CN117648037B - 一种目标视线跟踪方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种目标视线跟踪方法及系统。该方法包括：确定所有目标中距离最大的第一目标和第二目标；确定除第一目标和第二目标之外的所有目标中距离第一目标和第二目标连线最远的第三目标；根据第一目标、第二目标和第三目标计算视口方向；通过视场角计算出能够看见所有目标的视点所在位置；根据视点位置和视口方向跟踪所有目标；其中，目标的数量大于2。本申请的技术方案以目标三维位置为特征，通过目标位置、目标与目标位置关系等数据的分析和计算实时更新视点位置和视口方向，适用于任意场景下的态势智能展示。

Description

一种目标视线跟踪方法及系统

技术领域

本申请涉及智能推演态势展示领域，尤其涉及一种目标视线跟踪方法及系统。

背景技术

在智能推演态势展示领域中使用多目标视线自动跟踪替代手动漫游跟踪的方式已成为一种趋势，在中国专利文献《一种态势展示的操控方法》（CN115550426A）中公开了一种通过脚本读取指令发送队列实现视线自动操控跟踪的方法，该方法实际上是一种视线轨迹预设，没有智能跟踪的环节；中国专利文献《一种无人机集群作战战场态势演示方法》（CN115544801A）公开了一种无人机集群作战战场态势演示方法，在该方法中仅公开了态势演示流程和方式，同样未涉及多目标视线跟踪的技术。在传统的多目标视线跟踪方法中一般选择固定视线角度（如俯视角、水平视角、倾斜45°视角等），通过所有的目标位置实时计算出视点的位置，使得在视画面中可以锁定所有目标，实现目标视线跟随。现有技术存在目标显示重叠过多，目标位置关系体现不充分以及视口画面三维效果不强的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提出了一种目标视线跟踪方法及系统。。

根据本申请的一个方面，提供了一种目标视线跟踪方法，该方法包括：

确定所有目标中距离最大的第一目标和第二目标；

确定除第一目标和第二目标之外的所有目标中距离第一目标和第二目标连线最远的第三目标；

根据第一目标、第二目标和第三目标计算视口方向；

通过视场角计算出能够看见所有目标的视点所在位置；

根据视点位置和视口方向跟踪所有目标；

其中，目标的数量大于2。

优选地，视口方向为第一目标、第二目标、第三目标所在平面的法线向量的反方向。

优选地，通过视场角计算出能够看见所有目标的视点所在位置包括：

以第一目标和第二目标的中点作为视口的中心点，所有目标根据视场角计算视口的中心点与视点的距离；

选择所有视点距离中最大值作为视口中心到视点的距离；

计算能够看见所有目标的视点所在位置。

本申请提供了一种目标视线跟踪系统，该系统包括：

第一确定模块，用于确定所有目标中距离最大的第一目标和第二目标；

第二确定模块，用于确定除第一目标和第二目标之外的所有目标中距离第一目标和第二目标连线最远的第三目标；

第一计算模块，用于根据第一目标、第二目标和第三目标计算视口方向；

第二计算模块，用于通过视场角计算出能够看见所有目标的视点所在位置；

跟踪模块，用于根据视点位置和视口方向跟踪所有目标；

其中，目标的数量大于2。

优选地，视口方向为第一目标、第二目标、第三目标所在平面的法线向量的反方向。

优选地，第二计算模块，还用于以第一目标和第二目标的中点作为视口的中心点，所有目标根据视场角计算视口的中心点与视点的距离；选择所有视点距离中最大值作为视口中心到视点的距离；计算能够看见所有目标的视点所在位置。

本申请的技术方案以目标三维位置为特征，通过目标位置、目标与目标位置关系等数据的分析和计算实时更新视点位置和视口方向，适用于任意场景下的态势智能展示，相较于传统方式和现有技术具有最大程度的将目标展开显示的效果、最大程度避免目标显示重叠的能力，充分体现目标位置关系和三维效果。

本申请的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请。在附图中：

图1为本申请提供的目标视线跟踪流程示意图；

图2为本申请提供的有一个目标的情况示意图；

图3为本申请提供的有两个目标的情况示意图；

图4为本申请提供的有两个以上目标的情况示意图；

图5为本申请提供的没有目标的情况实施示例效果；

图6为本申请提供的有一个目标的情况实施示例效果；

图7为本申请提供的有两个目标的情况实施示例效果；

图8为本申请提供的有两个以上目标的目标位置关系示例；

图9为本申请提供的有两个以上目标的情况实施示例效果；

图10为本申请提供的目标视线跟踪系统示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及各个实施方式中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请。

本申请提供了一种多目标视线跟踪方法，通过动态计算视点位置和视口方向，使得在任意时刻均以所有目标位置坐标在投影平面中形成的多边形面积最大的一个视角进行跟踪，通过边缘计算让最边缘目标刚好出现在视口屏幕最边缘处，从而最大程度的将目标展开显示，避免目标显示重叠，体现目标位置关系和三维效果。

本申请提供的技术方案，先进行目标数量的判断，根据目标数量分为四条执行线路，分别为没有目标、有一个目标、有两个目标、有两个以上目标四种情况：没有目标的情况下直接选择默认的视点位置和视口方向作为输出；有一个目标的情况下先根据一个目标计算出视口方向，再通过默认视口距离计算出能看见所有目标的视点所在位置；有两个目标的情况下先根据两个目标计算出视口方向，再通过视锥体的开口角度计算出能看见所有目标的视点所在位置；有两个以上目标的情况下首先找出所有目标中距离最远的两个目标的组合，跟距该组合的两个目标连线找出距离连线最远的另一个目标，此时所有目标在这三个目标三维坐标所在的平面的投影点集合形成的多边形面积是最大的状态，再根据这三个目标的三维坐标计算出视口方向，再通过视锥体的开口角度计算出能看见所有目标的视点所在位置。最终输出视点位置和视口方向，结束方法执行流程。具体流程如图1所示：

步骤101，开始后，判断目标数量；如果没有目标，执行步骤103，如果大于两个目标，执行步骤104，其他目标数量的话，执行步骤102

步骤102，继续判断目标数量，如果是一个目标，则执行步骤110，如果是两个目标，则执行步骤109；

步骤103，提供默认视点位置和视口方向；

步骤104，找出距离最远的两个目标的组合；

步骤105，找出上述两个目标连线最远的目标；

步骤106，根据上述三个目标的位置计算视口方向；

步骤107，通过视场角计算出能看见所有目标的视点所在位置；

步骤108，输出视点位置和视口方向；

步骤109，根据两个目标的位置计算视口方向；

步骤110，确定视口方向；

步骤111，通过默认视口距离计算出视点位置。

下面分别进行详细说明。

一、没有目标的情况

没有目标的情况可以选择一个默认的视点位置和视口方向进行输出。没有目标的情况可以选择一个默认的视点位置和视口方向进行输出，如全球态势软件可以选择（113.0E、32.0N、m）作为默认视点位置，面向地心的方向作为视口方向，实施效果如图5所示。

二、有一个目标的情况

仅有一个目标的情况下，首先以该目标位置为视口中心点，再把从该目标右侧指向该目标的向量作为视口的朝向，选择一个默认的视点距离，计算出视点位置，如图2所示：

图中V_f表示目标前进方向的向量，V_r表示目标右侧方向向量，P_t表示目标位置，P_v表示视点位置，阴影部分表示视锥体的范围。具体而言：

以目标位置P_t作为视口中心点P_c；

计算出目标右侧指向该目标的向量V_r，作为视口的朝向的反方向；其中；其中/>为目标指向天的向量，/>为目标向前的方向向量。将/>归一化处理：

。

选择一个默认的视点距离计算出视点位置。例如100m作为视口中心到视点的距离计算出视点位置：

。实施效果如图6所示。

三、有两个目标的情况

有两个目标的情况下，以两个目标连线的中心点P_c作为视口中心点，以连线右侧指向V_c的向量作为视口的朝向，通过遍历计算出每个一个目标能被视口包含所需要的相机到视口中心的最小距离D_min，最终获取其中最大的一个作为视点到视口中心的距离D_cv，最终计算出能看见所有目标点的视点位置，如图3所示：

图中P_t是目标位置，P_c为视口中心点，θ为视锥体的开口角度，V_r为右侧向量，P_v为计算后的视点位置，P_v和P_c之间的距离即为D_min。具体而言：

以两个目标连线的中心点P_c作为视口中心点；其中

P_t1是第一个目标位置，P_t2第二个目标位置；

计算出两目标连线右侧向量V_r作为视口朝向的反方向向量；；其中/>为/>点指向天的向量，/>为目标向前的方向向量。将/>归一化处理：

；

通过遍历所有目标计算各自需要的最小距离D_min，；

最终获取其中最大的一个作为视点到视口中心的距离D_cv，；

通过视锥体的开口角度计算出能看见所有目标的视点所在位置，；

实施效果如图7所示。

四、有多于两个目标的情况

有多于两个目标的情况下，首先通过遍历找出所有目标中距离最远的两个目标的组合分别定义为T₁和T₂，根据T₁和T₂连线找出距离连线最远的另一个目标T₃，此时所有目标在这三个目标三维坐标所在的平面的投影点集合形成的多边形面积是最大的状态，再根据这三个目标的三维坐标计算出视口方向，再通过锥体的开口角度计算出能看见所有目标的视点所在位置，如图4所示：

图中T₁、T₂、T₃分别表示确定视口投影平面的三个目标，P_C表示T₁和T₂连线中点，即视口中心，V_inv表示T₁T₂T₃所在平面的法线向量作为视口朝向的反方向，P_v表示计算出的视点位置，θ为视锥体开口角度。具体而言：

1、所有目标，找出所有目标与其它目标的距离的最大值，并找出这些最大值中的最大值，最终形成一对组合T₁和T₂，使得组合中T₁和T₂之间的距离比其它任意两个目标之间的距离都远；两目标之间的距离：

,其中/>和/>分别为两个目标的三维坐标；

本例中五个目标相对位置关系如图8所示，其两两之间的距离分别为：

其中和/>之间的距离比其它任意两个目标之间的距离都远。

2、除T₁和T₂以外的其它目标，计算目标到T₁T₂连线的距离，找出距离T₁T₂连线最远的目标T₃；目标到连线的距离：

；/>为第三个目标位置。

本例中除和/>以外的其它目标到/>连线的距离如下表所示：

比较各目标至连线的距离，找出其中最大值对应的平台为/>, 即所有目标在这/>平面的投影点集合形成的多边形面积最大；

3、计算出T₁T₂T₃所在平面的法线向量作为视口朝向的反方向V_inv；,其中/>为/>的位置坐标，/>为/>的位置坐标，P_C表示T₁和T₂连线中点，即视口中心；

4、T₁和T₂连线的中点P_c作为视口的中心点，通过遍历所有目标计算各自需要的最小距离D_min，

；/>为任一目标的位置坐标，/>是视场角，是已知参数；

5、最终获取其中最大的一个作为视点到视口中心的距离D_cv；

6、通过视锥体的开口角度θ计算出能看见所有目标的视点所在位置，

。实施效果如图9所示。

本申请提供了一种目标视线跟踪系统，如图10所示，该系统包括：第一确定模块，用于确定所有目标中距离最大的第一目标和第二目标；第二确定模块，用于确定除第一目标和第二目标之外的所有目标中距离第一目标和第二目标连线最远的第三目标；第一计算模块，用于根据第一目标、第二目标和第三目标计算视口方向；第二计算模块，用于通过视场角计算出能够看见所有目标的视点所在位置；跟踪模块，用于根据视点位置和视口方向跟踪所有目标；其中，目标的数量大于2。

以上所述仅为本申请的较佳实施方式而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种目标视线跟踪方法，其特征在于，该方法包括：

确定所有目标中距离最大的第一目标和第二目标；

确定除第一目标和第二目标之外的所有目标中距离第一目标和第二目标连线最远的第三目标；

根据第一目标、第二目标和第三目标计算视口方向；

通过视场角计算出能够看见所有目标的视点所在位置；

根据视点位置和视口方向跟踪所有目标；

其中，目标的数量大于2；

视口方向为第一目标、第二目标、第三目标所在平面的法线向量的反方向；

通过视场角计算出能够看见所有目标的视点所在位置包括：

以第一目标和第二目标的中点作为视口的中心点，所有目标根据视场角计算视口的中心点与视点的距离；

选择所有视点距离中最大值作为视口中心到视点的距离；

计算能够看见所有目标的视点所在位置。

2.一种目标视线跟踪系统，其特征在于，该系统包括：

第一确定模块，用于确定所有目标中距离最大的第一目标和第二目标；

第二确定模块，用于确定除第一目标和第二目标之外的所有目标中距离第一目标和第二目标连线最远的第三目标；

第一计算模块，用于根据第一目标、第二目标和第三目标计算视口方向；

第二计算模块，用于通过视场角计算出能够看见所有目标的视点所在位置；

跟踪模块，用于根据视点位置和视口方向跟踪所有目标；

其中，目标的数量大于2；

视口方向为第一目标、第二目标、第三目标所在平面的法线向量的反方向；

第二计算模块，还用于以第一目标和第二目标的中点作为视口的中心点，所有目标根据视场角计算视口的中心点与视点的距离；选择所有视点距离中最大值作为视口中心到视点的距离；计算能够看见所有目标的视点所在位置。