一种基于地形实时渲染的机载合成视觉系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于地形实时渲染的机载合成视觉系统，能够保证画面的实时性，实现地形的高精度显示，适用于各种综合航电系统中综合显示单元中的机载视觉合成。该系统包括：数据接口模块、机载数据模块、以及地形渲染模块；其中，所述数据接口模块，用于通过数据接口单元接收来自机载设备的导航指示信息、速度指示信息、以及姿态指示信息；机载数据模块，用于存储包括地形、障碍物、机场信息的机载数据；所述地形渲染模块，用于根据导航指示信息确定飞机的当前位置，并从机载数据模块读取以当前位置为中心预设范围内的机载数据，计算生成3D图形与符号，并根据姿态指示信息进行渲染，将渲染计算生成的3D画面帧输出显示。

An airborne synthetic vision system based on terrain real-time rendering

【技术实现步骤摘要】
一种基于地形实时渲染的机载合成视觉系统
本专利技术涉及航空电子设备合成视觉
，尤其涉及一种基于地形实时渲染的机载合成视觉系统。
技术介绍
现代飞机上通常使用统一处理器对飞机上各种航空电子设备的信息进行统一处理，将功能相同或相近的设备组合在一个组件内，在显示器上综合显示相关的参数，并在各航空电子设备之间通过机载数据总线来传送有关信息，从而使整个飞机上所有航空电子设备的性能达到更高的水平，这样的系统称为综合航电系统。综合航电系统中包括功能众多的机载设备，例如数据接口单元DIU、大气数据系统ADC、组合导航系统INS/GNSS、综合无线电系统CNS、平视显示单元HUD、以及座舱监视系统等。综合航电系统中的综合显示控制单元，作为航电系统中的主要人机交互设备，集成了大气航姿显示子系统、引擎燃油显示子、无线电导航子系统、无线电通信管理子系统、飞行计划和导航子系统、警告和故障显示子系统、电子飞行检查子系统和合成视觉子系统等。其中，合成视觉系统(SyntheticVisionSystem，SVS)用于通过计算生成3D图像来表现外部视野，为飞行员提供直观的方式来理解他们的飞行环境。然而，现有的合成视觉系统所生成的画面延时较大，而且飞机前方近处地形精度较低，导致飞机在复杂地形下高速飞行的安全性较低，空难事故发生率较高。
技术实现思路
本专利技术的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种基于地形实时渲染的机载合成视觉系统，能够保证画面的实时性，实现地形的高精度显示，适用于各种综合航电系统中综合显示单元中的机载视觉合成。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案包括以下各方面。一种基于地形实时渲染的机载合成视觉系统，机载合成视觉系统包括：数据接口模块、机载数据模块、以及地形渲染模块；其中，数据接口模块，用于通过数据接口单元接收来自机载设备的导航指示信息、速度指示信息、以及姿态指示信息；机载数据模块，用于存储包括地形、障碍物、机场信息的机载数据；地形渲染模块，用于根据导航指示信息确定飞机的当前位置，并从机载数据模块读取以当前位置为中心预设范围内的机载数据，计算生成地形、障碍物、机场的3D图形与符号，并根据姿态指示信息进行渲染，将渲染计算生成的3D画面帧输出至主飞行显示器PFD、多功能飞行显示器MFD、以及平视显示器HUD中的一者或者多者进行显示。作为优选方案，地形渲染模块在生成3D地形图形时，将地形数据按照块来划分,以地块为渲染的基本数据结构。作为优选方案，地形渲染模块包括地块分级单元，用于根据地块大小和顶点数量将地块设置成不同的级别，并根据地块的级别计算该地块是否加载的距离阈值；其中，距离飞机较远地块的顶点数少于距离飞机较近地块的顶点数；并将地块中心点设置为地块在海拔为0的高度上的经纬中心位置，并以中心点作为整个地块的位置。作为优选方案，地块分级单元在相邻的两个地块级别不同时，给每个地块的四个边缘处都加上边带，边带沿着地块的边向地心方向延伸一定的距离。作为优选方案，地形渲染模块包括地块管理单元，用于在飞机飞近一地点时，将该地点加载的地块由低级别地块逐渐替换成更高级别地块，加载高级别地块之前卸载低级别地块；当飞机飞离该地点时，将该地点加载的地块由高级别地块逐渐替换成更低级别地块，并且总是只加载该地点与飞机的距离小于距离阈值的所有地块中级别最高的地块。作为优选方案，地块管理单元进一步用于实时维护位于飞机当前位置附近的九个形成九宫格形的0级别地块，并随着飞机位置的移动而动态加载和/或卸载相应数量的0级别地块，以使飞机周围保持9个0级别地块，并作为渲染队列的数据来源。作为优选方案，地形渲染模块还包括地块加载单元，用于从地形数据文件中读取地形海拔信息，将地理坐标转换到地球坐标，生成以地球坐标表示的地块顶点网格，并生成地块顶点法向量，根据顶点法向量计算光照生成顶点颜色，将生成好地块加入渲染队列。作为优选方案，地形渲染模块调用CPU计算生成地块顶点，并进行地块每个顶点地理坐标到地球坐标的转换计算，法向量计算，以及颜色计算；调用GPU对CPU发送的数据进行批量渲染；其中，在计算生成地块顶点时，进行地块可见性判断，并且当地块的可见性小于可见阈值时不生成该地块并不进行该地块的后续计算；在进行批量渲染时，在OpenGL渲染管线的图元装配环节，进行背面剔除与视锥体裁剪，将三角形背面与视锥体以外的图元剔除。作为优选方案，地形渲染模块进行地块可见性判断包括选取地块包围体并基于视锥的进行检测；选取的包围体为：部分球壳状，其具有8个顶点，8个顶点的经纬度分别为地块西北，西南，东南，东北四个点的经纬度，所选包围体的高度有高低两个值，低值为海拔0m，高值取飞机的升限略大值8000m。作为优选方案，基于视锥的检测时，用地块包围体的八个顶点对六个裁剪面进行逐一测试，如果所有顶点都在一个或多个裁剪面的外部，则地块包围体不可见，抛弃此地块。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术至少具有以下有益效果：通过导航指示信息确定飞机的当前位置，并从机载数据模块读取以当前位置为中心预设范围内的机载数据，计算生成地形、障碍物、机场的3D图形与符号，并根据姿态指示信息进行渲染；仅根据飞机的地理坐标经纬高即可合成显示飞机周围地形环境的3D图像，通过大幅度降低渲染计算量，能够保证画面的实时性，实现地形的高精度显示，克服了低能见度下给飞行带来的不利因素。附图说明图1是根据本专利技术实施例的基于地形实时渲染的机载合成视觉系统的结构示意图。图2是根据本专利技术实施例的地块分布示意图。图3是根据本专利技术实施例的地形高度预警示意图。具体实施方式下面结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明，以使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1示出了根据本专利技术实施例的基于地形实时渲染的机载合成视觉系统。该实施例的机载合成视觉系统包括：数据接口模块、机载数据模块、以及地形渲染模块。其中，数据接口模块，用于通过数据接口单元接收来自大气机、ING/GNSS组合导航、无线电等机载设备的导航指示信息(包括经度、纬度、气压高度、无线电高度、选择高度等数据)、速度指示信息(包括空速、真空速、马赫数、地速、选择速度、升降速度等数据)、以及姿态指示信息(包括航向、俯仰角、滚转角、侧滑角、航迹、攻角等数据)。机载数据模块，用于存储包括地形、障碍物、机场信息的机载数据，例如存储在系统的内置存储器中或者通过高速数据接口存储在诸如SD等外部存储介质中，并设置为从数据源定期更新。地形渲染模块，根据导航指示信息确定飞机的当前位置，并从机载数据模块读取以当前位置为中心预设范围内的机载数据，计算生成地形、障碍物、机场的3D图形与符号，并根据姿态指示信息进行渲染，将渲染计算生成的3D画面帧输出至主飞行显示器PFD、多功能飞行显示器MFD、以及平视显示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于地形实时渲染的机载合成视觉系统，其特征在于，所述机载合成视觉系统包括：数据接口模块、机载数据模块、以及地形渲染模块；/n其中，所述数据接口模块，用于通过数据接口单元接收来自机载设备的导航指示信息、速度指示信息、以及姿态指示信息；/n机载数据模块，用于存储包括地形、障碍物、机场信息的机载数据；/n所述地形渲染模块，用于根据导航指示信息确定飞机的当前位置，并从机载数据模块读取以当前位置为中心预设范围内的机载数据，计算生成地形、障碍物、机场的3D图形与符号，并根据姿态指示信息进行渲染，将渲染计算生成的3D画面帧输出至主飞行显示器PFD、多功能飞行显示器MFD、以及平视显示器HUD中的一者或者多者进行显示。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于地形实时渲染的机载合成视觉系统，其特征在于，所述机载合成视觉系统包括：数据接口模块、机载数据模块、以及地形渲染模块；
其中，所述数据接口模块，用于通过数据接口单元接收来自机载设备的导航指示信息、速度指示信息、以及姿态指示信息；
机载数据模块，用于存储包括地形、障碍物、机场信息的机载数据；
所述地形渲染模块，用于根据导航指示信息确定飞机的当前位置，并从机载数据模块读取以当前位置为中心预设范围内的机载数据，计算生成地形、障碍物、机场的3D图形与符号，并根据姿态指示信息进行渲染，将渲染计算生成的3D画面帧输出至主飞行显示器PFD、多功能飞行显示器MFD、以及平视显示器HUD中的一者或者多者进行显示。


2.根据权利要求1所述的机载合成视觉系统，其特征在于，所述地形渲染模块在生成3D地形图形时，将地形数据按照块来划分,以地块为渲染的基本数据结构。


3.根据权利要求1所述的机载合成视觉系统，其特征在于，所述地形渲染模块包括地块分级单元，用于根据地块大小和顶点数量将地块设置成不同的级别，并根据地块的级别计算该地块是否加载的距离阈值；其中，距离飞机较远地块的顶点数少于距离飞机较近地块的顶点数；并将地块中心点设置为地块在海拔为0的高度上的经纬中心位置，并以中心点作为整个地块的位置。


4.根据权利要求3所述的机载合成视觉系统，其特征在于，所述地块分级单元在相邻的两个地块级别不同时，给每个地块的四个边缘处都加上边带，边带沿着地块的边向地心方向延伸一定的距离。


5.根据权利要求1所述的机载合成视觉系统，其特征在于，所述地形渲染模块包括地块管理单元，用于在飞机飞近一地点时，将该地点加载的地块由低级别地块逐渐替换成更高级别地块，加载高级别地块之前卸载低级别地块；当飞机飞离该地点时，将该地点加载的地块由高级别地块逐渐替换成更低级别地块，并且总是只加载该地点与...

【专利技术属性】
技术研发人员：江彦，汪坤，肖永红，张松，唐太虎，伍振华，缪国凯，杨阳，唐佳，
申请(专利权)人：成都赫尔墨斯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51