基于GPU的三维红外云背景仿真方法研究

论文摘要

本文主要研究三维红外云背景的建模与仿真。首先,将MODTRAN软件计算得到的大气辐射亮度和大气透过率存储为DDS纹理,通过GPU(图形处理器)的并行处理分别对纹理进行采样,模拟出大气辐射传输效应;其次,将晴空辐射数据量化得到的灰度图和分形得到的红外云纹理,通过像素着色器实现纹理混合,得到有云的红外天空;采用实拍数据生成云的灰度图,使用Billboard技术实现远景云仿真;采用粒子系统创建出三维云体,再根据云的辐射特性和大气效应实现近景云仿真;最后,通过OGRE(面向对象的图形渲染引擎)渲染,实现三维红外云背景的仿真,并实现不同条件下的结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及重要意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 本文研究内容与特色
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 结构安排
• 1.3.3 本文特点
• 第二章 红外云背景仿真理论模型
• 2.1 云的分类和光学特性
• 2.1.1 云的分类
• 2.1.2 云粒子的散射
• 2.1.3 云的吸收系数和光学厚度
• 2.1.4 云的相函数
• 2.2 红外云背景辐射理论
• 2.2.1 云层的红外辐射模型
• 2.2.2 红外云背景辐射传输模型
• 2.3 小结
• 第三章 大气辐射传输效应仿真
• 3.1 大气的辐射传输性质
• 3.1.1 大气散射特性
• 3.1.2 大气吸收特性
• 3.2 大气透过率和大气路径辐射的计算
• 3.2.1 MODTRAN 简介
• 3.2.2 大气透过率和大气路径辐射
• 3.2.3 大气透过率和大气路径辐射亮度计算
• 3.2.4 计算结果分析
• 3.3 三维红外天空仿真
• 3.3.1 晴空辐射的计算
• 3.3.2 红外天空仿真
• 3.3.3 大气效应仿真
• 3.4 小结
• 第四章 基于OGRE 的红外云背景建模与仿真
• 4.1 OGRE 图形渲染引擎
• 4.1.1 OGRE 设计框架
• 4.1.2 顶点着色器和像素着色器
• 4.1.3 OGRE 材质脚本
• 4.1.4 粒子系统
• 4.2 远景云在OGRE 中的渲染
• 4.2.1 实验获取云背景图像
• 4.2.2 Billboard 技术
• 4.2.3 远景云仿真
• 4.3 基于OGRE 引擎的三维云渲染
• 4.3.1 云的模拟方法分类
• 4.3.2 三维云体的建模
• 4.3.3 三维红外云纹理
• 4.3.4 辐射值的灰度量化
• 4.3.5 红外云实时生成框架
• 4.4 红外云背景在OGRE 中的仿真结果
• 4.5 小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间研究成果