[发明专利]一种三维场景中随机运动目标的跟踪控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种三维场景中随机运动目标的跟踪控制方法，该方法包括建立坐标系，初始化视场、视点的位置及视线方向；根据不同时刻的目标位置Target(t)信息，计算视点视线方向与X轴的夹角及视点与观察目标在X‑Y平面上的距离Distance(t)，并判断观察目标是否在远离视点，以此确定不同时刻的视点坐标；同时根据障碍物高度调整视点的Z轴坐标Pz(t)。本发明使得视点能够自动随目标运动而运动，并确保目标始终在三维场景的视场中以及运行目标进行复杂运动时视点视向始终朝向目标，不会出现视向突变、画面跳动。此外，该方法还能根据地形、地物的起伏自动调整视点的高低，避免视线被地形、地物遮蔽。

技术领域

本发明涉及三维显示领域，特别涉及一种三维场景中随机运动目标的跟踪控制方法及装置。

背景技术

在三维场景显示中，如航天仿真三维场景、大型游戏三维场景、大型建筑虚拟三维场景等，由于显示器的视场有限，为了能实时显示场景中的运行目标，需要对显示画面中心(也称为视点)和画面的方向(也称为视向)进行控制，使得视点和运动目标的位置、视向和目标的运动方向保持恰当的关系，才能确保运动目标始终在显示画面中。复杂三维场景中运动目标的视点跟踪控制是一个复杂的问题。首先，运动目标的运动方向没有预设的值，具有不确定性、非线性以及不可预测性，同时目标的运动速度也是根据场景的不同实时变化。其次，三维场景地形复杂，同时场景包含的对象多，对象的几何形状复杂，对象间的空间位置关系复杂，容易在视点和运动目标之间形成障碍，遮挡住目标。例如，在航天飞行三维视景仿真中，如果视点控制得不好，飞行器目标会被行星、陨石等对象会遮挡。最后，运动目标的视点跟踪控制方法跟随功能要求的情况下，还必须有高效的运行效率，满足三维场景实时显示的要求。

现有的三维场景运动目标的视点跟踪控制方法主要可以分为四种：1三维场景范围有限，视点几乎保持不变，无需用户控制；2视点由用户通过鼠标和键盘控制；3通用预设一组漫游视点实现视点在三维场景自动漫游；4视点跟随目标的第一人称视角。在这些方法中，第一种方法满足不了大范围三维场景中运动目标的跟踪要求。第二种方法需要用户的参与，无法满足自动跟踪的要求。第三中方法视点的运动路径是固定的，无法满足目标跟踪的需求。第四种方面是以运动目标本身的位置为视点，无法将目标显示在画面中，无法满足显示运动目标的需求。即现有的方法均不能解决针对大范围、复杂三维场景中随机运动目标的跟踪控制问题。而这些问题是三维场景中运动目标的视点自动跟踪控制的关键问题，也是三维场景显示中亟待解决的实际问题。

发明内容

本发明提供了一种三维场景中随机运动目标的跟踪控制方法及装置，能够根据运动目标的位置、运动方法以及地形自动计算三维场景中的视点(Px,Py,Pz)，使得视点能够自动随目标运动而运动，并确保目标始终在三维场景的视场中以及运行目标进行复杂运动时视点视向始终朝向目标，不会出现视向突变、画面跳动。此外，该方法还能根据地形、地物的起伏自动调整视点的高低，避免视线被地形、地物遮蔽。

本发明采用以下技术方案：

一种三维场景中随机运动目标的跟踪控制方法，所述方法具体包括如下步骤：

步骤1，建立坐标系，在系统0时刻，初始化视场、视点的位置及视线方向；

步骤2，令时间步长为τ，根据不同时刻t＝kτ,k＝1,2,…的目标位置Target(t)信息，计算t时刻视点视线方向与X轴的夹角

步骤3，计算t时刻视点与观察目标在X-Y平面上的距离Distance(t)，通过Distance(t)值判断观察目标是否在远离视点，以此确定t时刻视点的X轴坐标Px(t)、Y轴坐标Py(t)、Z轴坐标Pz(t)；

步骤4，若判断从(Px(t),Py(t))点沿方向到(Tx(t),Ty(t))点之间的直线L上是否存在障碍物，所述根据障碍物高度调整视点的Z轴坐标Pz(t)。