一种基于现代可编程图形管线的雷达数据可视化框架制造技术

本发明专利技术涉及一种基于现代可编程图形管线的雷达数据可视化框架，包括数据接口模块、显示模块和渲染模块；所述数据接口模块，用于接收雷达的一次信息数据，并将所述一次信息数据转换为预设数据格式后，发送至所述显示模块；所述显示模块，用于将已转换为预设数据格式后的所述一次信息数据发送至所述渲染模块进行渲染，并根据渲染结果进行绘制和显示；所述渲染模块，用于将已转换为预设数据格式后的所述一次信息数据进行渲染，并将所述渲染结果发送至所述显示模块。本发明专利技术方案能显著提升一次信息渲染效率，满足大数据量高刷新率的一次信息渲染需求，减小绘制部分对于CPU资源的高占用，提升雷达显控软件用户界面的响应速度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于现代可编程图形管线的雷达数据可视化框架
本专利技术涉及计算机图形处理领域，尤其涉及一种基于现代可编程图形管线的雷达数据可视化框架。
技术介绍
在雷达显示控制系统中，雷达原始视频数据即一次信息的显示是较为重要的一个部分。通过将分系统回传的原始回波信息经过必要处理后以直观的方式实时显示在用户界面上，可使用户快速了解雷达当前的工作状态和搜索态势等信息。作为雷达回波数据的较原始格式，一次信息数据具有数据量大,实时性要求高的特点。在现有的雷达系统中，对该类信息的显示通常是基于硬件方法，即利用FPGA处理板将信息叠加到终端屏幕之上。虽然也存在软件化绘制一次信息的方式。现有的软件化绘制方式多是基于固定管线图形API如OpenGL1.1/1.5或操作系统相关的API如Win32的GDI等，以直接绘制点或线的方式绘制一次信息数据点。传统的硬件方法虽然能够实现较高的刷新速率，但其灵活性较差，通常只能以固定位置和大小以硬件输出视频信号的方式叠加在现有的软件显示屏幕之上，一旦部署难以进行后续参数的配置调整，更难以在运行中动态变更显示效果，且难以实现较为复杂的效果。现有的软件化绘制方法在灵活性方面略有优势，但随着雷达技术的发展，一次信息的数据产生速率和需要的渲染速度都不断提高，现有的软件化绘制方法的渲染流程已经难以满足需求。这两个问题在渲染雷达传回的雷达的一次信息数据时尤其突出。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于现代可编程图形管线的雷达数据可视化框架。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于现代可编程图形管线的雷达数据可视化框架，包括数据接口模块、显示模块和渲染模块；所述数据接口模块，用于接收雷达的一次信息数据，并将所述一次信息数据转换为预设数据格式后，发送至所述显示模块；所述显示模块，用于将已转换为预设数据格式后的所述一次信息数据发送至所述渲染模块，并根据所述渲染模块的渲染结果进行绘制和显示；所述渲染模块，用于将已转换为预设数据格式后的所述一次信息数据进行渲染，并将所述渲染结果发送至所述显示模块。本专利技术方案的有益效果是：提供一种基于现代可编程图形管线的雷达数据可视化框架，通过数据接口模块接收雷达的一次信息数据，并将一次信息数据转换为预设数据格式后，发送至显示模块，显示模块将已转换为预设数据格式后的一次信息数据发送至渲染模块，并根据渲染模块的渲染结果进行绘制和显示，渲染模块将已转换为预设数据格式后的一次信息数据进行渲染，并将渲染结果发送至显示模块。本专利技术方案能显著提升一次信息渲染效率，满足大数据量高刷新率的一次信息渲染需求，减小绘制部分对于CPU资源的高占用，提升雷达显控软件用户界面的响应速度。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步地，所述显示模块，用于将已转换为预设数据格式后的所述一次信息数据转换为数据纹理，所述数据纹理存储于图形处理单元GPU中内存上的连续存储区域，所述数据纹理是二维数组，且所述数据纹理中的每个纹素是二维数组中的一个值，分别存储预设数量的颜色分量，所述二维数组的大小根据所述雷达的方位采样点数和所述雷达的方位数确定；将所述数据纹理转换至顶点网格，其中，所述顶点网格是围绕圆心排列的多个扇面，所述扇面的个数与所述方位数相同，每个所述扇面对应所述雷达的一个方位，并将所述扇面的坐标信息和所述数据纹理的坐标信息发送至所述渲染模块。采用上述进一步方案的有益效果是：只需要提交顶点网格中的扇面的顶点数据，通过GPU计算生成每方位扇面范围内的所有像素，大大减小了CPU的计算量和总线带宽占用，具有较好的填充视觉效果。进一步地，所述渲染模块包括着色器，所述着色器是运行于图形处理单元GPU上的程序单元，所述着色器接收所述扇面的坐标信息，将所述扇面的坐标信息转换为标准化设备坐标信息后，并根据所述数据纹理的坐标信息和所述标准化设备坐标信息，得到像素片元的纹理坐标，并根据每个像素片元的数据纹理输出相应的像素颜色，将所述像素颜色输出至所述显示模块。采用上述进一步方案的有益效果是：通过着色器接收扇面的坐标信息，将扇面的坐标信息转换为标准化设备坐标信息后，并根据数据纹理的坐标信息和标准化设备坐标信息，得到像素片元的纹理坐标，并根据每个像素片元的数据纹理输出相应的像素颜色，将像素颜色输出至显示模块显著提升一次信息渲染效率，满足大数据量高刷新率的一次信息渲染需求，减小绘制部分对于CPU资源的高占用，提升雷达显控软件用户界面的响应速度。进一步地，所述显示模块，还用于根据预设的余辉消隐时间、当前时间、所述数据纹理的上一次更新时间和上一次更新时间，得到当前时间所述数据纹理对应的像素片元的像素颜色。进一步地，所述显示模块，用于根据(所述雷达的方位采样点数+1)*方位数计算得到所述二维数组的大小，其中所述数据纹理中的一个纹素点用于存储所述数据纹理的更新时间。进一步地，所述显示模块，用于根据所述圆心的坐标信息和所述扇面对应的数据纹理的坐标信息，得到所述扇面的每一个顶点的坐标信息。进一步地，所述着色器包括顶点着色器、片元着色器和渲染管线；所述顶点着色器，用于接收所述扇面的坐标信息，将所述扇面的顶点的坐标信息转换为标准化设备坐标信息，并将所述数据纹理的坐标信息和所述标准化设备坐标信息输出至所述渲染管线；所述渲染管线，用于将所述扇面的顶点的标准化设备坐标信息进行数据插值，得到所述像素片元的纹理坐标，并将所述像素片元的纹理坐标发送至所述片元着色器；所述片元着色器，用于将所述像素片元的纹理坐标输入至所述片元着色器的预设函数，得到所述像素片元的RGBA值，并根据所述RGBA值得到所述像素片元的最近一次更新时间，根据所述最近一次更新时间、所述当前时间和预设一次信息余辉驻留时间，得到输出颜色的分量值。采用上述进一步方案的有益效果是：通过顶点着色器、片元着色器和渲染管线，采样数据纹理动态计算并输出颜色值，基本不消耗CPU资源，CPU的只需要向着色器提供计算所需要的参数，实现了像素并行的颜色计算，大大提升了渲染效率。进一步地，所述片元着色器，用于根据R+G256+B*256*256+A*256*256*256计算得到所述像素片元的最近一次更新时间，其中R、G、B和A分别是所述RGBA值中的各分量值。进一步地，所述片元着色器，用于根据1-(currentTime–time)/stayTime计算当前时间所述数据纹理对应的像素片元的像素颜色，其中，所述像素颜色的取值范围为[0.0，1.0]，time是最近一次更新时间，currentTime是当前时间，stayTime是预设的余辉消隐时间。此外，本专利技术还提供一种基于现代可编程图形管线的雷达数据可视化方法，所述方法包括：接收雷达的一次信息数据，并将所述一次信息数据转换为预设数据格式；将已转换为预设数据格式后的所述一次信息数据进行渲染，并根据渲染结果进行绘制和显示。本专利技术附加的方面的优点将在下面的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于现代可编程图形管线的雷达数据可视化框架，其特征在于，包括数据接口模块、显示模块和渲染模块；/n所述数据接口模块，用于接收雷达的一次信息数据，并将所述一次信息数据转换为预设数据格式后，发送至所述显示模块；/n所述显示模块，用于将已转换为预设数据格式后的所述一次信息数据发送至所述渲染模块进行渲染，并根据渲染结果进行绘制和显示；/n所述渲染模块，用于将已转换为预设数据格式后的所述一次信息数据进行渲染，并将所述渲染结果发送至所述显示模块。/n

【技术特征摘要】
20190905 CN 20191083782471.一种基于现代可编程图形管线的雷达数据可视化框架，其特征在于，包括数据接口模块、显示模块和渲染模块；
所述数据接口模块，用于接收雷达的一次信息数据，并将所述一次信息数据转换为预设数据格式后，发送至所述显示模块；
所述显示模块，用于将已转换为预设数据格式后的所述一次信息数据发送至所述渲染模块进行渲染，并根据渲染结果进行绘制和显示；
所述渲染模块，用于将已转换为预设数据格式后的所述一次信息数据进行渲染，并将所述渲染结果发送至所述显示模块。


2.根据权利要求1所述的雷达数据可视化框架，其特征在于，
所述显示模块，用于将已转换为预设数据格式后的所述一次信息数据转换为数据纹理，所述数据纹理存储于图形处理单元GPU中内存上的连续存储区域中，所述数据纹理是二维数组，且所述数据纹理中的每个纹素是二维数组中的一个值，分别存储预设数量的颜色分量，所述二维数组的大小根据所述雷达的方位采样点数和所述雷达的方位数确定；
将所述数据纹理转换至顶点网格，其中，所述顶点网格是围绕圆心排列的多个扇面，所述扇面的个数与所述方位数相同，每个所述扇面对应所述雷达的一个方位，将所述扇面的坐标信息和所述数据纹理的坐标信息发送至所述渲染模块。


3.根据权利要求2所述的雷达数据可视化框架，其特征在于，
所述渲染模块包括着色器，所述着色器是运行于图形处理单元GPU上的程序单元，所述着色器接收所述扇面的坐标信息，将所述扇面的坐标信息转换为标准化设备坐标信息后，并根据所述数据纹理的坐标信息和所述标准化设备坐标信息，得到像素片元的纹理坐标，根据每个像素片元的数据纹理输出相应的像素颜色，并将所述像素颜色输出至所述显示模块。


4.根据权利要求2所述的雷达数据可视化框架，其特征在于，
所述显示模块，还用于根据预设的余辉消隐时间、当前时间和所述数据纹理的上一次更新时间，得到当前时间所述数据纹理对应的像素片元的像素颜色。


5.根据权利要求2所述的雷达数据可视化框架，其特征在于，
所述显示模块，用于根据(所述雷达的方位采样点...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛续锟，郑浩，
申请(专利权)人：北京无线电测量研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11