一种模块化实时红外场景仿真系统研究

论文摘要

实时红外场景仿真是当前红外仿真领域中的重要研究方向,具有重要的研究意义,并在红外成像制导武器的设计与评估、红外训练仿真等军用和民用领域有着广泛应用价值。本文对实时红外场景仿真系统进行了探索,初步实现了一个模块化的实时红外场景仿真系统。仿真系统建立了符合红外成像过程的“目标—背景—大气—红外成像系统”综合模型,充分考虑了大气效应和红外成像系统效应对仿真结果的影响。仿真系统利用GPU（Graphics Processing Unit,图形处理器）可编程渲染流水线和OGRE（Object-Oriented Graphics Rendering Engine）图形渲染引擎技术实现了红外辐射计算和仿真图像的渲染输出。此外,为了实现仿真的实时性,本文的红外辐射计算方法采用了多种技术以提高仿真效率,其中包括对辐射传输方程的简化和近似、表面温度预计算、大气辐射传输预计算等等。仿真系统具有良好的可扩展性,为今后进一步开发更加完整和完善的红外场景仿真系统打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.2.1 国外发展状况
• 1.2.2 国内发展状况
• 1.3 本文研究内容
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 论文结构
• 1.3.3 本文特色
• 第二章 典型红外仿真系统分析
• 2.1 SE-WORKBENCH-IR
• 2.1.1 总体框架结构
• 2.1.2 子模块介绍
• 2.2 IRMA
• 2.3 DIRSIG
• 2.4 Vega Prime IR Scene
• 2.5 CAMEO-SIM
• 2.6 仿真系统总结
• 2.7 小结
• 第三章 红外场景仿真的一般框架
• 3.1 红外场景仿真方法
• 3.1.1 红外成像原理
• 3.1.2 红外场景仿真的一般框架
• 3.2 三维场景建模
• 3.3 热物理特征和辐射计算模型
• 3.4 大气效应模型
• 3.5 红外成像系统效应模型
• 3.6 仿真实时性的实现思路
• 3.7 小结
• 第四章 基于GPU 和OGRE 的实时红外图像生成原理
• 4.1 实时红外图像生成的框架结构
• 4.2 基于GPU 的红外场景仿真
• 4.2.1 GPU 渲染流水线
• 4.2.2 着色器模型
• 4.2.3 GPU 通用计算
• 4.2.4 GPU 应用于红外场景仿真
• 4.3 基于OGRE 的红外场景仿真
• 4.3.1 OGRE 的技术特性
• 4.3.2 总体结构与渲染流程
• 4.3.3 后处理框架
• 4.3.4 OGRE 应用于红外场景仿真
• 4.4 实时红外图像生成的辅助类库
• 4.4.1 Newton 物理库
• 4.4.2 OIS 输入库
• 4.4.3 TinyXML 库
• 4.4.4 CEGUI 图形界面库
• 4.4.5 MFC 类库
• 4.5 小结
• 第五章 实时红外场景仿真系统的实现
• 5.1 仿真系统总体结构与流程
• 5.2 仿真系统模块介绍
• 5.2.1 三维场景建模
• 5.2.2 红外特征建模
• 5.2.3 大气辐射传输建模
• 5.2.4 红外成像系统效应建模
• 5.2.5 红外特效建模
• 5.2.6 实时红外图像生成
• 5.3 实时红外图像生成软件
• 5.3.1 软件结构
• 5.3.2 软件运行流程
• 5.3.3 软件主要功能与特点
• 5.4 仿真结果与讨论
• 5.4.1 仿真实验计算机软硬件环境
• 5.4.2 仿真结果与讨论
• 5.5 小节
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间研究成果