【技术实现步骤摘要】
一种地形金字塔天体表面光照仿真方法和系统
[0001]本专利技术涉及一种影像仿真领域，尤其是涉及一种地形金字塔天体表面光照仿真方法。
技术介绍
[0002]太阳光照是月球探测活动中着陆器和巡视器的主要能量来源，同时也影响着月球的热状态与地质过程。精确的光照预测与分析是月球表面探测活动的必要准备工作，其精度与分辨率对于月面着陆与科研站选址极端重要。传统的光照仿真方法包括光线追踪法和地平线法。其中，光线追踪法是在建立太阳系天体轨道模型的基础上，直接计算星体表面点到光源点之间每个瞬态的布尔可见性，代表性的产品为NASA的IllumNG系统。这种方法虽然结合了前沿的计算机硬件加速技术，但是在面临高分辨率、长时间跨度的仿真任务时，即使使用大型运算设备，其运算效率仍远远不能满足需求。地平线法是为了解决这一问题而出现的，这种方法通过预先保存的地平线数据库来加速仿真运算，计算一个新时刻的光照条件耗时极少，在长时间跨度的光照分析中具有极高的运算收益。代表性的产品为欧空局的光照与通讯分析工具(ICAT)。地平线法解决了一部分的运算量问题，得以使...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种地形金字塔天体表面光照仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将多级分辨率下的地形网格数据转换到统一的笛卡尔空间建立地形金字塔；S2、在地形金字塔的不同层中截取设定的距离区间以设定的采样间隔搜索最大遮挡仰角，将整个金字塔中的最大地形遮挡仰角数据进行合并得到与地形数据同等分辨率的地平线数据库；S3、使用星历查询任意时刻的太阳方位，结合地平线数据库，通过折线形式的地平线以及太阳圆盘视直径数据，以几何关系计算出当前时刻的太阳圆盘可视比例地图，表征瞬间的光照情况。2.根据权利要求1所述的一种地形金字塔天体表面光照仿真方法，其特征在于，步骤S1中具体包括：S11、载入多级分辨率下的地形网格数据，定义笛卡尔空间，计算网格中心点处的笛卡尔坐标；S12、以三网格数据的形式存储各分辨率下地形的笛卡尔坐标，将不同分辨率的数据定义为金字塔的不同层。3.根据权利要求1所述的一种地形金字塔天体表面光照仿真方法，其特征在于，步骤S2中具体包括：S21、计算金字塔各层下的采样距离向量，按照感兴趣区域范围和采样距离向量的最大值逐层裁剪地形网格；S22、离散化方位角，逐方位角逐网格地按照采样距离向量在金字塔的每层搜索地形遮挡仰角的最大值，每个方位角在金字塔的每层的搜索结果存储为一个最大地形遮挡仰角网格；S23、逐方位角地，将下层金字塔的最大地形遮挡仰角网格，按照上一层的网格拓扑重采样，然后保留两个网格中相同位置下的较大值，重复这个过程直到将整个金字塔中的最大地形遮挡仰角数据合并完成，得到了完整的地平线数据库。4.根据权利要求1所述的一种地形金字塔天体表面光照仿真方法，其特征在于，步骤S3中具体包括：S31、以S11中定义的笛卡尔坐标原点作为观察点查询星历，得到指定时刻的太阳高度角、太阳方位角以及太阳圆盘视直径数据；S32、在地平线数据库中找到两个方位角最接近的网格数据，按照方位角的偏差线性插值得到当前方位角下的地平线地图，即最大地形遮挡仰角数据网格；S33、以步骤S32的方式获得与当前方位角成
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0.25
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的地平线地图，随后使用该地平线地图来获得当前地平线左右两侧的坡度，最后用一条折线描述此时感兴趣区域中任意查询点的地平线；S34、结合折线形式的地平线以及太阳圆盘视直径数据，通过几何关系计算出当前时刻的太阳圆盘可视比例地图，表征瞬间的光照情况。5.根据权利要求4所述的一种地形金字塔天体表面光照仿真方法，其特征在于，所述步骤S3中还包括：S35、重复步骤S31～S34，按照指定的时间间隔获得整个查询周期内任意时刻的光照地图，即太阳圆盘可视比例地图，通过堆叠平均的统计方式获得平均光照地图。
6.一种地形金字塔天体表面光照仿真系统，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：童小华，黄潜，刘世杰，叶真，金雁敏，谢欢，许雄，冯永玖，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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