基于渲染引擎的实时红外场景仿真框架及实现方法研究

摘要

本文从红外成像系统基本原理出发，利用开源的Ogre渲染引擎实现了一个实时三维红外场景仿真框架，解决了底层开发工作量较大和仿真平台无法获取红外模块算法等问题。 首先，本文参照红外成像系统原理，阐述了红外场景仿真框架的总体结构，并对其中每个模块的实现进行了理论分析和模块构建；其次，对于三维复杂场景建模的不同情况进行了分析，提出了利用图形处理器(简称GPU)获取渲染结果数据以及在GPU中实现迭代运算的方法；然后，对Ogre渲染引擎的总体结构和工作流程进行了较为全面的剖析，探讨了渲染引擎对于复杂资源管理、场景管理等问题的解决方法；最后利用Ogre渲染引擎实现了一个实时三维红外场景仿真框架。研究结果表明，利用渲染引擎实现三维红外场景仿真框架可以有效地解决底层开发中复杂场景的组织，各种资源的管理以及仿真平台无法获取红外模块算法等问题。

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2国内外发展状况

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主要特色

第二章红外场景仿真框架基本理论

2.1红外成像的基本原理

2.2红外场景仿真框架总体结构

2.2.1三维场景几何建模

2.2.2场景的红外辐射计算

2.2.3辐射在大气中的传输

2.2.4成像系统效应建模

2.2.5量化显示

2.3小结

第三章三维场景建模及其GPU渲染实现原理

3.1三维场景建模

3.1.1目标及实背景建模

3.1.2地形建模

3.1.3虚背景建模

3.2 GPU渲染流程

3.2.1 GPU硬件实时渲染优势

3.2.2可编程渲染管线

3.2.3 GPU结果数据存储

3.2.4 GPU迭代运算实现原理

3.3小结

第四章Ogre渲染引擎工作原理

4.1基本框架及其主体仿真流程

4.1.1基本框架

4.1.2主体仿真流程

4.2资源管理

4.3场景组织与帧渲染流程

4.4材质脚本与GPU程序调用方式

4.5合成器框架

4.6图形用户界面及消息响应

4.7小结

第五章红外场景仿真在Ogre渲染引擎中的实现

5.1红外仿真框架总体结构

5.2三维场景建模与复杂场景管理

5.3目标驱动及其地形匹配

5.4大气效应仿真

5.5成像系统效应仿真

5.5.1频率域效应仿真

5.5.2空间域效应仿真

5.6小结

第六章结论

致谢

参考文献

研究成果