CN104134231A - 一种基于图像识别的海岸线构造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于图像识别的海岸线构造方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取一张陆地与海洋透视纹理图片，将所述纹理图片的本地坐标转换成投影坐标；2)将所述透视纹理图片渲染到虚拟场景中；3)在渲染管线中，添加渲染控制算法，调用OSG渲染引擎的粒子模拟系统，实现海洋与陆地的分离、过渡等功能。本发明的有益之处在于：1)浸入感强，本发明将海洋与陆地分开渲染，提供给飞行员一个逼近真实的训练环境，可提高飞行员执行任务的成功率。2)实用性高，本发明可支撑脱离高度计仪表专项飞行训练的展开。本方法计算速度块，运行效率高且准确。

Description

一种基于图像识别的海岸线构造方法

技术领域

本发明涉及一种视景仿真方法，属于仿真技术技术领域。 

背景技术

视景仿真系统用于舱外景象的模拟，提供逼真的舱外景象，是飞行模拟器的重要组成部分。图像生成算法优劣直接影响硬件设备生成图像质量的好坏、性能的高低直接关系着飞行员能否对景象做出正确的判断，具有非常重要的意义。海洋模块的开发在视景仿真系统中占有重要的地位，特别是大面积陆地与海洋相结合海岸线构造仿真模拟又是技术的难点，而我国在这一领域的开发还处于初期阶段，关于基于图像设别的海岸线构造方法，还未曾在公开文献中见过对视景系统海岸线构造的仿真。鉴于此，我国飞行模拟器视景仿真系统对海洋模块开发力量较为薄弱，对于陆地与海洋无缝结合的开发尚属空白，该项技术的缺失严重影响着飞行员对于接近海面时的目视判读，且不能展开特殊情况的科目训练。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种计算机仿真方法，能够实现基于图像设别的海岸线构造，为飞行员营造一个逼真的训练环境，提高飞行员对于从陆地到海洋贴近海面时的应急处理能力。 

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案： 

一种基于图像识别的海岸线构造方法，其特征在于，包括以下步骤： 

1)获取一张陆地与海洋透视纹理图片，将所述纹理图片的本地坐标转换成投影坐标； 

2)将所述透视纹理图片渲染到虚拟场景中； 

3)在渲染管线中，添加渲染控制算法，调用OSG渲染引擎的粒子模拟系统，实现海洋与陆地的分离、过渡等功能。 

前述的一种基于图像识别的海岸线构造方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述纹理图片的大小为4096×4096像素，色彩为32位，格式为带透明通道的png格式。 

前述的一种基于图像识别的海岸线构造方法，其特征在于，所述步骤2)中，具体包括以下步骤：S1、设置投影相机的视景矩阵ViewMatrix和投影矩阵ProjectMatrix，获得模型视景投影矩阵值MVP，所用公式为：MVP＝ViewMatrix×ProjectMatrix；S2、根据所述步骤S1获得的模型视景投影矩阵MVP，建立模型，求得所述纹理图片渲染到虚拟场景中的纹理坐标Coord，所述纹理图片的渲染采用OSG渲染引擎；S3、根据所述步骤S2获得的纹理坐标Coord将波纹纹理渲染到虚拟场景中。 

前述的一种基于图像识别的海岸线构造方法，其特征在于，所述模型为：Coord＝mr×MVP×ScaleMatrix×ViewMatrixInverse×gl_ModelViewMatrix×gl_Vertex；其中，ViewMatrixInverse为所述视景矩阵ViewMatrix的逆矩阵；gl_ModelViewMatrix为模型视景矩阵，是所述OSG渲染引擎的内置变量；gl_Vertex为模型顶点局部坐标，是所述OSG渲染引擎的内置变量；ScaleMatrix为纹理缩放矩阵，mr为矩阵常量偏移矩阵。 

前述的一种基于图像识别的海岸线构造方法，其特征在于，所述步骤S3调用OSG渲染引擎的粒子模拟系统，添加扬起的水雾。 

前述的一种基于图像识别的海岸线构造方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：S3-A、利用PhotoShop软件处理图像识别RBG通道值；S3-B、设置图像边界区及临界值，形成海洋与陆地分界线。 

本发明的有益之处在于：1)浸入感强，本发明将海洋与陆地分开渲染，提供给飞行员一个逼近真实的训练环境，可提高飞行员执行任务的成功率。2)实用性高，本发明可支撑脱离高度计仪表专项飞行训练的展开。本方法计算速度块，运行效率高且准确。 

附图说明

图1为本发明的基于近海面飞行的旋翼下洗视景仿真方法的流程图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。 

一种基于图像识别的海岸线构造方法，步骤如下： 

步骤S1、通过对以往直升机执行近水面任务视频资料的分析和处理，获得一张识别纹理图片，图片大小为4096×4096像素，32位色彩，格式为带透明通道的png格式。 

步骤S2、将该纹理图片动态的渲染到虚拟场景中，具体包括以下步骤： 

步骤S2-A、设置投影相机的视景矩阵ViewMatrix，投影相机摆放在直升机旋翼正中心位置，方向垂直朝下；设置投影矩阵ProjectMatrix，投影距离为2000米，投影比例为1:1，视景矩阵ViewMatrix与投影矩阵ProjectMatrix相乘即得到模型视景投影矩阵MVP； 

步骤S2-B、将四张乘有缩放矩阵的纹理图片渲染到场景中，所用公式为：Coord＝mr×MVP×ScaleMatrix×ViewMatrixInverse×gl_ModelViewMatrix×gl_Vertex； 

其中，MVP为模型视景投影矩阵；ScaleMatrix为纹理缩放矩阵；Coord为纹理坐标；ViewMatrixInverse为视景矩阵的逆矩阵；gl_ModelViewMatrix为模 型视景矩阵，是OSG引擎的内置变量；gl_Vertex为模型顶点局部坐标，是OSG引擎的内置变量；mr矩阵常量偏移矩阵，使纹理坐标Coord映射到[0，1]内； 

$\mathrm{mr}=\left[\begin{array}{cccc}0.5& 0.0& 0.0& 0.0\\ 0.0& 0.5& 0.0& 0.0\\ 0.0& 0.0& 0.5& 0.0\\ 0.5& 0.5& 0.5& 1.0\end{array}\right].$

步骤S2-C、根据步骤S2-B获得的纹理坐标Coord将波纹纹理渲染到虚拟场景中。 

步骤S3、调用OSG渲染引擎的粒子模拟系统，添加扬起的水雾；具体包括： 

S3-A、利用PhotsShop软件处理图像识别RBG通道值； 

S3-B、设置图像边界区及临界值，形成海洋与陆地分界线。 

结合近海面飞行的旋翼下洗视景，具体实施过程如下： 

步骤一：获取矢量图片 

1)构建一个RTT相机(RTT：Render To Texture，即渲染到纹理)，即设置相机的渲染目标是FBO(FRAME_BUFFER_OBJECT，即整理)，并将获取的数据写入到一张纹理图片当中。 

2)设置相机的视点矩阵和投影矩阵，投影矩阵必须选用平行投影矩阵。而视点矩阵则需要根据不同的地形面积，地形位置等信息进行综合设置，以保证所获得的图片须将整个地形囊括进去。 

步骤二：计算投影纹理坐标： 

将四张乘有缩放矩阵的纹理图片渲染到场景中，所用公式为：Coord＝mr×MVP×ScaleMatrix×ViewMatrixInverse×gl_ModelViewMatrix×gl_Vertex；mr矩阵常量偏移矩阵，使纹理坐标Coord映射到[0，1]内； 

其中，MVP为模型视景投影矩阵；ScaleMatrix为纹理缩放矩阵；ViewMatrixInverse为视景矩阵的逆矩阵；gl_ModelViewMatrix为模型视景矩阵，是OSG引擎的内置变量；gl_Vertex为模型顶点局部坐标，是OSG引擎的内置变量； 

$\mathrm{mr}=\left[\begin{array}{cccc}0.5& 0.0& 0.0& 0.0\\ 0.0& 0.5& 0.0& 0.0\\ 0.0& 0.0& 0.5& 0.0\\ 0.5& 0.5& 0.5& 1.0\end{array}\right].$

步骤三：将适量图片投射到虚拟场景中： 

(1)在建立应用程序的过程中，利用OpenGL API创建顶点着色器和片元着色器。将步骤一中生成的用于图像识别的纹理图片通过接口函数传入着色器中。 

(3)在片元着色器中，通过投影纹理访问函数和步骤二中传入的纹理坐标，逐一计算每个像素点的颜色值。 

步骤四：编写矢量图片的识别算法，从而来判定海岸线区域： 

具体依据当前时刻来修改矢量边界线数值，通过对特定识别纹理的阀值设定，一般以现实海岸线宽度作为参考依据，具体纹理的阀值在[0,1]之间取值。对访问到的每个像素的颜色值进行判定，由于投影纹理每个像素对应的是真实地形的数据信息，所以通过像素的颜色值进而可以判断出该像素是否属于海岸线区域。 

可以通过对阀值的不同设定，从而可以对海岸线进行动态扩展。 

步骤五：对识别到的海岸线区域进行综合操作 

对于分离出来的像素，可以进行综合的着色操作和动态裁剪。设置海洋与陆地识别标示以及海洋周期潮起潮落运动模拟，从而形成海岸线特有的地质特征。 

本发明将海洋与陆地分开渲染，浸入感强，提供给飞行员一个逼近真实的训练环境，可提高飞行员执行任务的成功率。此外本发明的实用性高，可支撑脱离高度计仪表专项飞行训练的展开。本方法计算速度块，运行效率高且准确。 

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。 

Claims (6)

1.一种基于图像识别的海岸线构造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取一张陆地与海洋透视纹理图片；

2)将所述透视纹理图片渲染到虚拟场景中；

3)在渲染管线中，添加渲染控制算法，调用OSG渲染引擎的粒子模拟系统。

2.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的海岸线构造方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述纹理图片的大小为4096×4096像素，色彩为32位，格式为带透明通道的png格式。

3.根据权利要求1所述的一种基于图像识别的海岸线构造方法，其特征在于，所述步骤2)中，包括以下步骤：

S1、设置投影相机的视景矩阵ViewMatrix和投影矩阵ProjectMatrix，获得模型视景投影矩阵值MVP，所用公式为：MVP＝ViewMatrix×ProjectMatrix；

S2、根据所述步骤S1获得的模型视景投影矩阵MVP，建立模型，求得所述纹理图片渲染到虚拟场景中的纹理坐标Coord，所述纹理图片的渲染采用OSG渲染引擎；

S3、根据所述步骤S2获得的纹理坐标Coord将波纹纹理渲染到虚拟场景中。

4.根据权利要求3所述的一种基于图像识别的海岸线构造方法，其特征在于，所述模型为：Coord＝mr×MVP×ScaleMatrix×ViewMatrixInverse×gl_ModelViewMatrix×gl_Vertex；

其中，ViewMatrixInverse为所述视景矩阵ViewMatrix的逆矩阵；Coord为纹理坐标；gl_ModelViewMatrix为模型视景矩阵，是所述OSG渲染引擎的内置变量；gl_Vertex为模型顶点局部坐标，是所述OSG渲染引擎的内置变量；ScaleMatrix为纹理缩放矩阵，mr为矩阵常量偏移矩阵。

5.根据权利要求3所述的一种基于图像识别的海岸线构造方法，其特征在于，所述步骤S3调用OSG渲染引擎的粒子模拟系统，添加扬起的水雾。

6.根据权利要求5所述的一种基于图像识别的海岸线构造方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：

S3-A、利用PhotoShop软件处理图像识别RBG通道值；

S3-B、设置图像边界区及临界值，形成海洋与陆地分界线。