一种高精度高分辨率卫星成像模拟引擎及实现方法技术

本发明专利技术涉及一种高精度高分辨率卫星成像模拟引擎及实现方法，包括：场景解析模块、场景组织管理模块、两级任务划分模块、光线追踪模块和图像合成模块；本发明专利技术基于光线追踪渲染技术，通过Sender-Worker-Receiver并行计算模型、两级任务划分方法和动态自适应调度方法，能够快速渲染大规模复杂的地形地貌场景，解决了数据通信时单节点性能瓶颈的问题，实现了节点间负载平衡和高扩展性，减少了卫星成像模拟所需的时间，提高了模拟效率。

【技术实现步骤摘要】

【技术保护点】
一种高精度高分辨率卫星成像模拟引擎，其特征在于包括：场景解析模块、场景组织管理模块、两级任务划分模块、光线追踪模块和图像合成模块；场景解析模块，集群所有节点读取场景模型数据，所述场景模型数据包括地物模型数据、几何信息、材质信息,所述集群所有节点包括Sender节点、Worker节点和Receiver节点，其中Sender节点负责节点任务划分，以及发送任务到Worker节点；Worker节点负责计算具体的任务；Receiver节点负责收集任务计算结果，并将收到的所有任务合成图像；整个场景由一个个对象组成，每个对象有一个唯一的ID且由三角形面片网组成，三角形面片网包含如下信息：三角形顶点位置、顶点纹理坐标、顶点法向量、三角形顶点在顶点数组中的索引；此外，每个三角形面片网还包括所使用的材质类信息以及材质的关联纹理和波谱信息，解析三角面片信息，然后将这些三角面片信息存入stMesh；由于stMesh中已经保存了从模型中读出的所有图元信息，因此，对于每一个模型，依次循环访问每一个子对象，然后去访问每个子对象的顶点、纹理坐标等信息，并把它们加入到对应的图元结构体中，这样就完成了将地物模型数据解析为系统所支持的模型图元结构；场景组织管理模块的输入为空间数据结构和场景解析模块输出的模型图元结构，集群所有节点首先将模型图元结构根据给定的空间数据结构确定自身的空间位置，然后将这些模型图元结构分别归属到不同的空间划分单元，进一步得到重新组织的图元链表，当光线与物体进行相交测试时就可以根据物体的空间划分快速剔除大部分不会相交的几何体，保留有相交可能性的几何体，极大的提高了光线与场景内几何体的相交测试效率；两级任务划分模块，输入为卫星模拟成像平面和场景组织管理模块输出的重新组织的图元链表，集群所有节点根据Worker节点数量和卫星成像分辨率大小，进行粗粒度的卫星成像模拟任务划分后保存到初级任务缓冲队列中；然后Sender节点发送初级任务到Worker节点，Worker节点收到任务后，根据节点CPU核数目和分配到的卫星成像模拟初级任务大小以及CPU核申请任务开销因素对初级任务进一步细粒度划分为次级任务，然后保存到次级任务池中；光线追踪模块，输入为太阳光源信息、相机焦点，大气信息数据、地表分类信息和两级任务划分模块输出的次级任务，Worker节点进入光线追踪计算，追踪光线从相机焦点出发，通过次级任务所对应的卫星成像模拟平面上每个采样点向地物模型发出一条光线，如果光线与场景中的地物即重新组织的图元链表不相交，则光线将射出场景，追踪结束；否则，计算 出离相机焦点最近的地物表面交点，递归进行此过程，得到经过多次相交，反射及透射的完整光线路径，最终根据太阳光源信息以及大气信息数据计算出此光线辐射能量；图像合成模块，输入光照强度和光线追踪模块出的光线辐射能量，综合考虑光照强度，将光线追踪算法计算出的每条光线上各个采样点的光线辐射能量及不透明度值由前向后加以合成，最终得到卫星成像模拟图像；另外，该模块集成了PNG、JPEG、TGA图形图像数据通用格式以及高清EXR图像格式的解码处理，使得能支持多种图像输出格式。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张云泉，吴长茂，杨聪俐，
申请(专利权)人：中国科学院软件研究所，
类型：发明
国别省市：