一种提高贴地视景仿真中地形贴图清晰度的方法及系统与流程

1.本发明属于视景仿真技术领域，涉及一种提高贴地视景仿真中地形贴图清晰度的方法及系统。


背景技术：

2.飞行仿真领域中，使用视景仿真技术能够建立一个逼真的、可交互的地形系统，并具有可靠、无破坏性、可多次重复、安全、经济、不受气象条件和场地空域的限制等特点。
3.目前业内常用的方法是，使用高程数据创建模型文件，形成三维真实地形，将真实卫星照片作为模型贴图，共同组成地形数据库，在视景仿真中加载进行呈现。但是由于现有的方式是通过使用不同等级的卫星照片改变地形系统的清晰度，当飞机起飞后在高空飞行时，现有的方式呈现出的效果不俗，然而当飞机飞行高度距离地面很近，例如进行直升机贴地飞行仿真时，即便使用最高等级的卫星照片作为地形贴图，卫星贴图的分辨率仍比较低，这个低分辨率对人眼来说，显示效果差；此外，利用卫星照片贴图需要tb级别以上的高程、卫星照片数据以及高性能的硬件进行支撑。但是由于高等级的卫星照片，数据量多，占用的存储空间大，对硬件资源的性能要求高。所以，如何在贴地视景仿真中利用有限的资源同时保证优秀的呈现效果，就成为软件开发的难点。


技术实现要素：

4.针对现有贴地视景仿真中地形贴图存在显示效果差的技术问题，本发明提供一种提高贴地视景仿真中地形贴图清晰度的方法，利用图像混合技术，大幅度提升了地形贴图清晰度，显示效果好。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，利用图像混合技术，根据距离地面高度调整混合因子，将真实卫星照片与高清地形贴图进行混合，保留真实卫星照片的细节，大幅度提升地形贴图的清晰度。具体方案如下：一种提高贴地视景仿真中地形贴图清晰度的方法，其特征在于，包括以下步骤：获取卫星照片、高清地形贴图，以及当前飞机距离地面的高度h；根据所述当前飞机距离地面的高度h确定待混合地形贴图的混合因子t；根据所述高度h确定所述高清地形贴图的参数，获取预处理高清地形贴图；基于所述混合因子t将所述卫星照片和所述预处理高清地形贴图混合，获取高清晰度的目标地形贴图。
6.进一步限定，所述当前飞机距离地面的高度h的确定具体是：从飞机所处位置垂直向下发射射线；当射线与地形发生碰撞时可获得碰撞点坐标，所述碰撞点坐标包含碰撞点的绝对高度；利用飞机绝对高度减去所述碰撞点的绝对高度，即得到当前飞机距离地面的高度h。
7.进一步限定，根据所述当前飞机距离地面的高度h确定待混合地形贴图的混合因子t具体包括：根据实际应用场景预设高度阈值ht；基于用户实际需求设置混合系数m；依据所述当前飞机距离地面的高度h、所述预设高度阈值ht和混合系数m确定待混合地形贴图的混合因子t。
8.进一步限定，所述根据所述高度h确定所述高清地形贴图的参数，获取预处理高清地形贴图具体包含：获取待贴图地形的边长尺寸w，计算所述待贴图地形的边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值；根据所述高清地形贴图预设的分辨率确定平铺次数最小值tmin及平铺次数最大值tmax；确定高清地形贴图的参数：若待贴图地形的边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值小于所述平铺次数最小值tmin，则所述高清地形贴图的参数取所述平铺次数最小值tmin；若待贴图地形的边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值大于所述平铺次数最大值tmax，则所述高清地形贴图的参数取所述平铺次数最大值tmax；若待贴图地形的边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值介于所述平铺次数最小值tmin与所述平铺次数最大值tmax之间，则所述高清地形贴图的参数取地形边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值；根据确定的高清地形贴图的参数，获取预处理高清地形贴图。
9.进一步限定，所述卫星照片和所述预处理高清地形贴图混合具体包括：分别选取所述卫星照片任意位置的像素点和所述预处理高清地形贴图任意位置的像素点，所述位置在所述卫星照片上和在所述预处理高清地形贴图上相匹配；根据所述混合因子t将所述卫星照片任意位置的像素点颜色值和所述预处理高清地形贴图任意位置的像素点颜色值进行混合，获取待贴图地形上对应位置的像素点的最终颜色值；重复上述步骤直至遍历所述卫星照片中所有位置的像素点和所述预处理高清地形贴图中所有位置的像素点；获取目标地形贴图。
10.进一步限定，所述根据所述混合因子t将所述卫星照片任意位置的像素点颜色值和所述预处理高清地形贴图任意位置的像素点颜色值进行混合，获取地形贴图上对应位置的像素点最终颜色值具体为：任意位置像素点的最终颜色值c按照以下公式进行计算：c＝a(1-t)+b
×
t其中：t为混合因子，a为卫星照片上对应像素点颜色值，b为高清地形贴图上对应像素点颜色值。
11.一种提高贴地视景仿真中地形贴图清晰度的系统，包括：数据获取模块：用于获取卫星照片、高清地形贴图，以及当前飞机距离地面的高度
h；混合因子生成模块：用于根据当前飞机距离地面的高度h生成待混合地形贴图的混合因子；图像预处理模块：用于根据当前飞机距离地面的高度h调整高清地形贴图的参数；图像混合模块：用于根据混合因子对获取卫星照片和预处理高清地形贴图混合，获取高清晰度的目标地形贴图。
12.进一步限定，所述图像预处理模块包括：数据计算模块：用于计算地形边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值，并将计算结果反馈给数据判断模块；数据判断模块：用于根据数据计算模块反馈的计算结果判断地形边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值与平铺次数最小值和平铺次数最大值的大小，并将判断结果反馈给高清地形贴图的参数选择模块；高清地形贴图的参数选择模块：用于根据数据判断模块反馈的判断结果选择高清地形贴图的参数。
13.本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的方法在贴地视景仿真中通过将分辨率较高的高清地形贴图与分辨率较低的卫星照片进行混合，根据计算得到的混合因子和预处理高清地形贴图相结合，在保留卫星照片细节的同时，获得分辨率较高的目标地形贴图，达到提升地形贴图清晰度的目的。具体表现在：1、本方法利用图像混合技术，根据当前飞机距离地面的高度计算调整混合因子，将真实卫星照片与高清地形贴图按照混合因子的比例进行混合，保留了卫星照片的细节，并大幅度提升了地形贴图的清晰度。
14.2、本发明利用图像混合技术，根据当前飞机距离地面的高度计算调整混合因子，将真实卫星照片与高清地形贴图按照混合因子的比例进行混合，无需采用高级别的卫星照片，就能获得高清晰度的地形贴图，降低对卫星照片的级别要求，减少卫星照片的数据量，占用空间小，节省资源，降低硬件性能。
15.3、本发明在确定重复平铺次数的参数时，充分考虑贴图地形的尺寸以及飞机当前高度，能够保证在应用于地形时，高清地形贴图具有较高的分辨率，从而达到最佳视觉效果，提升最终混合贴图的清晰度。
附图说明
16.图1为本发明提供的地形贴图方法示意图；图2为本发明调整高清地形贴图的参数的方法示意图；图3为本发明提供的地形贴图系统示意图；图4为本发明图像预处理模块示意图；图5为获取的卫星照片；图6为获取的高清地形贴图；图7为未混合前卫星贴图效果图；图8为混合贴图后的效果图。
具体实施方式
17.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
18.除非另外定义，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
19.实施例1参见图1，一种提高贴地视景仿真中地形贴图清晰度的方法，包括以下步骤。
20.本发明所述方法能够在不同的三维引擎中使用，下述以unity引擎为例。
21.1）获取待贴图地形的卫星照片、高清地形贴图以及当前飞机距离地面的高度h。
22.在三维场景中，物体的坐标中所涉及的物体当前高度，这里所说的高度为绝对高度，但是由于地形存在起伏，还需要其他方法获取当前距离地面的高度。
23.实施时，使用unity引擎中的物理碰撞特性，从飞机所处位置垂直向下发射射线，当射线与地形发生碰撞时可获得碰撞点坐标，其中包含碰撞点的绝对高度，利用飞机绝对高度减去碰撞点绝对高度，即得到当前飞机距离地面的高度h。
24.2）根据步骤1）的高度h计算高清地形贴图的混合因子。
25.当前飞机距离地面的高度h决定了是否需要采用图像混合以及混合比例，总体而言，高度越低，高清地形贴图所占比例越高，卫星照片所占比例越低；高度越高，高清地形贴图所占比例越低，卫星照片所占比例越高。
26.引入混合因子t，其值域为[0,1]，即当t=0时，完全使用卫星照片作为地形贴图；当t=1时，则完全使用高清地形贴图作为地形贴图；当0《t《1时，将卫星照片与高清地形贴图按混合因子t进行混合作为地形贴图。
[0027]
为了获得准确的混合因子，根据实际应用场景预设高度阈值ht，基于用户实际需求设置混合系数m；依据当前飞机距离地面的高度h、预设高度阈值ht、混合系数m确定当前高清地形贴图的混合因子t。
[0028]
当h《ht时需要进行图像混合；当h=0时，则混合因子为1，此时全部采用高清地形贴图，但是在实际应用场景中，地形贴图如果完全使用高清地形贴图则无法保留卫星照片中的细节，例如道路、农田等；所以为了避免这种情况，在确定混合因子t时还引入混合系数m，m取小于1的常数。
[0029]
实施时，混合系数m接近但不等于1，此时在提升地形贴图清晰度的同时，保留了一部分真实卫星照片中的细节，达到最佳呈现效果。
[0030]
优选的，m取0.7~0.9。
[0031]
混合因子t的第一种计算方式如下。
[0032]
具体的，设置高度阈值ht为100米，当前飞机距离地面高度为10米；设混合系数m为
0.7，利用上述公式(1)的计算方式，混合因子t＝0.69，则最终地形贴图将由69％高清地形贴图以及31％卫星照片贴图共同混合组成。
[0033]
当设混合系数m为0.9，利用上述公式（1）计算方式，混合因子t=0.89，则最终地形贴图将由89%高清地形贴图以及11%卫星照片贴图共同混合组成。
[0034]
混合因子t的第二种计算方式如下。
[0035]
具体的，预设高度阈值ht为100米，当前飞机距离地面高度为10米；设混合系数m为0.7，利用公式(2)计算混合因子t＝0.63，则最终地形贴图将由63％高清地形贴图以及37％卫星照片贴图共同混合组成。
[0036]
当设混合系数m为0.9，利用上述公式（2）计算方式，混合因子t=0.81，则最终地形贴图将由81%高清地形贴图以及19%卫星照片贴图共同混合组成。
[0037]
3）根据高度h确定高清地形贴图的参数，获取预处理高清地形贴图，保证高清地形贴图的清晰度。
[0038]
由于高清地形贴图一般选用草地、岩石等适配度较高的素材贴图，此类贴图尺寸较小，但通过调整重复平铺次数（简称平铺次数，或tiling参数），能够使贴图像瓷砖一样重复铺满整个地形。而在此过程中，由于贴图完全相同，平铺次数过多，能够看出格子状重复，影响呈现效果，平铺次数过少，则会因过渡拉伸产生模糊，同样影响呈现效果，因此，设置一个合适的平铺次数参数值将在很大程度上影响最终的呈现效果，保证高清地形贴图的清晰度。
[0039]
对平铺次数产生影响的因素包括当前飞机距离地面的高度以及待贴图地形的边长尺寸，高度越低，平铺次数越多；待贴图地形的边长尺寸越大，平铺次数越多。
[0040]
重复平铺次数tiling参数的计算公式如下：其中：w为待贴图地形的边长尺寸，h为当前飞机距离地面的高度，tmin为平铺次数最小值，tmax为平铺次数最大值。
[0041]
参见图2，获取预处理高清地形贴图具体包含：获取待贴图地形的边长尺寸w，计算待贴图地形的边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值；根据高清地形贴图的分辨率确定平铺次数最小值tmin及平铺次数最大值tmax；确定高清地形贴图的参数：若待贴图地形的边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值小于平铺次数最小值tmin，则高清地形贴图的参数取平铺次数最小值tmin；若待贴图地形的边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值大于平铺次数最大值tmax，则高清地形贴图的参数取平铺次数最大值tmax；若待贴图地形的边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值介于平铺次数最小值tmin与平铺次数最大值tmax之间，则高清地形贴图的参数取地形边长尺寸w与当前飞
机距离地面的高度h的比值。
[0042]
确定高清地形贴图的参数，获取预处理高清地形贴图。
[0043]
待贴图地形的边长尺寸w为1000米，当前飞机距离地面的高度h为20米，高清地形贴图的预设分辨率为1024*1024，此时平铺次数最小值tmin和平铺次数最大值tmax分别是10次和100次。
[0044]
由于计算贴图地形的边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值为50，选择50作为tiling参数，根据确定的tiling参数50获取预处理高清地形贴图。
[0045]
实施时，重复平铺次数与贴图地形的边长尺寸、高清地形贴图的尺寸和高清地形贴图的面积有关系，确定重复平铺次数能保证在应用于地形时，高清地形贴图具有很好的分辨率，从而达到最佳视觉效果。
[0046]
4）按照步骤2）的混合因子将卫星照片和步骤3）的预处理高清地形贴图混合，完成地形贴图，获取高清晰度的目标地形贴图。
[0047]
按照混合因子t分别获取卫星照片上任意位置的像素点颜色值以及步骤3）预处理高清地形贴图上任意位置的像素点颜色值，计算得到地形贴图上任意位置的像素点最终颜色值；重复上述过程完成对所有位置像素点的处理，得到所有像素点的最终颜色值，完成地形贴图。
[0048]
本步骤的目的是进行图像混合，主要是利用着色器编程技术将卫星照片和预处理高清地形贴图按照计算的混合因子混合起来，输出最终地形贴图。
[0049]
着色器（shader）是计算机图形学中用来实现图像渲染的，替代了传统的固定渲染管线，能够使用hlsl，glsl等着色器编程语言进行自定义编辑。其中vertexshader（顶点着色器）主要负责顶点的几何关系等的运算，pixelshader（像素着色器）主要负责像素颜色等的计算。
[0050]
本发明中的混合贴图操作在像素着色器中进行。在像素着色器中对单一像素点的最终颜色值进行运算，具体是按照混合因子比例取卫星照片上任意位置的颜色值以及预处理高清地形贴图上任意位置的颜色值参与计算，输出运算后，得到地形贴图上对应位置的最终颜色值，当完成对所有位置像素点的贴图处理，得到地形贴图。
[0051]
对于地形贴图上单一位置的像素点最终颜色值c按照以下公式进行计算：g＝a(1-t)+b
×
t其中：t为步骤2)得到的混合因子，a为卫星照片上对应像素点颜色值，b为预处理高清地形贴图上对应像素点颜色值。
[0052]
以实际应用场景为例对本发明做详细的说明。
[0053]
飞机停在地面时，获取卫星照片（参见图5）、高清地形贴图（参见图6）以及当前飞机距离地面的高度h为0米，预设高度阈值ht为100米，混合系数m为0.7，待贴图地形的边长尺寸w为1000m，分辨率为1024*1024，平铺次数最小值tmin和平铺次数最大值tmax分别是10次和100次。
[0054]
根据混合因子计算公式（2），将上述数据代入计算得到混合因子t=0.7，高清地形贴图的参数为100次，说明最终地形贴图将由70%高清地形贴图以及30%卫星照片贴图共同混合组成。
[0055]
根据高度h和tiling参数对高清地形贴图的清晰度进行调整，然后着色器实现图
像渲染，完成地形贴图，参见图8。
[0056]
图7为未混合高清地形贴图，直接利用卫星照片直接贴图；通过对比图7和图8，采用本发明混合地形贴图方法，不仅保留了卫星照片的细节，并大幅度提升了地形贴图的清晰度。
[0057]
实施例2参见图3，一种提高贴地视景仿真中地形贴图清晰度的系统，包括：数据获取模块：用于获取卫星照片、高清地形贴图，以及当前飞机距离地面的高度h；混合因子生成模块：用于根据当前飞机距离地面的高度h生成待混合地形贴图的混合因子；图像预处理模块：用于根据当前飞机距离地面的高度h调整高清地形贴图的参数；图像混合模块：用于根据混合因子对获取卫星照片和预处理高清地形贴图混合，获取高清晰度的目标地形贴图。
[0058]
参见图4，图像预处理模块包括：数据计算模块：用于计算地形边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值，并将计算结果反馈给数据判断模块；数据判断模块：用于根据数据计算模块反馈的计算结果判断地形边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值与平铺次数最小值和平铺次数最大值的大小，并将判断结果反馈给高清地形贴图的参数选择模块；高清地形贴图的参数选择模块：用于根据数据判断模块反馈的判断结果选择高清地形贴图的参数。
[0059]
以上为本发明具体实施，上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述申请的验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种提高贴地视景仿真中地形贴图清晰度的方法，其特征在于，包括以下步骤：获取卫星照片、高清地形贴图，以及当前飞机距离地面的高度h；根据所述当前飞机距离地面的高度h确定待混合地形贴图的混合因子t；根据所述高度h确定所述高清地形贴图的参数，获取预处理高清地形贴图；基于所述混合因子t将所述卫星照片和所述预处理高清地形贴图混合，获取高清晰度的目标地形贴图。2.根据权利要求1所述的提高贴地视景仿真中地形贴图清晰度的方法，其特征在于，所述当前飞机距离地面的高度h的确定具体是：从飞机所处位置垂直向下发射射线；当射线与地形发生碰撞时可获得碰撞点坐标，所述碰撞点坐标包含碰撞点的绝对高度；利用飞机绝对高度减去所述碰撞点的绝对高度，即得到当前飞机距离地面的高度h。3.根据权利要求2所述的提高贴地视景仿真中地形贴图清晰度的方法，其特征在于，根据所述当前飞机距离地面的高度h确定待混合地形贴图的混合因子t具体包括：根据实际应用场景预设高度阈值ht；基于用户实际需求设置混合系数m；依据所述当前飞机距离地面的高度h、所述预设高度阈值ht和混合系数m确定待混合地形贴图的混合因子t。4.根据权利要求3所述的提高贴地视景仿真中地形贴图清晰度的方法，其特征在于，所述根据所述高度h确定所述高清地形贴图的参数，获取预处理高清地形贴图具体包含：获取待贴图地形的边长尺寸w，计算所述待贴图地形的边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值；根据所述高清地形贴图预设的分辨率确定平铺次数最小值tmin及平铺次数最大值tmax；确定高清地形贴图的参数：若待贴图地形的边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值小于所述平铺次数最小值tmin，则所述高清地形贴图的参数取所述平铺次数最小值tmin；若待贴图地形的边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值大于所述平铺次数最大值tmax，则所述高清地形贴图的参数取所述平铺次数最大值tmax；若待贴图地形的边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值介于所述平铺次数最小值tmin与所述平铺次数最大值tmax之间，则所述高清地形贴图的参数取地形边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值；根据确定的高清地形贴图的参数，获取预处理高清地形贴图。5.根据权利要求1-4任一项所述的提高贴地视景仿真中地形贴图清晰度的方法，其特征在于，所述卫星照片和所述预处理高清地形贴图混合具体包括：分别选取所述卫星照片任意位置的像素点和所述预处理高清地形贴图任意位置的像素点，所述位置在所述卫星照片上和在所述预处理高清地形贴图上相匹配；根据所述混合因子t将所述卫星照片任意位置的像素点颜色值和所述预处理高清地形贴图任意位置的像素点颜色值进行混合，获取待贴图地形上对应位置的像素点的最终颜色
值；重复上述步骤直至遍历所述卫星照片中所有位置的像素点和所述预处理高清地形贴图中所有位置的像素点；获取目标地形贴图。6.根据权利要求5所述的提高贴地视景仿真中地形贴图清晰度的方法，其特征在于，所述根据所述混合因子t将所述卫星照片任意位置的像素点颜色值和所述预处理高清地形贴图任意位置的像素点颜色值进行混合，获取地形贴图上对应位置的像素点最终颜色值具体为：任意位置像素点的最终颜色值按照以下公式进行计算：其中：t为混合因子，a为卫星照片上对应像素点颜色值，b为高清地形贴图上对应像素点颜色值。7.一种提高贴地视景仿真中地形贴图清晰度的系统，其特征在于，包括：数据获取模块：用于获取卫星照片、高清地形贴图，以及当前飞机距离地面的高度h；混合因子生成模块：用于根据获取的当前飞机距离地面的高度h生成待混合地形贴图的混合因子；图像预处理模块：用于根据获取的当前飞机距离地面的高度h调整高清地形贴图的参数，获取预处理高清地形贴图；图像混合模块：用于根据生成的混合因子将获取的卫星照片和获取的预处理高清地形贴图进行混合，获取高清晰度的目标地形贴图。8.根据权利要求7所述的提高贴地视景仿真中地形贴图清晰度的方法，其特征在于，所述图像预处理模块包括：数据计算模块：用于计算地形边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值，并将计算结果反馈给数据判断模块；数据判断模块：用于根据数据计算模块反馈的计算结果判断地形边长尺寸w与当前飞机距离地面的高度h的比值与平铺次数最小值和平铺次数最大值的大小，并将判断结果反馈给高清地形贴图的参数选择模块；高清地形贴图的参数选择模块：用于根据数据判断模块反馈的判断结果选择高清地形贴图的参数。

技术总结
本发明属于视景仿真技术领域，涉及一种提高贴地视景仿真中地形贴图清晰度的方法及系统，方法包括：获取卫星照片、高清地形贴图，以及当前飞机距离地面的高度h；根据所述当前飞机距离地面的高度h确定待混合地形贴图的混合因子T；根据所述高度h调整所述高清地形贴图的参数，获取预处理高清地形贴图；基于所述混合因子T将所述卫星照片和所述预处理高清地形贴图混合，提高混合后所获目标地形贴图的清晰度。本发明提高贴地视景仿真中地形贴图清晰度的方法，利用图像混合技术，大幅度提升了地形贴图清晰度，显示效果好。显示效果好。显示效果好。


技术研发人员：章雅卓 何宇 王宬
受保护的技术使用者：西安羚控电子科技有限公司
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/9/14