[发明专利]多视点多视角视场显示条件下的大场景虚拟天空建模方法

摘要

本发明提供了一种多视点多视角视场显示条件下的大场景虚拟天空建模方法，首先进行复合式天空柱及其他个体对象的三维真实感建模，然后完成基于复合式天空柱的虚拟大场景集成，之后设置复合式天空柱及其他运动模型运动规则，最后设置基于复合式天空柱的各视点。本发明有效地实现了多视点、多视角观察以及观测视场的实时三维真实感显示，在水平方向和垂直方向均实现了连贯、平滑的天空背景变换效果，可以满足大场景视景仿真中多视点、多视角观察和视场三维真实感显示的虚拟天空建模要求。

主权项

1.一种多视点多视角视场显示条件下的大场景虚拟天空建模方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一、复合式天空柱及其他个体对象的三维真实感建模，包括以下内容：1.对两个飞行器、三个观测设备和两个飞行器停放场进行建模；2.对复合式天空柱进行建模，建模方法如下：（1）采用半径为R，高度为H的圆柱体结构模拟飞行器起飞升空阶段飞过的空间环境，柱体底面的圆心位于物体坐标系原点处，纵轴与物体坐标系y轴重合，复合式天空柱的物体坐标系遵循右手螺旋法则，x轴水平向右，y轴垂直向上，z轴垂直向屏幕外；其中，半径R取为飞行器停放场边长的一半，圆柱体的高度等于飞行器距地面最大飞行高度减去R，圆柱体上端使用球半径为R、开口向下的半球体模拟飞行器平稳飞行阶段的空间环境，半球体的开口与圆柱口无缝衔接；圆柱体的纵轴也是复合式天空柱的纵轴，与复合式天空柱的物体坐标系y轴重合；（2）圆柱体下部H/3处采用淡蓝色背景图像，圆柱体上部H/3处和半球体内采用深蓝色背景图像，圆柱体中部H/3处图像背景颜色在上述两个背景颜色之间过渡；对三个贴图接缝区域的色彩进行融合处理；步骤二、基于复合式天空柱的虚拟大场景集成，包括以下内容：将步骤一中构建的两个飞行器、三个观测设备、两个飞行器停放场和两个复合式天空柱的模型放置在世界坐标系中，其中，第一和第二观测设备的位置位于两个飞行器停放场之间的地表，且在两个复合式天空柱包围范围之外；第三观测设备安装于第二飞行器的前端，位于第二复合式天空柱的内部；步骤三、复合式天空柱及其他运动模型运动规则设置，包括以下内容：1.两个飞行器的运动轨迹和运动姿态由数字仿真系统生成的数据文件驱动；2.复合式天空柱按照下述规则运动：（1）复合式天空柱在X和Z方向的位移由其内部飞行器的位置坐标数据x，z驱动；（2）复合式天空柱在随其内部飞行器移动的过程中，同时绕自身的纵轴旋转，旋转的速度应保证复合式天空柱的圆柱体边缘上任一点转过的弧线段长度与飞行器的位移相等，旋转方向趋势与飞行器速度方向相反；步骤四、基于复合式天空柱的各视点设置，包括以下内容：1.设某时刻第一飞行器的空间位置坐标为（x₁，y₁，z₁），则第一观察相机的位置坐标（x_c1，y_c1，z_c1）为：x_c1＝x₁+Δx₁，y_c1＝y₁，z_c1＝z₁+Δz₁，其中Δx₁和Δz₁为第一观察相机与第一飞行器的位置偏差，设某时刻第二飞行器空间位置坐标分别为（x₂，y₂，z₂），则第二观察相机的位置坐标（x_c2，y_c2，z_c2）为：x_c2＝x₂+Δx₂，y_c2＝y₂，z_c2＝z₂+Δz₂，其中Δx₂和Δz₂为第二观察相机与第二飞行器的位置偏差，2.观测设备k的视点位置由第一飞行器的空间位置坐标控制，k=1，2，3，观测设备k的视点位置坐标（x_qk，y_qk，z_qk）为：x_qk＝x₁+Δm_k，y_qk＝y₁+Δn_k，z_qk＝z₁+Δl_k，其中Δm_k，Δn_k，Δl_k为观测设备k的视点与第一飞行器的位置偏差，Δm_k＝R·cosα_k，Δn_k＝R·cosβ_k，Δl_k＝R·cosγ_k，α_k，β_k，γ_k依次为接观测设备k的三维实体模型与第一飞行器三维实体模型几何中心的直线段L_k与世界坐标系X，Y，Z轴的夹角。