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专利号: 2018103155110
申请人: 西安电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种复杂目标对背景光辐射的二次散射计算方法,其特征在于,包括有以下步骤:

步骤一:建立目标模型:通过3dmax建立目标的3dmax模型,然后将建立的3dmax目标模型转换为MOD模型;MOD模型分为五部分组成,第一部分为模型格式识别信息、面元数和顶点数;第二部分为面元索引值、部件索引值、材质索引值、色彩索引值和顶点的索引值;第三部分为顶点索引和点的坐标值;第四部分为部件索引值和部件类型名称;第五部分为材质索引值和材质名称。

步骤二:输入目标的MOD模型信息:首先利用几何方法对模型进行自遮挡处理,然后针对自遮挡处理后的目标MOD模型中的所有面元,将面元之间的遮挡利用Z-BUFFER消隐算法处理,Z-BUFFER消隐算法通过将入射方向或散射方向为Z轴建立笛卡尔三维坐标系,把目标MOD模型投影到这个坐标系中,把投影后的目标MOD模型在XOY平面内划分为若干个像素,像素的个数应该远大于模型的面元数,根据像素在坐标系中的位置信息,保存所有像素中未被其他像素遮挡的像素信息,最后通过保存的像素信息即可以得到目标MOD模型所有面元中每个面元未被遮挡的面元面积大小,如果面元被遮挡的面积小于一半则认为这个面元未被遮挡,否则认为面元被遮挡;最后在目标MOD模型中去除所有的遮挡面元,得到未被遮挡的目标MOD模型;

对未被遮挡的目标MOD模型面元进行二次散射计算;

步骤三:目标面元对之间二次散射初次判断:对未被遮挡的目标MOD模型所有面元遍历依次作为初始面元即面元1和剩余面元之间进行判断,如果可能发生二次散射,则这两个面元组成一个面元对,执行步骤四,进行坐标系转换,并计算这个面元对之间的二次散射,面元对包含面元1和面元2;如果未发生二次散射则重复执行步骤三,进行下一个面元对的二次散射初次判断;

步骤四:坐标系转换:以太阳作为入射光为例,要计算目标对太阳的二次散射,通过太阳入射方向计算得到太阳光照射到面元1上的镜像散射方向,以镜像散射方向为Z轴建立新坐标系,将该新坐标系定义为S坐标系,S坐标系仍然为笛卡尔三维坐标系,把面元对投影到S坐标系的XOY平面内;

步骤五:计算面元对之间的散射面积:在步骤四建立的S坐标系中,在X0Y平面内投影面元之间的位置关系有相交、分离和包含,保存面元线段之间所有的交点和互相包含的点,然后去除重复点,如果剩余的点的个数小于3,则证明不能形成闭合面积,即不能发生二次散射;否则对剩余各点找出Y值最小的点设为MinP,依次计算出其他各点相对于MinP的张角大小,根据张角大小对各点进行排序,最后对排好序的点进行多边形面积计算;

步骤六:计算并完成复杂目标的二次散射:根据双向反射分布函数(BRDF)求出面元1上的镜像散射亮度大小,通过辐亮度和辐照度之间的转换关系,得到面元2接收到的辐照度,然后根据步骤五求出的相交面积大小求出面元对上面元1和面元2的散射面积大小,最后根据面元2上的双向反射分布函数(BRDF),对面元之间的二次散射进行计算,进而完成复杂目标的二次散射计算。

2.根据权利要求1所述的复杂目标的二次散射计算方法,其特征在于,步骤四中所述的坐标系转换包括有以下步骤:

4.1设太阳入射方向为 则入射光线 利用如下几何公式可求得入射光线方向 在面元1上的镜像反射波方向

4.2以反射方向 作为z1轴,x1o1y1平面与反射方向垂直,y1轴取为舰船坐标系的z轴在x1o1z1平面内的投影,舰船坐标系和S坐标系转换如下:其中o1x1y1z1表示S坐标系,oxyz为舰船坐标系。

3.根据权利要求1所述的复杂目标的二次散射计算方法,其特征在于,步骤五中所述的在S坐标系下计算面元对之间的散射面积,包括有如下步骤:

5.1面元1和面元2在S坐标系中的投影面元对分别为面元11和面元21,在S坐标系下,这两个面元之间的关系在XOY平面内有三种:相交、包含和分离;

5.2将面元11和面元21在S坐标系下XOY平面内的三条边依次进行求交测试,如果有相交点,则保存相交点的坐标;

5.3判断面元11和面元21在S坐标系下XOY平面内是否存在相互包含的情况,包含分为全部包含和部分包含,如果目标的一个面元的部分顶点在另一个面元内也属于包含的情况,把所有被包含的顶点坐标保存;

5.4对保存的点坐标进行判断,删除重复点,如果删除重复点后剩余点的个数小于3,则两个三角面元不能发生二次散射,执行步骤三,否则,则认为发生二次散射,执行步骤5.5;

5.5对保存的点进行排序:对保存的点中找出S坐标系下XOY平面内Y值最小的点设为MinP,依次对剩余各点求出在XOY平面内相对于MinP点的张角大小,并按照张角大小对各点进行排序,然后根据张角大小依次保存各点,连接保存的各点形成一个多边形;

5.6对所有保存的各点围成的多边形进行面积计算,把围成的多边形看成若干个三角形面积的和进行计算,即可求得保存各点围成的多边形面积大小,最后利用S坐标系Z轴与面元对的两个面元之间夹角大小求得面元对两个面元的散射面积大小。

4.根据权利要求1所述的复杂目标的二次散射计算方法,其特征在于,步骤六中所述的计算并完成复杂目标的二次散射包括有以下步骤:

6.1根据步骤4.1中求得的面元1上的镜像散射方向和太阳入射方向,求出面元1坐标系上的太阳入射角和方位角,镜像散射方向散射角和方位角,根据BRDF求得面元1上的镜像散射亮度Li:Li=f1Esun(λ)cosθi

式子中f1为面元1的BRDF大小,Esun(λ)为固定波长对应的太阳辐照度,θi为太阳光入射光线与面元1法线的夹角;

6.2根据S坐标系中求得的相交面积大小和新旧坐标系之间夹角大小,求出在面元对上面元1和面元2的散射面积大小;

6.3辐亮度和辐照度之间的转换:面元1上散射面积为S1,面元2上散射面积为S2,由面元

1散射面积S1发出并落到面元2散射面积S2上的辐射通量Φ为:

Φ=LicosθrS1Ω

式中Ω为面元2散射面积S2对面元1散射面积S1所张的立体角,即 θr为面元1法线与两个面元中心连线的夹角;面元1和面元2中心的距离为R,θd为面元2法线与两个面元连线的夹角,则面元1散射面积S1在面元2散射面积S2上产生的光谱辐照度E为:E=f1Esun(λ)cosθi·cosθrcosθdS1/R2

6.4利用面元2上的BRDF即可求得面元1对面元2的二次散射亮度dLr:

dLr=f2(f1Esun(λ)cosθi)S2cosθscosθrcosθddλ/R2最后利用如上公式得到复杂目标对太阳的二次散射亮度Lr,

完成复杂目标的二次散射的计算。