CN109064556B - 一种面向isr的地貌高精度仿真建模*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向ISR的地貌高精度仿真建模***，涉及图像处理技术领域，解决了将环境信息数据直接加载在二维图形上，融合的三维模型存在精度较低、立体感较差和色彩渲染单一的问题，其技术方案要点是：包括信息采集模块、分析与分类整理模块和仿真建模模块；信息采集模块，用于采集预建模区域的地貌信息；所述分析与分类整理模块，用于对所述地貌信息进行数据分析，并根据地形环境信息、海洋环境信息以及森林与建筑环境信息对数据分析结果进行分类处理；所述仿真建模模块包括地形环境建模模块、海洋环境建模模块、森林环境建模模块和建筑环境建模模块，具有增强仿真三维模型的精度、立体感和色彩渲染度，提高仿真三维模型真实性的效果。

Description

一种面向ISR的地貌高精度仿真建模***

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，更具体地说，它涉及一种面向ISR的地貌高精度仿真建模***。

背景技术

C4ISR***，是一种现代军事指挥***，是现代军事战争中的指挥大脑。为了提高军队的军事素质，进行实地演练是必不可少的训练科目。然而进行实地演练的投入成本较高，如通讯成本和燃油成本，因此，对实地进行仿真建模，并应用于模拟训练得以快速推广。实地模拟训练是为了增强训练者根据实地情况做出判定的准确性，所以，对三维模型的真实性要求较高。

目前的仿真建模，一般采用计算机仿真模型模拟***对预建模对象进行物理建模，包括二维图形生成、提取相应的环境信息数据以及将所提取的环境信息数据加载在二位图像上，最终融合形成三维模型。

现有的仿真三维模型，通过将环境信息数据直接加载在二维图形上，融合的三维模型存在精度较低、立体感较差和色彩渲染单一等问题，现有的仿真三维模型不适合对真实性要求较高的模拟训练中。因此，设计出一种真实性较高的仿真建模***是我们目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向ISR的地貌高精度仿真建模***，具有增强仿真三维模型的精度、立体感和色彩渲染度，提高仿真三维模型真实性的效果。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种面向ISR的地貌高精度仿真建模***，包括信息采集模块、分析与分类整理模块和仿真建模模块；

所述信息采集模块，用于采集预建模区域的地貌信息，地貌信息包括地形环境信息、海洋环境信息、森林环境信息和建筑环境信息；

所述分析与分类整理模块，用于对所述地貌信息进行数据分析，并根据地形环境信息、海洋环境信息以及森林与建筑环境信息对数据分析结果进行分类处理；

所述仿真建模模块，用于根据分类处理后的数据建立相应的仿真模型，包括地形环境建模模块、海洋环境建模模块、森林环境建模模块和建筑环境建模模块；

所述地形环境建模模块，用于根据所述地形环境信息对所述预建模区域进行图形学三维模型管线绘制，并扫描转换光栅化后进行图形绘制处理；

所述海洋环境建模模块，用于根据所述海洋环境信息对所述预建模区域进行海浪模型绘制，并在绘制的海浪模型上模拟出海面网格，最后对所述海面网格进行海面光照渲染；

所述森林环境建模模块，根据所述森林环境信息绘制森林图像，提取所述森林环境信息中的森林颜色特征信息和森林纹理特征信息，并将所述森林颜色特征信息和森林纹理特征信息加载在所述森林图像上，最终形成森林模型；

所述建筑环境建模模块，根据所述建筑环境信息绘制建筑图像，基于均值漂移算法将所述建筑图像中的房屋区域图像分割开，提取所述建筑环境信息中的房屋颜色特征信息和房屋纹理特征信息，并将所述房屋颜色特征信息和房屋纹理特征信息加载在所述房屋区域图像上，最终形成建筑模型。

通过采用上述技术方案，对地形环境建模模块、海洋环境建模模块、森林环境建模模块和建筑环境建模模块进行分类建模，然后将分类建立的模型进行融合；便于增强仿真三维模型的精度、立体感和色彩渲染度，提高了仿真三维模型真实性。

本发明进一步设置为：所述地形环境建模模块包括：

A.地形模型顶点生成，根据所述地貌信息在顶点坐标系中生成相应的顶点；

B.顶点坐标系变换，对所述地形模型的顶点进行视图变换、模型变换和投影变换；

C.图元装配，将所述地形模型的顶点序列按照顶点连接信息装配成几何图元，几何图元包括三角形、线段和点；

D.光栅化，将所述几何图元和所述地貌信息中的像素数据转化成片段，每个片段对应帧缓冲区的一个像素；

E.纹理着色处理，对所述片段进行纹理颜色处理、透明度修改和雾效处理；

F.光栅操作，对纹理着色处理后的片段进行消除隐藏面、产生模型光照阴影、裁剪测试、和模板测试。

通过采用上述技术方案，使得地形特征的模拟更加明显，增强了地形模型的精确度。

本发明进一步设置为：所述海洋环境建模模块包括：

G.海面高度场生成,同时基于频谱统计的FFT建模和Perlin噪声生成各自的高度场数据，然后根据所述海洋环境信息融合生成混合高度场；

H.海面网格生成，通过投影算法生成球面状海面网格，并将混合高度场数据加载在球面状海面网格点上，最后生成波浪形态的海洋模型雏形；

I.海面光照渲染，通过大气散射技术对大气环境进行模拟，并以大气环境为全局环境光，实时计算海洋模型中海洋表面的光照。

通过采用上述技术方案，利用球面状海面网格，减少了远处网格点稠密而产生强烈闪烁感的情况发生，使得海洋模型更加逼真形象。

本发明进一步设置为：所述森林环境建模模块包括：

J.图像二值化，基于多通道灰度共生矩阵的图像分割算法得到表示森林区域的二值图像；

K.稀疏区域清除，清除所述二值图像中稀疏的森林区域，并保持密集森林区域内部的像素分布；

L.建模参数随机生成，在二值图像中按密度随机选择像素点的坐标作为树木坐标，同时随机配置树木的高度和类型参数；

M.建立模型，将坐标信息、高度信息、树木类型信息制作到同一点模型中，集中所有的点生成森林模型。

通过采用上述技术方案，使得森林模型更具有立体感与真实感。

本发明进一步设置为：所述建筑环境建模模块包括：

N.图像二值化，基于均值漂移图像分割算法得到表示房屋区域的二值图像；

O.多边形提取，基于线段分级***提取一个连通房屋区域中的建筑边线组成的多边形；

P.建筑建模信息提取，在所述建筑环境信息中搜索出一个连通建筑区域，提取所述连通建筑区域中能完全覆盖所述连通建筑区域的矩形边长和偏角信息作为建模参数；

Q.建立模型，根据所述建模参数在模型库中匹配得出相似模型作为所述房屋区域的模型，结合所有房屋模型生成建筑群模型。

通过采用上述技术方案，提高了建筑模型建立的速度。

综上所述，本发明具有以下有益效果：便于增强仿真三维模型的精度、立体感和色彩渲染度，提高了仿真三维模型真实性；使得地形特征的模拟更加明显，增强了地形模型的精确度；利用球面状海面网格，减少了远处网格点稠密而产生强烈闪烁感的情况发生，使得海洋模型更加逼真形象；使得森林模型更具有立体感与真实感；提高了建筑模型建立的速度。

附图说明

图1是实施例中的架构框图；

图2是实施例中地形环境建模模块的流程图；

图3是实施例中海洋环境建模模块的逻辑流程图；

图4是实施例中森林环境建模模块的逻辑流程图；

图5是实施例中建筑环境建模模块的逻辑流程图。

图中：1、信息采集模块；11、分析与分类整理模块；12、仿真建模模块；2、地形环境建模模块；3、海洋环境建模模块；4、森林环境建模模块；5、建筑环境建模模块。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本发明作进一步详细说明。

实施例：一种面向ISR的地貌高精度仿真建模***，如图1所示，

包括信息采集模块、分析与分类整理模块和仿真建模模块。信息采集模块，用于采集预建模区域的地貌信息，地貌信息包括地形环境信息、海洋环境信息、森林环境信息和建筑环境信息。分析与分类整理模块，用于对地貌信息进行数据分析，并根据地形环境信息、海洋环境信息以及森林与建筑环境信息对数据分析结果进行分类处理。仿真建模模块，用于根据分类处理后的数据建立相应的仿真模型。

如图1所示，仿真建模模块包括地形环境建模模块、海洋环境建模模块、森林环境建模模块和建筑环境建模模块。地形环境建模模块，用于根据地形环境信息对预建模区域进行图形学三维模型管线绘制，并扫描转换光栅化后进行图形绘制处理。海洋环境建模模块，用于根据所述海洋环境信息对预建模区域进行海浪模型绘制，并在绘制的海浪模型上模拟出海面网格，最后对海面网格进行海面光照渲染。森林环境建模模块，根据森林环境信息绘制森林图像，提取森林环境信息中的森林颜色特征信息和森林纹理特征信息，并将森林颜色特征信息和森林纹理特征信息加载在森林图像上，最终形成森林模型。建筑环境建模模块，根据建筑环境信息绘制建筑图像，基于均值漂移算法将建筑图像中的房屋区域图像分割开，提取建筑环境信息中的房屋颜色特征信息和房屋纹理特征信息，并将房屋颜色特征信息和房屋纹理特征信息加载在房屋区域图像上，最终形成建筑模型。对地形环境建模模块、海洋环境建模模块、森林环境建模模块和建筑环境建模模块进行分类建模，然后将分类建立的模型进行融合；便于增强仿真三维模型的精度、立体感和色彩渲染度，提高了仿真三维模型真实性。

如图1与图2所示，地形环境建模模块包括以下步骤：

步骤A：地形模型顶点生成，根据所述地貌信息在顶点坐标系中生成相应的顶点。

步骤B：顶点坐标系变换，对所述地形模型的顶点进行视图变换、模型变换和投影变换。

步骤C：图元装配，将所述地形模型的顶点序列按照顶点连接信息装配成几何图元，几何图元包括三角形、线段和点。

步骤D：光栅化，将所述几何图元和所述地貌信息中的像素数据转化成片段，每个片段对应帧缓冲区的一个像素。

步骤E：纹理着色处理，对所述片段进行纹理颜色处理、透明度修改和雾效处理。

步骤F：光栅操作，对纹理着色处理后的片段进行消除隐藏面、产生模型光照阴影、裁剪测试、和模板测试。使得地形特征的模拟更加明显，增强了地形模型的精确度。

如图1与图3所示，海洋环境建模模块包括以下步骤：

步骤G：海面高度场生成,同时基于频谱统计的FFT建模和Perlin噪声生成各自的高度场数据，然后根据所述海洋环境信息融合生成混合高度场。

步骤H：海面网格生成，通过投影算法生成球面状海面网格，并将混合高度场数据加载在球面状海面网格点上，最后生成波浪形态的海洋模型雏形。

步骤I：海面光照渲染，通过大气散射技术对大气环境进行模拟，并以大气环境为全局环境光，实时计算海洋模型中海洋表面的光照。利用球面状海面网格，减少了远处网格点稠密而产生强烈闪烁感的情况发生，使得海洋模型更加逼真形象。

如图1与图4所示，森林环境建模模块包括以下步骤：

步骤J：图像二值化，基于多通道灰度共生矩阵的图像分割算法得到表示森林区域的二值图像。

步骤K：稀疏区域清除，清除所述二值图像中稀疏的森林区域，并保持密集森林区域内部的像素分布。

步骤L：建模参数随机生成，在二值图像中按密度随机选择像素点的坐标作为树木坐标，同时随机配置树木的高度和类型参数。

步骤M：建立模型，将坐标信息、高度信息、树木类型信息制作到同一点模型中，集中所有的点生成森林模型。使得森林模型更具有立体感与真实感。

如图1与图4所示，建筑环境建模模块包括以下步骤：

步骤N：图像二值化，基于均值漂移图像分割算法得到表示房屋区域的二值图像。

步骤O：多边形提取，基于线段分级***提取一个连通房屋区域中的建筑边线组成的多边形。

步骤P：建筑建模信息提取，在所述建筑环境信息中搜索出一个连通建筑区域，提取所述连通建筑区域中能完全覆盖所述连通建筑区域的矩形边长和偏角信息作为建模参数。

步骤Q：建立模型，根据所述建模参数在模型库中匹配得出相似模型作为所述房屋区域的模型，结合所有房屋模型生成建筑群模型。提高了建筑模型建立的速度。

工作原理：对地形环境建模模块、海洋环境建模模块、森林环境建模模块和建筑环境建模模块进行分类建模，然后将分类建立的模型进行融合；便于增强仿真三维模型的精度、立体感和色彩渲染度，提高了仿真三维模型真实性。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (3)

1.一种面向ISR的地貌高精度仿真建模***，其特征是：包括信息采集模块(1)、分析与分类整理模块(11)和仿真建模模块(12)；

所述信息采集模块(1)，用于采集预建模区域的地貌信息，地貌信息包括地形环境信息、海洋环境信息、森林环境信息和建筑环境信息；

所述分析与分类整理模块(11)，用于对所述地貌信息进行数据分析，并根据地形环境信息、海洋环境信息以及森林与建筑环境信息对数据分析结果进行分类处理；

所述仿真建模模块(12)，用于根据分类处理后的数据建立相应的仿真模型，包括地形环境建模模块(2)、海洋环境建模模块(3)、森林环境建模模块(4)和建筑环境建模模块(5)；

所述地形环境建模模块(2)，用于根据所述地形环境信息对所述预建模区域进行图形学三维模型管线绘制，并扫描转换光栅化后进行图形绘制处理；

所述海洋环境建模模块(3)，用于根据所述海洋环境信息对所述预建模区域进行海浪模型绘制，并在绘制的海浪模型上模拟出海面网格，最后对所述海面网格进行海面光照渲染；

所述森林环境建模模块(4)，根据所述森林环境信息绘制森林图像，提取所述森林环境信息中的森林颜色特征信息和森林纹理特征信息，并将所述森林颜色特征信息和森林纹理特征信息加载在所述森林图像上，最终形成森林模型；所述森林环境建模模块(4)包括：

J.图像二值化，基于多通道灰度共生矩阵的图像分割算法得到表示森林区域的二值图像；

K.稀疏区域清除，清除所述二值图像中稀疏的森林区域，并保持密集森林区域内部的像素分布；

L.建模参数随机生成，在二值图像中按密度随机选择像素点的坐标作为树木坐标，同时随机配置树木的高度和类型参数；

M.建立模型，将坐标信息、高度信息、树木类型信息制作到同一点模型中，集中所有的点生成森林模型；

所述建筑环境建模模块(5)，根据所述建筑环境信息绘制建筑图像，基于均值漂移算法将所述建筑图像中的房屋区域图像分割开，提取所述建筑环境信息中的房屋颜色特征信息和房屋纹理特征信息，并将所述房屋颜色特征信息和房屋纹理特征信息加载在所述房屋区域图像上，最终形成建筑模型，所述建筑环境建模模块(5)包括：

N.图像二值化，基于均值漂移图像分割算法得到表示房屋区域的二值图像；

O.多边形提取，基于线段分级***提取一个连通房屋区域中的建筑边线组成的多边形；

P.建筑建模信息提取，在所述建筑环境信息中搜索出一个连通建筑区域，提取所述连通建筑区域中能完全覆盖所述连通建筑区域的矩形边长和偏角信息作为建模参数；

Q.建立模型，根据所述建模参数在模型库中匹配得出相似模型作为所述房屋区域的模型，结合所有房屋模型生成建筑群模型。

2.根据权利要求1所述的一种面向ISR的地貌高精度仿真建模***，其特征是：所述地形环境建模模块(2)包括：

A.地形模型顶点生成，根据所述地貌信息在顶点坐标系中生成相应的顶点；

B.顶点坐标系变换，对所述地形模型的顶点进行视图变换、模型变换和投影变换；

C.图元装配，将所述地形模型的顶点序列按照顶点连接信息装配成几何图元，几何图元包括三角形、线段和点；

D.光栅化，将所述几何图元和所述地貌信息中的像素数据转化成片段，每个片段对应帧缓冲区的一个像素；

E.纹理着色处理，对所述片段进行纹理颜色处理、透明度修改和雾效处理；

F.光栅操作，对纹理着色处理后的片段进行消除隐藏面、产生模型光照阴影、裁剪测试、和模板测试。

3.根据权利要求1所述的一种面向ISR的地貌高精度仿真建模***，其特征是：所述海洋环境建模模块(3)包括：

G.海面高度场生成,同时基于频谱统计的FFT建模和Perlin噪声生成各自的高度场数据，然后根据所述海洋环境信息融合生成混合高度场；

H.海面网格生成，通过投影算法生成球面状海面网格，并将混合高度场数据加载在球面状海面网格点上，最后生成波浪形态的海洋模型雏形；

I.海面光照渲染，通过大气散射技术对大气环境进行模拟，并以大气环境为全局环境光，实时计算海洋模型中海洋表面的光照。

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