[发明专利]一种基于OpenGL的多系统三维模型表面积计算方法

说明书

本发明公开了一种基于OpenGL的多系统三维模型表面积计算方法，包括：构建多系统三维模型，构建某观察角度上的观察矩阵和投影矩阵，对目标分系统开展深度测试，丢弃被其他分系统遮挡的像素，形成该角度的分系统表面分布纹理贴图，重复上述步骤形成随机均匀分布的多观察角度的纹理，叠加形成目标分系统的全角度暴露表面分布纹理，并依据该纹理完成表面积计算，最后遍历所有分系统获得各分系统的暴露表面积。本发明的优点是：实现简单，解决了计算三维模型各系统表面积复杂且不具备通用性的实际问题，相较于单一模型具体分析的情况，通过该方法可以快速计算出三维模型各分系统的外露表面积，具有极高的准确性，有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于计算机图形技术领域，涉及一种基于OpenGL的多系统三维模型表面积计算方法。

背景技术

在空间航天器在轨运行期间、航空器在大气层飞行期间、火箭或导弹升空及飞行期间、地面轨道列车或车辆行驶期间等诸多场景中，需要考虑目标所受环境的各种影响，例如外热流、空间碎片、风阻等，严重制约着目标性能发挥、安全运行以及寿命等各个方面，为评估目标所受影响大小必须要知道其外露表面积。而实际情况是上述目标通常形状复杂不规则，且各分系统通常由于材料组成不同、性能参数不同、位置不同等需要对各分系统进行逐一分析，而各分系统间存在相互遮挡的问题，导致各分系统外露表面积的计算难度较大，无法分别对目标各分系统进行准确评估。现有方法通常是利用商用三维建模软件对某一具体模型进行具体分析，对于暴露表面积通常是手动划分进行计算，即将模型各分系统细分成不同大小的网格或面片，通过人眼主观判别的方法，判断分系统哪些部分受到遮挡，然后用鼠标操作将各分系统被遮挡的网格部分进行手动剔除，然后再根据网格大小和数量计算表面积。上述方法有一定的主观性，不仅准确率无法保证，且效率较低、不具有通用性。因此需要构建一种针对多系统三维模型表面积计算模型通用的自动化的计算方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于OpenGL的多系统三维模型表面积计算方法，解决现有多系统三维模型表面积计算过程复杂且不具有通用性的问题。

有鉴于此，本发明提供一种基于OpenGL的多系统三维模型表面积计算方法，其特征在于，包括：

步骤一：导入或基于OpenGL构建多系统三维模型，进行位移、旋转、缩放操作并构建模型矩阵；

步骤二：以目标系统为中心，以随机均匀分布的方式形成一个观察位置球面，构建某一随机观察位置的观察矩阵；

步骤三：遍历三维模型的所有分系统，找到三个方向坐标的最大值和最小值，作为裁剪空间边界，生成正射投影矩阵；

步骤四：传入所述模型矩阵、所述观察矩阵和所述投影矩阵，开展深度测试，目标分系统暴露部分将通过测试，被其他分系统遮挡的部分测试将不通过；

步骤五：将观察方向上获取的表面暴露信息生成2D纹理；

步骤六：遍历三维模型的每个分系统，重复步骤四-步骤五，生成每个分系统暴露表面的纹理贴图；

步骤七：重复步骤二到步骤六，完成多次循环，将绘制的纹理内容叠加，生成各分系统完整的表面分布；

步骤八：将分系统表面三角形面片面积加和，依据步骤七生成的纹理，被遮挡部分被剔除，得到各分系统暴露表面积。

进一步地，步骤一还包括：

构建多系统三维模型包括顶点坐标、uv坐标、法向量坐标、面片信息；

使用GL_TRIANGLES将所有的点装配成三角形的图元形状，然后创建用于渲染三角形的片段着色器。

进一步地，步骤二还包括：采用theta＝pi*t(rd)函数生成一个定义域为(0,2π)的弧度值，使得生成的随机值覆盖全角度。