[发明专利]基于纹理的红外粗糙海面动态仿真方法

摘要

本发明公开了一种基于纹理的红外粗糙海面动态仿真的方法，主要解决现有技术红外粗糙海面仿真真实性和实时性低的问题。其实现过程是：利用Torrance-Sparrow光照模型，建立海面红外辐射亮度公式；用大气计算软件Atmosphere计算海面发射率、微面元分布概率、太阳辐射亮度、天空辐射亮度、大气路径辐射亮度和大气透过率；将计算结果存储为DDS纹理图，并利用Cg语言，将DDS纹理图写入材质脚本；通过GPU完成材质脚本的解析和编译，载入显存，形成执行代码；利用执行代码完成对红外粗糙海面的实时仿真。本发明具有物理真实性和实时性高等优点，可应用于海面背景的全景仿真，为海面目标的红外特征识别提供红外辐射主背景。

主权项

一种基于纹理的红外粗糙海面动态仿真的方法，包括如下步骤：(1)采用Torrance‑Sparrow光照模型，并利用双向反射率分布函数BRDF和经验模型Wilson公式，建立海面的红外辐射模型：L＝τε(ω)L1(T)+τ(ρ1L2+ρ2L3)+L4，其中，τ为海面到传感器之间的大气透过率，ε(ω)为海面发射率，ω为辐射方向与水面法线间的夹角，L1为黑体辐射亮度，T为海水温度，ρ1为天空辐射在海面上的反射率，L2和L3分别为天空背景在海面上的辐射值和太阳辐射入射前在海面上的辐射值，ρ2为太阳辐射在海面反射的双向反射率，L4为传感器到海面的大气路径辐射值；（2）设置大气辐射传输计算软件Atmosphere中辐射方向与水面法线间的夹角ω，ω的取值为0～90度，计算海面发射率ε(ω)，并将该计算结果存储为海面发射率纹理E；（3）设置大气辐射传输计算软件Atmosphere中微面元法线H与水平面法线N的夹角α，α的取值为0～90度，计算海面模型微面元分布概率P(α)，并将该结果存储为微面元分布概率纹理P；（4）设置大气辐射传输计算软件Atmosphere中的波长λ、气象视距V和水平路程x，λ的取值为3～5μm，V的取值为0～10km，x的取值为0～10km，计算天空辐射的大气透过率τ和大气路径辐射L4,并将该结果存储为大气透过率纹理T和大气路径辐射纹理L；（5）设置大气辐射传输计算软件Atmosphere中波长λ、天顶角μ，λ的取值为3～5μm、μ的取值为0～90度，计算太阳辐射L3和天空背景辐射L2，并将该结果存储为太阳辐射纹理D和天空背景辐射纹理S；（6）利用图形编程语言Cg，将海面发射率纹理E、微面元分布概率纹理P、太阳直射辐射纹理D、天空背景辐射纹理S、大气路径辐射纹理L和大气透过率纹理T 写入后缀为.material的材质脚本；（7）通过可编程图形处理单元GPU完成材质脚本的解析和编译，并载入显存中，形成可编程图形处理单元GPU的执行代码，利用执行代码完成对红外粗糙海面的实时仿真。