[发明专利]一种基于地形实时渲染的机载合成视觉系统

权利要求书

1.一种基于地形实时渲染的机载合成视觉系统，其特征在于，所述机载合成视觉系统包括：数据接口模块、机载数据模块、以及地形渲染模块；

其中，所述数据接口模块，用于通过数据接口单元接收来自机载设备的导航指示信息、速度指示信息、以及姿态指示信息；

机载数据模块，用于存储包括地形、障碍物、机场信息的机载数据；

所述地形渲染模块，用于根据导航指示信息确定飞机的当前位置，并从机载数据模块读取以当前位置为中心预设范围内的机载数据，计算生成地形、障碍物、机场的3D图形与符号，并根据姿态指示信息进行渲染，将渲染计算生成的3D画面帧输出至主飞行显示器PFD、多功能飞行显示器MFD、以及平视显示器HUD中的一者或者多者进行显示。

2.根据权利要求1所述的机载合成视觉系统，其特征在于，所述地形渲染模块在生成3D地形图形时，将地形数据按照块来划分,以地块为渲染的基本数据结构。

3.根据权利要求1所述的机载合成视觉系统，其特征在于，所述地形渲染模块包括地块分级单元，用于根据地块大小和顶点数量将地块设置成不同的级别，并根据地块的级别计算该地块是否加载的距离阈值；其中，距离飞机较远地块的顶点数少于距离飞机较近地块的顶点数；并将地块中心点设置为地块在海拔为0的高度上的经纬中心位置，并以中心点作为整个地块的位置。

4.根据权利要求3所述的机载合成视觉系统，其特征在于，所述地块分级单元在相邻的两个地块级别不同时，给每个地块的四个边缘处都加上边带，边带沿着地块的边向地心方向延伸一定的距离。

5.根据权利要求1所述的机载合成视觉系统，其特征在于，所述地形渲染模块包括地块管理单元，用于在飞机飞近一地点时，将该地点加载的地块由低级别地块逐渐替换成更高级别地块，加载高级别地块之前卸载低级别地块；当飞机飞离该地点时，将该地点加载的地块由高级别地块逐渐替换成更低级别地块，并且总是只加载该地点与飞机的距离小于距离阈值的所有地块中级别最高的地块。

6.根据权利要求5所述的机载合成视觉系统，其特征在于，所述地块管理单元进一步用于实时维护位于飞机当前位置附近的九个形成九宫格形的0级别地块，并随着飞机位置的移动而动态加载和/或卸载相应数量的0级别地块，以使飞机周围保持9个0级别地块，并作为渲染队列的数据来源。

7.根据权利要求1所述的机载合成视觉系统，其特征在于，所述地形渲染模块还包括地块加载单元，用于从地形数据文件中读取地形海拔信息，将地理坐标转换到地球坐标，生成以地球坐标表示的地块顶点网格，并生成地块顶点法向量，根据顶点法向量计算光照生成顶点颜色，将生成好地块加入渲染队列。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的机载合成视觉系统，其特征在于，所述地形渲染模块调用CPU计算生成地块顶点，并进行地块每个顶点地理坐标到地球坐标的转换计算，法向量计算，以及颜色计算；调用GPU对CPU发送的数据进行批量渲染；其中，在计算生成地块顶点时，进行地块可见性判断，并且当地块的可见性小于可见阈值时不生成该地块并不进行该地块的后续计算；在进行批量渲染时，在OpenGL渲染管线的图元装配环节，进行背面剔除与视锥体裁剪，将三角形背面与视锥体以外的图元剔除。

9.根据权利要求8所述的机载合成视觉系统，其特征在于，所述地形渲染模块进行地块可见性判断包括选取地块包围体并基于视锥的进行检测；选取的包围体为：部分球壳状，其具有8个顶点，8个顶点的经纬度分别为地块西北，西南，东南，东北四个点的经纬度，所选包围体的高度有高低两个值，低值为海拔0m，高值取飞机的升限略大值8000m。

10.根据权利要求9所述的机载合成视觉系统，其特征在于，基于视锥的检测时，用地块包围体的八个顶点对六个裁剪面进行逐一测试，如果所有顶点都在一个或多个裁剪面的外部，则地块包围体不可见，抛弃此地块。