[发明专利]一种基于多尺度渲染和拟合的三维船舶动态展现方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机图像处理，特别是船舶交通态势显示领域，是一种使用多尺度渲染和拟合进行三维船舶动态展现的方法，特别是实现大量船舶目标在不同航行状态下的高效三维显示方法。

背景技术

在传统的船舶交通管理系统中，较多使用基于二维海图的船舶目标绘制展现交通态势，多使用简单图形(矩形、三角形等)和颜色区别船舶目标的类型、情报来源，使用点线等表示船舶轨迹，文字标签提示船名和其他信息等。二维显示的方式简单、直观，适用于海事值班人员对整体交通态势的掌握和观察，但也存在一定的不足，主要包括两个方面：(1)无法直接表现船舶目标的各类细节特征，如船舶尺寸、船高、吃水、外观特征等；(2)无法连续显示船舶目标的动态航行过程，只能通过离散的位置的表现船舶的历史航行轨迹，而没有一个平滑连续的航行效果。而基于硬件加速的三维渲染引擎，则适合解决这些问题，通过详细的三维模型或图片纹理可以很好的展现出船舶目标的全部特征，通过插值或拟合方式能够表现船舶航行的连续过程，此外搭配上港区的高清影像、高程水深信息、以及光线、天气等特效，则能够达到动画级别的动态展示效果。三维渲染是对船舶交通态势的一种更加逼真、立体的展现方式，也是对二维态势的一种重要补充。对船舶交通管理而言，二三维展现各有侧重，前者适用于掌握全局态势和整体特征，后者侧重于细节特效和真实运动场景的模拟。

目前国内海事局所使用的VTS系统中，三维交通态势的应用还很低，主要原因是现役系统开发时间都较早，三维渲染技术尚不成熟。在已有部分三维功能的VTS软件中，其展现效果也普遍存在一些短板，主要分为几个方面：(1)接入船舶目标的数量很少，功能也非常有限，大批量目标接入时难以实现二三维交通态势的一致性；(2)动态效果不足，更侧重于船舶的静态模型展示，不能观察所有目标动态航行效果。由于三维渲染占用的系统资源较多，而随着现代航运的日益发展，港口吞吐量和船舶数量都在一个很大的量级上，如果以统一尺度的细节渲染方式和运动计算方法展现所有船舶目标，很容易到达三维展现的性能瓶颈，这也是很多三维系统无法与二维船舶交通显示做到态势一致、互相补充的内在原因。在大批量的背景下，急需要提出一种多尺度的三维渲染和运动计算方法，优化三维显示的资源使用，达到与二维显示系统匹配的性能指标，保证二三维船舶交通态势的一致性，提供更加真实、更加形象、更加动态的船舶目标展现效果。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于多尺度渲染和拟合的三维船舶动态展现方法。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于多尺度渲染和拟合的三维船舶动态展现方法，包括如下步骤：

步骤1：接收船舶目标情报，解析相关信息，动态匹配相关资源；

步骤2：判断该船舶目标是否存在，已存在则等待渲染处理；不存在则创建对应的船舶目标，等待渲染；

步骤3：遍历待渲染目标，根据可见性条件、观察距离，进行渲染前计算，判断三维船舶目标的可见性、密集度和渲染的细节层次，根据计算结果动态加载或卸载相关资源；

步骤4：根据观察距离、船舶航速和渲染帧速，计算船舶航行的插值间隔；

步骤5：对于确定显示的三维船舶目标，根据两次情报点给定的时间和位置，通过不同的拟合路线和插值间隔计算下一帧渲染的位置和姿态。

本发明步骤1中，需要解析的船舶信息包括：位置(经纬度)、高度、航向、航速、船舶类型、长度、宽度，以及三维观察点(虚拟相机)位置和视角，作为渲染和拟合的计算依据。

本发明步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：根据三维观察点位置和船舶目标位置，将地理坐标(经度longitude，纬度latitude，高度altitude)转换为笛卡尔坐标(x，y，z)，观察位置(x^c，y^c，z^c)和船舶目标位置(x，y，z)两点间直线距离，记录观察距离d；计算方式如下，其中R为地球半径；