(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210966580.4 (22)申请日 2022.08.12 (71)申请人 江西求是高等研究院 地址 330036 江西省南昌市红谷滩区学府 大道899号慧谷产业园3期 8号楼 (72)发明人 王章野　潘笑天　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 郑海峰 (51)Int.Cl. G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于Open GL的红外虚拟场景辐射度绘 制方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于Open  GL的红外虚拟 场景辐射度绘制方法， 本发明以辐射度原理为基 础， 以OpenGL为平台， 适应于红外场景真实感绘 制。 本发明利用纹理贴图技术作曲面细分， 利用 光栅化流程加速了形状因子的计算； 根据红外场 景辐射的特点， 建立起红外材质的数据库， 定量 实现了场景背景辐射、 大气传输效应和红外自辐 射的计算模 型， 为红外辐射度绘制的实现奠定了 扎实的物理基础， 在此基础上搭建起一个基于红 外辐射度算法的红外场景真实感绘制仿真系统， 绘制出多个地 面目标场景的红外图像 。 权利要求书2页 说明书9页 附图5页 CN 115546393 A 2022.12.30 CN 115546393 A 1.一种基于辐射度原理设计的虚拟场景红外绘制方法， 其特 征在于包括如下步骤： 1)测定场景材质的红外数据， 所述的红外数据包括各材质的红外发射率、 红外反射率 和红外吸 收率； 搭建虚拟场景模型； 2)计算得到场景的太阳辐射和大气背景辐射， 以及大气传输效应； 3)将场景中的物体简化为灰体， 根据测定的材质发射率计算热辐射， 并在计算温度场 与红外辐 射时均考虑热辐 射的影响； 计算场景热辐 射， 初始热辐 射由太阳直射辐 射和大气 背景辐射 生成； 4)基于前述步骤计算得到的场景热辐射更新场景表面的温度场， 并根据新的温度场再 次进行步骤3)的计算， 计算得到场景 热辐射； 5)基于步骤4)得到的场景热辐射， 计算场景所有面片的出射辐射度， 存储为光照贴图， 使用光栅化绘制得到最终的仿真结果。 2.权利要求1中所述的一种基于OpenGL实现的辐射度绘制方法， 其特征在于： 所述步骤 3)中的计算场景 热辐射包括如下步骤： a)网格细分 对于场景中每一个网格， 构造三个纹理贴图， 将网格划分为面片并利用UV坐标表示每 个面片的数据； b)平行光的绘制 由于辐射度算法的数学原 理是对场景中的面片作积分， 而平行光不存在光源位置的信 息， 因此需要计算平行光对场景的影响； c)可见性与形状因子计算 将摄像机放在某个面片Pi的位置， 朝向面片法线方向ni做一次绘制， 得到从面片Pi的位 置与角度能看到哪些面片， 从而利用光 栅化原理得 出面片Pi与其他面片Pj(j≠i)的可 见性； 通过光栅化的方式判断可见性， 把光栅化流程 中的单个片元(fragment)作 为一次对形 状因子的采样； 从面片Pi的位置与法线方向对场景作光栅化， 从而得到每个面片 含有的片元数量， 使用 纹理的单个像素来代表单个面片， 因此对于面片的每一个需要存储的数据， 都使用纹理来 存储， 使用了一张单通道的整型纹理贴图来存储每个面片所包含的片元数量； 在片元着色 器中， 根据当前片元的uv值， 将贴图中对应位置的值加1； 这样当所有片元完成计算后， 贴图 中每一个位置的数值 就代表了对应面片的片元 数Nj； 由于该纹理贴图的数值类型为整型， 因此本发明使用Op enGL提供的atomic  math功能， 保证贴图中的值自增操作的原子性； 所有纹理贴图中纹理坐标为(0， y)或(x， 0)的位置是不对应任何面片的， 使用纹理贴图 的(0， 0)坐标处存 储当前网格的片元总数∑Nk； 在片元着色器1中统计完片元数后， 光栅化流程中的视锥体范围不足以及透视投影的 变换会导致片元数产生失真， 失真包括视锥体范围不足产生的失真和透视投影产生的失 真， 用半球空间法解决视锥体范围不足产生的失真， 用预先计算的数学因子抵消透视投影 产生的失真， 从而对片元数 的失真作修正， 之后， 在顶点着色器2中根据下式计算得到每个 面片的形状因子Kij： Kij＝Nj/∑Nk(j≠i， k≠i)权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115546393 A 2考虑大气传输效应的影响， 对形状因子加权， 得到新形状因子K ′ij： d)生成光照贴图 用步骤c)计算得到的形状因子K ′ij， 计算场景的热辐射。 3.根据权利 要求2所述的一种基于OpenGL实现的辐射度绘制方法， 其特征在于： 所述的 网络细分具体为： 对于场景中每一个网格， 构造三个纹理贴图： 坐标贴图、 法线贴图、 光照贴图； 通过纹理 和UV展开的方式， 将网格划分为 面片并利用UV坐标表示每 个面片的数据； 将面片的纹理坐标以顶点数据的形式传给OpenGL的顶点着色器， 每一个顶点对应一个 面片， 用顶点着色器并行地对每 个面片平行光 光照亮度与面片形状因子进行计算。 4.根据权利 要求3所述的一种基于OpenGL实现的辐射度绘制方法， 其特征在于： 所述的 平行光的绘制具体为： 从面片P的位置出发， 朝向平行光N的方向投射出一条光线， 这条光线与场景中的其他 面片作相交检测， 如果光线没有与任何面片相交， 则面片P可以被平行光N照射到； 如果光线 与面片相交， 则计算该面片的辐射度； 对于每一个被平行光N照射到的面片P， 根据其世界坐标与法线方向， 由以下公式计算 得到该面片接收到的来自平行光源N的入射辐射亮度L， L＝LN*cos(dN， nP) 其中dN为平行光的方向， nP为面片P的法线方向， LN为平行光 N的出射辐射亮度； 计算结果被保存在光照贴图中， 得到的光照贴图作为后续辐射度计算 时第一轮迭代的 输入数据。 5.根据权利 要求2所述的一种基于OpenGL实现的辐射度绘制方法， 其特征在于： 所述的 考虑大气传输效应的影响， 对形状因子加权， 得到新形状因子K ′ij， 具体为： 考虑大气传输效应的影响， 在计算出形状因子后， 根据下式对形状因子用大气透过率α 加权， 得到一个同时考虑 传统辐射度算法形状因子和大气辐射传输效应的新形状因子K ′ij： K′ij＝α Kij。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115546393 A 3