虛擬海面紅外場景的仿真與實現(xiàn).pdf

1、大規(guī)模虛擬海面紅外場景仿真作為科學理論研究和真實外場試驗的中間形式，綜合了計算機圖形學、數(shù)學、物理各學科的知識，通過調(diào)用計算機的CPU與圖形硬件GPU計算和渲染，能夠提供給用戶高真實感、高實時性的動態(tài)海洋場景。這項技術(shù)不僅克服了紅外圖像獲取過程中的諸多困難，而且還能對海面做戰(zhàn)場景和武器投放演練進行仿真與評估，是衡量我國軍事綜合實力的一個重要部分。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對動態(tài)海浪波動模型進行了研究。比較了四種常見海浪的建模方法

2、，本文選擇利用 Pierson-Moscowitz譜作為頻率譜，ITTC(國際船模水池會議)作為方向譜的二維海浪譜模型與基于幾何模型的線形疊加 Gerstner模型相結(jié)合，構(gòu)造出海面的高度場函數(shù)，接著引入Perlin噪聲函數(shù)對大規(guī)模海面進行擾動，實現(xiàn)了隨機起伏的波動海面。⑵對海面的紅外光照計算模型進行了研究。探測器所能接收到的輻射能量是由海面自身輻射能量與海面對環(huán)境光源、強光源的反射輻射能量及大氣輻射能量組成的。首先給出了海面對強光源反

3、射的計算方法、詳細分析了Ross雙向反射率模型，并根據(jù)此模型設(shè)計場景中強光源反射部分的渲染實現(xiàn)，接著給出了海面對環(huán)境光源反射的計算方法、方向反射率模型，并根據(jù)方向反射率推出方向發(fā)射率模型，最后介紹了大氣傳輸輻射隨探測距離的變化特性。⑶對海面上的艦射紅外誘餌彈進行了研究。紅外誘餌彈作為一種常用的干擾武器，經(jīng)常出現(xiàn)在飛機、艦船周圍，干擾紅外探測器對目標的探測，首先分析了紅外誘餌彈對目標的保護機制，接著根據(jù)誘餌彈的特征利用粒子系統(tǒng)與公告板技術(shù)

4、制作出誘餌彈的三維模型與特效，然后針對紅外場景分析誘餌彈的紅外輻射特性。⑷對海面上的爆炸水柱進行了研究。根據(jù)炮彈在海面爆炸的情況對水體進行分析，爆炸水柱的形態(tài)與運動特性，并基于粒子系統(tǒng)對其模擬仿真。⑸對海洋紅外場景的系統(tǒng)性結(jié)構(gòu)進行了研究。針對場景仿真所涉及到的各個部分給出結(jié)果并進行分析，首先對用到的OGRE三維渲染引擎、基于GPU的高級著色語言Cg和加速場景更新的紋理生成技術(shù)做了介紹，接著給出整個虛擬海面紅外場景的框架與流程，然后利用上