[发明专利]基于GPU编程的红外反射特性仿真方法

权利要求书

1.一种基于GPU编程的红外反射特性仿真方法，包括如下步骤：

（1）用大气辐射传输计算软件Atmosphere获得后缀为压缩纹理图像格式DDS的太阳直射辐射纹理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；

（2）通过实验或测量仪器测量，获得计算BRDF需要的所有材质参数M；

（3）利用材质参数M，根据简化的Schlick BRDF反射模型，计算不同角度下不同像素点对太阳直射辐射的反射量E₁；

（4）利用材质参数M，根据简化的Schlick BRDF反射模型，计算不同角度下不同像素点对天空背景辐射的反射量E₂；

（5）利用图形编程语言Cg将太阳直射辐射纹理D、天空背景辐射纹理S、大气路径辐射纹理L、大气透过率纹理T写入材质脚本的纹理单元中，在片段程序中利用太阳直射辐射的反射量E₁和天空背景辐射的反射量E₂，生成能仿真红外反射效应的材质脚本；

（6）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，利用这些代码实时模拟红外反射效应。

2.根据权利要求1所述的红外反射特性仿真方法，其中步骤(2)所述的通过实验或测量仪器测量，获得计算BRDF需要的所有材质参数M，按照如下步骤进行：

2a)通过实验或测量仪器测量，确定材质的波段反射率粗糙因子r和各向同性因子p这些不同类型材质的参数，并将这些不同类型材质的参数存储成一张DDS格式的二维纹理；

2b)根据物体的材质类型，对二维纹理进行采样，得到计算BRDF需要的所有材质参数M。

3.根据权利要求1所述的红外反射特性仿真方法，其中步骤(3)所述的利用材质参数M，根据简化的Schlick BRDF反射模型，计算不同角度下不同像素点对太阳直射辐射的反射量E₁，按照如下公式计算：

E1(t,v,v′,w)=ρλ1-λ2D(t,v,v′,w)Esv,]]>

其中，为波段λ₁~λ₂内的波段反射率，E_s为材质表面处迎着太阳方向上太阳直射辐射的辐照度，v＝cos(θ)，v′＝cos(θ′)，t＝cos(α)，θ为太阳入射光线与材质表面法线的夹角，θ′为视点方向与材质表面法线的夹角，α为材质表面法线与半角向量的夹角，为材质表面的切向量与半角向量在平面内的投影向量的夹角，

D(t,v,v′,w)为方向特征因子，其公式如下，

D(t,v,v′,w)=1-G(v)G(v′)πA(w)+G(v)G(v′)4πvv′Z(t)A(w),]]>

其中，

Z(t)=r(1+rt2-t2)2,]]>

A(w)=pp2-p2w2+w2,]]>

G(v)=vr-rv+v,]]>

G(v′)v′r-rv′+v′,]]>

r∈[0,1]为材质的粗糙因子，p∈[0,1]为材质的各向同性因子。

4.根据权利要求1所述的红外反射特性仿真方法，其中步骤(4)所述的利用材质参数M，根据简化的Schlick BRDF反射模型，计算不同角度下不同像素点对天空背景辐射的反射量E₂，按照如下公式计算：

E2(θr,φr)=ρλ1-λ2∫0π∫0π2D(θi,φi,θr,φr)Ls(θi,φi)cosθi′sinθidθidφi,]]>

其中，θ_i为天顶角，为方位角，L_s(θ_i,φ_i)为以天顶角θ_i、方位角方向观察到的天空背景辐亮度，θ_i'为天空背景小面元辐射入射光与表面法线的夹角，θ_r为被观察面法线的天顶角，为被观察面法线的方位角。