的掃描范圍和方向。然后以此場景虛擬相機為基礎，對場景的大氣環境部分進行采樣渲染，采樣的圖片通過Alpha通道的方式來定義云系的密度和形態分布規律。通過計算場景的深度值，可以得到云系距離雷達位置的距離。最后將圖片定義成二維紋理的形式，作為輸入，進行進一步處理。
[0029]2.顏色提取模塊
[0030]查詢氣象雷達的真實成像標準，對不同距離，不同雨量，不同形態的云系的成像色彩進行數據錄入。在云系采集圖的基礎上，通過判斷圖像的Alpha值來定義云系的分布密度，顏色值越深，云層分布越密集，通過場景深度值來定義云層距離雷達的距離值，根據這些值查表提前錄入的顏色數據表，提取對應的成像顏色值。
[0031]3.GL