视景模拟方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种视景模拟方法及装置，属于计算机图形学领域。所述方法包括：获取视点在大地坐标系中的三维坐标和俯仰角；根据所述三维坐标中的垂直坐标获取所述视点的飞行高度值；根据所述三维坐标中的横坐标和纵坐标获取所述视点与其所在透视投影矩阵的远截面之间的距离；根据所述飞行高度值和所述距离计算所述视点与模拟天地线平面之间的夹角；将所述俯仰角减去所述夹角后作为修正后的俯仰角。本发明专利技术通过对视点的俯仰角进行修正，可以消除模拟天地线与实际天地线之间存在的误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理领域，特别涉及一种视景模拟方法及装置。
技术介绍
视景系统作为飞行模拟器的重要组成部分，能够在飞行模拟训练时为飞行员实时提供一个与飞机地理位置和姿态相对连续的座舱外景象，使飞行员产生身临其境的感觉。视景系统通常基于透视投影模型来展示场景，透视投影模型通常包括视点E和视平面P，如图1所示。其中，视点E可以认为是观察者的位置，也是观察三维世界的角度；视平面P就是绘制三维对象透视图的二维平面，比如飞行模拟器的屏幕所在平面。对于三维世界中的任一点X，构造一条起点为视点E并经过X点的射线，该射线与视平面P的交点Xp 就是X点的透视投影结果，三维世界中的任何物体都可以看做点的集合，按照该方法可以在视平面P上构建任何一个三维对象的透视投影图。但是由于受成像计算机软硬件的限制，实际的透视投影模型通常将理论上无限大的视平面P限定为一定大小的矩形，而视点E 的理论上无限大的可视区间也被限定为有限大小的视锥体，该视锥体由一个较近的视平面和一个较远的视平面来限制其大小，其中较近的视平面可以称之为近截面，较远的视平面可以称之为远截面。显然，视锥体中的远截面不可能无限远，因为不可能实时绘制无限大的地景。此时，将会采用视锥体中远截面与水平面的交界线作为模拟天地线。其中，透视投影模型可以采用透视投影矩阵来实现。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题现有技术中提供的模拟天地线会与实际天地线存在误差，而且飞行高度越高，模拟天地线与实际天地线之间的误差就越大。另外需要认识到的是，飞行员习惯上通过HUDOfead Up Display，平视显示器)上显示的天地线(相当于实际天地线)与模拟天地线之间的关系来保持飞行状态，现有技术中提供的存在误差的模拟天地线会给飞行模拟训练带来很大的困扰，影响飞行模拟训练的质量。
技术实现思路
为了消除模拟天地线与实际天地线之间的误差，本专利技术实施例提供了一种视景模拟方法及装置。所述技术方案如下根据本专利技术的一个方面，本专利技术实施例提供一种视景模拟方法，所述方法包括获取视点在大地坐标系中的三维坐标和俯仰角；根据所述三维坐标中的垂直坐标获取所述视点的飞行高度值；根据所述三维坐标中的横坐标和纵坐标获取所述视点与所述视点所在透视投影矩阵中的远截面之间的距离；根据所述飞行高度值和所述距离计算所述视点与模拟天地线平面之间的夹角；将所述俯仰角减去所述夹角后作为修正后的俯仰角。进一步地，所述根据所述飞行高度值和所述距离计算所述视点与模拟天地线平面之间的夹角，具体包括设所述视点的飞行高度值为h，所述视点与所述视点所在透视投影矩阵中的远截面之间的距离为f ；根据所述飞行高度值h和所述距离f计算获得所述夹角α为进一步地，所述根据所述飞行高度值和所述距离计算所述视点与模拟天地线平面之间的夹角，具体包括设所述视点的飞行高度值为h，所述视点与所述视点所在透视投影矩阵中的远截面之间的距离为f ；根据所述飞行高度值h和所述距离f计算获得所述夹角α为or=arctan(-VarccosC R ),其中 R 为地球半径。^f JR + h进一步地，所述方法还包括构建一个用于形成人工天地线的水平面，所述水平面的平面坐标中的垂直坐标为 0、横坐标和纵坐标与所述三维坐标的对应坐标值相同。进一步地，所述方法还包括获取目标物体在大地坐标系中的坐标；将所述目标物体的坐标利用第一变换矩阵变换为第一坐标，所述第一变换矩阵为大地坐标系到修正前的视点坐标系的坐标变换矩阵；将所述第一坐标利用第二变换矩阵变换为第二坐标，所述第二变换矩阵为修正后的视点坐标系到大地坐标系的坐标变换矩阵；将所述第二坐标作为所述目标物体在大地坐标系中修正后的坐标。根据本专利技术的另一方面，本专利技术实施例还提供一种视景模拟装置，所述视景模拟装置包括视点坐标获取模块，用于获取视点在大地坐标系中的三维坐标和俯仰角；飞行高度获取模块，用于根据所述三维坐标中的垂直坐标获取所述视点的飞行高度值；距离获取模块，用于根据所述三维坐标中的横坐标和纵坐标获取所述视点与所述视点所在透视投影矩阵中的远截面之间的距离；夹角计算模块，用于根据所述飞行高度值和所述距离计算所述视点与模拟天地线平面之间的夹角；俯仰角修正模块，用于将所述俯仰角减去所述夹角后作为修正后的俯仰角。进一步地，设所述飞行高度获取模块获取的所述视点的飞行高度值为h，所述距离获取模块获取的所述视点与所述视点所在透视投影矩阵中的远截面之间的距离为f ；所述夹角计算模块根据所述飞行高度值h和所述距离f计算获得所述夹角α为 进一步地，设所述飞行高度获取模块获取的所述视点的飞行高度值为h，所述距离获取模块获取的所述视点与所述视点所在透视投影矩阵中的远截面之间的距离为f ；所述夹角计算模块根据所述飞行高度值h和所述距离f计算获得所述夹角α为a= arctan - | - arccos ( R )，其中 R 为地球半径。^f JR + h进一步地，所述装置还包括水平面构建模块，用于构建一个用于形成人工天地线的水平面，所述水平面的平面坐标中的垂直坐标为0、横坐标和纵坐标与所述三维坐标的对应坐标值相同。进一步地，所述装置还包括目标坐标获取单元、第一坐标变换单元、第二坐标变换单元和目标坐标修正单元；目标坐标获取单元，用于获取目标物体在大地坐标系中的坐标；第一坐标变换单元，用于将所述目标物体的坐标利用第一变换矩阵变换为第一坐标，所述第一变换矩阵为大地坐标系到修正前的视点坐标系的坐标变换矩阵；第二坐标变换单元，用于将所述第一坐标利用第二变换矩阵变换为第二坐标，所述第二变换矩阵为修正后的视点坐标系到大地坐标系的坐标变换矩阵；目标坐标修正单元，用于将所述第二坐标作为所述目标物体在大地坐标系中修正后的坐标。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是通过对视点的俯仰角进行修正，可以消除模拟天地线与实际天地线之间存在的误差。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是现有技术中的一种透视投影模型的原理示意图；图2是本专利技术实施例采用的一种透视投影标准模型的原理示意图；图3是本专利技术实施例一提供的视景模拟方法的方法流程图；图4是某一时刻透视投影模型在Y-Z面上的投影示意图；图5是本专利技术实施例二提供的视景模拟方法的方法流程图；图6是本专利技术实施例三提供的视景模拟装置的结构方框图；图7是本专利技术实施例三提供的目标物体修正模块的结构方框图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。为了便于描述，请首先参考图2，其示出了本专利技术实施例采用的一种透视投影标准模型的原理示意图。该透视投影标准模型包括视点E和矩形的视平面。其中，设视点E位于空间直角坐标系的原点，视平面则垂直于纵轴z，并且视平面的矩形边分别平行于横轴Χ和竖轴y。视点E的可视区域为由近截面Pl和远截面P2限定的视锥体，完全位于视锥体之外的物体将被剔除，位于视锥体边界的物体将被裁减。实施例一请参考图3，其示出了本专利技术实施例提供的视景模拟方法的方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：雷励星，范贤德，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军军训器材研究所，
类型：发明
国别省市：