一种用于飞行模拟器的气象雷达仿真渲染方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气象雷达的仿真渲染方法，具体是一种用于飞行模拟器的气象雷达仿真渲染方法，属于仿真技术领域。
【背景技术】
[0002]随着科学技术越来越多地应用于军事领域，最新的技术装备使用后对部队产生了重大的影响，但是由于高新技术装备复杂性带来的训练成本也飞速增长，导致投入太大。然而，虚拟现实仿真技术的发展为解决这一矛盾提供了技术基础，直接利用飞行器进行演练以使飞行人员熟悉气象雷达模块功能，可能存在消耗成本过大、效率不高、安全系数低、易受自然条件干扰等实际问题，雷达被视为高技术战争下的“眼睛”通过对气象雷达的成像和性能进行计算机仿真，提供实时逼真的训练视景，对飞行人员快速熟悉装备、熟练操作系统，提高真实环境下操作水平具有重大的意义。
[0003]现有的气象雷达成像仿真技术，存在以下缺陷:
[0004]I)仿真算法多基于静态的卫星云图进行三维云复建，不具备飞行仿真的实时性和动态性。
[0005]2)气象雷达的成像独立与视景系统，造成云图分布与模拟飞行过程中飞行员的真实体验不一致，大大降低了飞行体验。
[0006]3)由于现有算法的计算强度大，所以气象雷达成像仿真过于依赖高性能的工业级计算机，大大提高了硬件成本。
【发明内容】
[0007]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于飞行模拟器的气象雷达仿真渲染方法，其是基于GLSL的气象雷达仿真渲染方法，能够在通用的计算机设备上高效、实时的仿真气象雷达的成像过程和性能，提高飞行模拟器上气象雷达的仿真效果，提升飞行员的飞行体验。
[0008]本发明通过以下技术方案来实现上述目的:一种用于飞行模拟器的气象雷达仿真渲染方法，该方法包括如下步骤:
[0009]I)在视景实时仿真的过程中，通过设定场景虚拟相机的视场角和up、center、eye三个姿态量，来模拟气象雷达的扫描范围和方向；
[0010]2)以所述场景虚拟相机为基础，对场景的大气环境部分进行采样渲染，并且采样的图片通过Alpha通道的方式来定义云系的密度和形态分布规律，通过计算场景的深度值，从而可以得到云系距离雷达位置的距离；
[0011]3)将形成的图片定义为二维纹理的形式，并作为输出；
[0012]4)查询气象雷达的真实成像标准，对不同距离，不同雨量，不同形态的云系的成像色彩进行数据录入，并在云系采集图的基础上，通过判断图像的Alpha值来定义云系的分布密度，颜色值越深，云层分布越密集，通过场景深度值来定义云层距离雷达的距离值，根据这些距离值，查表提前录入的颜色数据表，提取对应的成像颜色值；
[0013]5)在颜色查表完成后，通过GLSL语言编写的着色器，对采集到的图片进行重新按颜色赋值，并通过多重采样的方式，对颜色过度区域进行处理，同时通过腐蚀和添加噪声的方法对图片进行处理;并通过管线将图片渲染到纹理。
[0014]6)利用opengl绘制几何图元，将GLSL渲染出的纹理与上述元素进行合成，最终将合成后的所有信息通过渲染管线加速渲染到显示设备上。
[0015]进一步，将所述步骤6)中的加速渲染包括如下步骤:
[0016]I)将复杂的图像处理过程由CPU计算迀移到GPU，通过⑶DA进行大规模的并行计算的能力，对图像进行处理；
[0017]2)充分利用OpenGL可编程管线，通过编写GLSL着色器，并将系统所有可以迀移到可编程管线进行渲染计算的，全部由着色器来实现；
[0018]3)气象雷达成像仿真软件直接从仿真系统的视景仿真过程中采集气象数据。
[0019]本发明的有益效果是:I)由于该发明的所有气象数据都是从仿真过程中视景场景实时采样而来，所以成像具备很高的实时性，同时也与飞行过程的场景数据保持一致，提高了成像的真实性。
[0020]2)基于GLSL的气象雷达仿真渲染方法在整个计算过程中，充分利用了GPU的并行计算能力和渲染加速能力，并且在一开始就摒弃了通过卫星云图、查询气象局数据等这些传统的雷达成像仿真方法，直接从仿真系统的视景仿真过程中采集气象数据，可以大大简化卫星云图数据复建的繁琐计算过程，提高成像的效率，减少了对硬件设备的依赖，降低了设备成本。
【附图说明】
[0021 ]图1为本发明算法流程示意图；
[0022]图2为本发明基于GLSL的气象雷达仿真渲染方法的结构组成示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024]如图1和图2所示:一种用于飞行模拟器的气象雷达仿真渲染方法，该方法包括一种基于GLSL着色器语言的气象雷成像渲染系统的操作方法和基于GPU对图像渲染进行加速的实施方法。
[0025]—种基于GLSL着色器语言的气象雷成像渲染系统，该系统能够在通用的计算机设备上高效、实时的仿真气象雷达的成像过程和性能，提高飞行模拟器上气象雷达的仿真效果，提升飞行员的飞行体验。该系统包括了视景云系分布采集模块，颜色提取模块、GLSL着色渲染模块和图像合成模块。
[0026]各模块的具体原理和实现方法如下:
[0027]1.云系分布米集模块
[0028]在视景实时仿真的过程中，通过设定场景虚拟相机的视场角和up、center、eye三个姿态量，来模拟气象雷达的扫描范围和方向。然后以此场景虚拟相机为基础，对场景的大气环境部分进行采样渲染，采样的图片通过Alpha通道的方式来定义云系的密度和形态分布规律。通过计算场景的深度值，可以得到云系距离雷达位置的距离。最后将图片定义成二维纹理的形式，作为输入，进行进一步处理。
[0029]2.颜色提取模块
[0030]查询气象雷达的真实成像标准，对不同距离，不同雨量，不同形态的云系的成像色彩进行数据录入。在云系采集图的基础上，通过判断图像的Alpha值来定义云系的分布密度，颜色值越深，云层分布越密集，通过场景深度值来定义云层距离雷达的距离值，根据这些值查表提前录入的颜色数据表，提取对应的成像颜色值。
[0031]3.GL