用于裝備效能驗(yàn)證的VR目標(biāo)仿真技術(shù)研究

楊 鵬，許壽全，朱翠云

(1.中國(guó)人民解放軍32381部隊(duì)，北京 100000；2.江蘇自動(dòng)化研究所，江蘇 連云港 222061)

0 引 言

現(xiàn)行光學(xué)探測(cè)類(lèi)裝備的視頻圖像數(shù)據(jù)采集主要采用紅外傳感器和電視傳感器兩種方式[1]，通常通過(guò)圖像采集板將前端傳感器采集的視頻圖像進(jìn)行預(yù)處理[2]后發(fā)給圖像數(shù)據(jù)處理模塊執(zhí)行目標(biāo)提取、航跡處理、目標(biāo)跟蹤、預(yù)警等后續(xù)功能[3-6]。該類(lèi)裝備在研制階段的效能驗(yàn)證主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)室仿真和高/低空飛行器實(shí)飛兩種方式。其中實(shí)驗(yàn)室仿真須搭建配套試驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)境用于構(gòu)造外部目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)，投入成本不菲，飛行器實(shí)飛更是如此。并且，通常情況下，隨某一型號(hào)裝備產(chǎn)生的驗(yàn)證環(huán)境往往型號(hào)針對(duì)性較強(qiáng)，通用性考慮不足，造成重復(fù)建設(shè)。

該文提出一種基于Vega Prime的三維可見(jiàn)光場(chǎng)景仿真系統(tǒng)和GPU高并行硬件體系下高階渲染引擎—OGRE驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的電視圖像目標(biāo)、紅外圖像目標(biāo)仿真技術(shù)?；诖思夹g(shù)，輔以目標(biāo)動(dòng)態(tài)定位和開(kāi)放式目標(biāo)數(shù)量及運(yùn)動(dòng)參數(shù)裝訂即可滿足光學(xué)探測(cè)類(lèi)裝備效能驗(yàn)證的通用性要求，可在多種環(huán)境下高效低成本實(shí)現(xiàn)視頻目標(biāo)數(shù)據(jù)的定制、生成、注入等功能，完整覆蓋效能邊際，既可滿足裝備研制階段的效能驗(yàn)證需求又能支撐交付實(shí)裝后的功能校驗(yàn)及維保需求。

1 光學(xué)探測(cè)類(lèi)裝備測(cè)試概述

1.1 光學(xué)探測(cè)類(lèi)裝備基本原理

光學(xué)探測(cè)類(lèi)裝備主要用于可見(jiàn)光、紅外光目標(biāo)探測(cè)，典型組成由探測(cè)模塊、伺服控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯控及接口模塊組成，如圖1所示。

圖1 光學(xué)探測(cè)類(lèi)裝備典型組成

探測(cè)模塊：通過(guò)前端紅外傳感器和電視傳感器捕獲目標(biāo)視頻。

數(shù)據(jù)處理模塊：通過(guò)圖像采集板將采集的視頻圖像進(jìn)行預(yù)處理后發(fā)給圖像處理模塊，圖像處理模塊的功能主要通過(guò)質(zhì)心算法或相關(guān)算法進(jìn)行圖像特征計(jì)算，將圖像中的目標(biāo)進(jìn)行解析，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測(cè)、捕獲、關(guān)聯(lián)、融合、跟蹤、跟蹤位移解算、跟蹤預(yù)測(cè)等功能[7]。

伺服控制模塊：接收綜合導(dǎo)航數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理模塊的跟蹤位移解算數(shù)據(jù)，通過(guò)平臺(tái)穩(wěn)定閉環(huán)控制、PID控制實(shí)現(xiàn)設(shè)備平臺(tái)縱橫搖抵消及指向器控制，保障跟蹤穩(wěn)定性。

顯控模塊：實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面顯示、圖像及數(shù)據(jù)壓縮存儲(chǔ)、場(chǎng)景檢索回放、人機(jī)輸入設(shè)備響應(yīng)。

1.2 光學(xué)探測(cè)類(lèi)裝備測(cè)試需求

光學(xué)探測(cè)類(lèi)裝備可對(duì)作戰(zhàn)環(huán)境中機(jī)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、跟蹤，因此，在裝備研制階段，效能驗(yàn)證須按作戰(zhàn)場(chǎng)景仿真大量目標(biāo)機(jī)動(dòng)數(shù)據(jù)，且為滿足通用性需求，目標(biāo)類(lèi)型、數(shù)量、運(yùn)動(dòng)軌跡均須靈活可配置，支持主流的目標(biāo)圖像注入接口。因此，需要設(shè)計(jì)一款通用性較強(qiáng)的半實(shí)物自動(dòng)化仿真平臺(tái)[8-9]，滿足如下功能：

(1)目標(biāo)仿真方式：本機(jī)仿真產(chǎn)生。

(2)生成單批目標(biāo)：

(a)根據(jù)輸入的目標(biāo)參數(shù)，定制單批目標(biāo)的方位、距離、速度、航向等信息，生成相應(yīng)圖像。

(b)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方式：直線運(yùn)動(dòng)(參數(shù)：距離、方位、俯仰、運(yùn)動(dòng)方向)、遠(yuǎn)近曲線運(yùn)動(dòng)、遠(yuǎn)近弧線運(yùn)動(dòng)、圓圈運(yùn)動(dòng)(參數(shù)：距離，圓半徑)。

(c)根據(jù)輸入的航路段信息，產(chǎn)生單個(gè)目標(biāo)航跡復(fù)雜的目標(biāo)視頻。

(3)生成多批目標(biāo)：

(a)給定距離，方位范圍，高度，目標(biāo)數(shù)，一次生成多批目標(biāo)，方位平均分布/環(huán)狀分布，支持簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)方式。

(b)預(yù)設(shè)航母、飛機(jī)編隊(duì)陣型。

(c)根據(jù)輸入的目標(biāo)個(gè)數(shù)信息，產(chǎn)生指定個(gè)數(shù)的隨機(jī)目標(biāo)視頻。

(4)根據(jù)要求指定產(chǎn)生空中目標(biāo)、海面目標(biāo)等具有固定機(jī)動(dòng)模式的目標(biāo)。

(5)根據(jù)目前傳感器的視場(chǎng)角度，設(shè)置目標(biāo)距離，提示目標(biāo)超出視場(chǎng)范圍的高度邊界。

(6)提供人機(jī)交互手段，可以方便地錄入和修改視頻信號(hào)。

(7)電視視頻具備投影顯示及標(biāo)準(zhǔn)視頻輸出功能。

(8)紅外視頻具備光纖注入及標(biāo)準(zhǔn)視頻輸出功能。

(9)具備生成視頻的存儲(chǔ)與回放功能。

(10)設(shè)置參數(shù)可編輯、保存、讀取。

2 半實(shí)物自動(dòng)化仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 半實(shí)物驗(yàn)證技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理及架構(gòu)

典型電視信號(hào)源生成采用基于Vega Prime的三維可見(jiàn)光場(chǎng)景仿真系統(tǒng)[10-11]，其結(jié)構(gòu)主要包含飛機(jī)艦船導(dǎo)彈三維模型、紋理圖片信息、場(chǎng)景配置、視點(diǎn)設(shè)置、運(yùn)動(dòng)方式設(shè)置、場(chǎng)景切換、模型驅(qū)動(dòng)等。

可總結(jié)為，基于Vega Prime的三維可見(jiàn)光場(chǎng)景仿真系統(tǒng)主要包括：LynX圖形界面設(shè)計(jì)、視景模型的預(yù)處理和可視化仿真程序設(shè)計(jì)三部分,它們之間的關(guān)系如圖2所示。

圖2 三維可見(jiàn)光場(chǎng)景仿真系統(tǒng)關(guān)系框架

(1)視景模型預(yù)處理，利用MultiGen Creator建立格式為.flt的視景三維模型庫(kù)，通過(guò)Creator Terrain Studio生成場(chǎng)景地形模型庫(kù)。

(2)基于Vega的LynX圖形界面設(shè)計(jì)，包括設(shè)置三維模型初始位置、設(shè)置基本環(huán)境、設(shè)置特效、設(shè)置漫游方式等。

(3)基于MFC/Vega可視化仿真程序設(shè)計(jì)，主要完成仿真過(guò)程，通過(guò)Vega自帶的API函數(shù)調(diào)用視景模型預(yù)處理生成的視景三維模型庫(kù)、場(chǎng)景地形模型庫(kù)和LynX圖形界面設(shè)計(jì)生成的.adf文件進(jìn)行控制。其主要內(nèi)容包括鼠標(biāo)拾取、固定路徑漫游、視點(diǎn)控制、實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)算法和碰撞檢測(cè)與響應(yīng)等內(nèi)容。

GPU的高并行硬件體系下，高階渲染引擎—OGRE驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景被用來(lái)實(shí)現(xiàn)紅外輻射計(jì)算和仿真結(jié)果的渲染輸出[12]，驅(qū)動(dòng)或生成三維紅外場(chǎng)景。首先把預(yù)處理階段生成的資源和三維紅外場(chǎng)景建模讀入GPU顯存，在GPU的可編程渲染過(guò)程中獲取DDS紋理中的各種仿真數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基于實(shí)時(shí)的紅外輻射計(jì)算、大氣效應(yīng)仿真。以基于OGRE的三維場(chǎng)景仿真程序?yàn)楹诵模M合紅外成像系統(tǒng)效應(yīng)和反饋?lái)憫?yīng)，可以實(shí)現(xiàn)紅外成像系統(tǒng)數(shù)字仿真，渲染生成實(shí)時(shí)紅外圖像。

(1)依據(jù)仿真系統(tǒng)中的其他模塊輸入的場(chǎng)景資源，渲染不包含大氣效應(yīng)和成像系統(tǒng)效應(yīng)的場(chǎng)景。

(2)借助紅外特效模塊添加紅外云、紅外煙霧等紅外特效。

(3)利用大氣輻射傳輸模塊，添加路徑輻射和大氣衰減對(duì)場(chǎng)景的影響。

(4)完成紅外成像系統(tǒng)虛擬樣機(jī)實(shí)時(shí)仿真工作。紅外物理渲染的主要輸入數(shù)據(jù)是景象設(shè)計(jì)階段集成的三維紅外景象，以紅外輻射亮度為中間計(jì)算量，以輻射數(shù)據(jù)或量化后的灰度圖像為輸出結(jié)果。

紅外物理渲染的主要輸入數(shù)據(jù)是景象設(shè)計(jì)階段集成的三維紅外景象，以紅外輻射亮度為中間計(jì)算量，以輻射數(shù)據(jù)或量化后的灰度圖像為輸出結(jié)果。

與只是將紋理貼圖看作材質(zhì)或者設(shè)置物體表面顏色的傳統(tǒng)可見(jiàn)光渲染方法有所區(qū)別，在進(jìn)行紅外渲染時(shí)，將GPU的所有渲染狀態(tài)看作物體表面的材質(zhì)。物體表面的材質(zhì)包含光學(xué)特性數(shù)據(jù)、大氣效應(yīng)數(shù)據(jù)以及物體熱輻射模型數(shù)據(jù)，所有的這些數(shù)據(jù)和輻射傳輸計(jì)算模型的GPU程序構(gòu)成了紅外輻射計(jì)算模型。

通過(guò)上述材質(zhì)組織方式，將紅外輻射計(jì)算模型嵌入到GPU的光照渲染模型中，GPU的圖形渲染過(guò)程即紅外圖像的產(chǎn)生過(guò)程。

場(chǎng)景紅外輻射動(dòng)態(tài)渲染原理如圖3所示。

圖3 場(chǎng)景紅外輻射動(dòng)態(tài)渲染原理

基于GPU的輻射傳輸模型主要考慮大氣路徑輻射、物體對(duì)太陽(yáng)或者月亮輻射的反射及物體自身輻射來(lái)模擬場(chǎng)景中到達(dá)探測(cè)器的輻射能量。

頂點(diǎn)渲染程序在實(shí)現(xiàn)輻射傳輸計(jì)算模型中主要做一些輔助工作，例如，物體在局部坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系之間的變換，將物體相對(duì)于局部坐標(biāo)系或世界坐標(biāo)系的位置進(jìn)行插值送入像素渲染程序供進(jìn)一步處理等。像素渲染程序可以實(shí)現(xiàn)輻射傳輸計(jì)算模型中的輻射計(jì)算。

(1)輸入頂點(diǎn)數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源；

(2)完成坐標(biāo)變換，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輔助處理；

(3)數(shù)據(jù)裁減、光柵化等；

(4)確定海拔高度、坐標(biāo)位置等信息；

(5)計(jì)算相對(duì)于探測(cè)器的各種信息；

(6)根據(jù)相對(duì)姿態(tài)信息對(duì)紋理尋址；

(7)輻射傳輸計(jì)算；

(8)深度測(cè)試、混合測(cè)試等。

在場(chǎng)景仿真中，仿真結(jié)果逼真度極大地受大氣的輻射效應(yīng)仿真效果影響著。大氣的輻射效應(yīng)主要表現(xiàn)為大氣路徑衰減和路徑輻射，其計(jì)算工作已在仿真預(yù)處理階段完成，并編碼為響應(yīng)紋理，可供仿真時(shí)調(diào)用。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 目標(biāo)定位

仿真平臺(tái)采用東北天坐標(biāo)系[13]。

假設(shè)目標(biāo)的初始距離R、方位角A、俯仰角E、線速度VR、方位角速度VA、俯仰角速度VE。假設(shè)光電設(shè)備安裝高度H，則計(jì)算出目標(biāo)地理坐標(biāo)：

接下來(lái)，根據(jù)圖像輸出速率計(jì)算目標(biāo)每一幀時(shí)間對(duì)應(yīng)的地理坐標(biāo)位置。

最后，根據(jù)更新的地理坐標(biāo)計(jì)算目標(biāo)當(dāng)前的距離、方位角、俯仰角。

E=atan(z/R)

2.2.2 地平坐標(biāo)與甲板坐標(biāo)變換模塊

坐標(biāo)變換模塊為系統(tǒng)提供可能用到的各種坐標(biāo)變換[14]，包括：地平坐標(biāo)系到甲板坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換WD2BWD、甲板坐標(biāo)系到地平坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換BWD2WD。

坐標(biāo)變換子模塊的主要作用是消除系統(tǒng)平臺(tái)的擾動(dòng)對(duì)穩(wěn)定對(duì)象的影響，計(jì)算出消除平臺(tái)擾動(dòng)需要在甲板坐標(biāo)系運(yùn)動(dòng)到的位置。

坐標(biāo)變換模塊接收導(dǎo)航數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)PID控制中角度數(shù)據(jù)在不同坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換。

輸入：WD2BWD模塊輸入項(xiàng)包含大地方位角、俯仰角、縱橫搖及BWD2WD模塊的輸入項(xiàng)甲板方位角、俯仰角、縱橫搖。

輸出：WD2BWD模塊及BWD2WD模塊的輸出項(xiàng)如表1所示。

表1 坐標(biāo)變換輸出項(xiàng)

大地直角坐標(biāo)系o-xyz：又稱(chēng)水平穩(wěn)定坐標(biāo)系。ox軸指向正東方向，oy軸指向正北方向，oz軸指向天頂方向。

甲板直角坐標(biāo)系oc-xcyczc：又稱(chēng)動(dòng)坐標(biāo)系。oyc軸為艦船艏艉線，指向艦首為正;oxc軸與艦船艏艉線垂直，并與其在同一平面上，指向右舷為正；ozc軸與甲板平面oxcyc垂直，向上為正。

導(dǎo)航提供的姿態(tài)信息主要有航向角、縱搖角和橫搖角。航向角是艦船艏艉線在水平面上的投影與正北的夾角，自正北算起，順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?；縱搖角是艦船艏艉線oxc與水平面的夾角，艦艏抬起為正，在垂直面內(nèi)測(cè)量，為鉛直角；橫搖角是艦橫軸oyc與肋骨面水平線之間的夾角，甲板右舷下傾為正，在肋骨面內(nèi)測(cè)量，不是鉛直角。

大地坐標(biāo)到甲板坐標(biāo)的變換公式：

目標(biāo)的甲板高度角為：

Eg=sin-1(-sinPcosAcosE+cosPsinRsinAcosE+cosPcosRsinE)

目標(biāo)的甲板舷角為：

甲板坐標(biāo)到大地坐標(biāo)的變換公式：

目標(biāo)的大地高度角為:

E=sin-1(cosRsinPcosAgcosEg+sinRsinAgcosEg+cosRcosPsinEg)

目標(biāo)的大地方位角為：

以上各式中各符號(hào)的定義為：

Eg：甲板坐標(biāo)系下目標(biāo)的俯仰角；

Ag：甲板坐標(biāo)系下目標(biāo)的方位角；

E：大地坐標(biāo)系下目標(biāo)的俯仰角；

A：大地坐標(biāo)系下目標(biāo)的方位角；

R：橫搖角；

P：縱搖角。

2.2.3 視頻圖像仿真

視頻圖像仿真中三維視景由Vega Prime三維實(shí)景仿真軟件模擬產(chǎn)生。

Vega Prime作為高性能的VR開(kāi)發(fā)平臺(tái)，提供了兩種系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式。一種是使用Lynx Prime 軟件提供的API函數(shù)(C++類(lèi)庫(kù)函數(shù))進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)，創(chuàng)建一個(gè)應(yīng)用程序所必需的全部API均可包含在Vega中。另一種是單純地使用Lynx Prime圖形用戶(hù)界面配置系統(tǒng)，Lynx Prime圖形環(huán)境是點(diǎn)擊式的，只需用戶(hù)用鼠標(biāo)的左、中、右鍵點(diǎn)擊即可改變應(yīng)用程序的性能，如多CPU資源分配、顯示通道、觀察者、視點(diǎn)、時(shí)間尺度、系統(tǒng)配置、模型、特殊效果和數(shù)據(jù)庫(kù)等。

典型電視信號(hào)源生成設(shè)備軟件采用Lynx和API函數(shù)結(jié)合開(kāi)發(fā)方式，在VC軟件建立基于MFC類(lèi)庫(kù)的工程，應(yīng)用Vega Prime軟件與VC軟件的編程接口，調(diào)用API函數(shù)實(shí)現(xiàn)視頻圖像的實(shí)時(shí)仿真。

視景仿真的過(guò)程分為三步：

(1)調(diào)用場(chǎng)景和目標(biāo)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)組合。

Vega中的場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體(Players)提供了一種在應(yīng)用場(chǎng)景中控制和放置動(dòng)態(tài)實(shí)體的方法。場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體描述的位置、特性以及附加的Vega類(lèi)事件組成場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體的數(shù)據(jù)。Vega中，每個(gè)場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體均可能被認(rèn)為是來(lái)自引入Vega類(lèi)的其他類(lèi)型或附件的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)系?？梢?jiàn)對(duì)象物和特殊效果的方向、位置可在場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)中被確定下來(lái)。

場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體參考的Vega類(lèi)的類(lèi)型包括：運(yùn)動(dòng)模型、體、對(duì)象物和相交矢量。場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體可同時(shí)包括多個(gè)相交矢量和對(duì)象物，也可以為某個(gè)場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體選擇某個(gè)單獨(dú)的個(gè)體事件或運(yùn)動(dòng)模型。圖4描述了其他Vega事件與場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體之間的關(guān)系。

圖4 Vega場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體的連通性

Vega的公共API函數(shù)vgProp()可為某個(gè)場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體設(shè)置多個(gè)屬性。在場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體上可以附著諸如觀察者、運(yùn)動(dòng)模型、導(dǎo)航器、體和相交矢量這樣的類(lèi)。Vega為觀察者、場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體以及任意的參考坐標(biāo)系提供用于加入和查詢(xún)參考坐標(biāo)系的函數(shù)：

(a)觀察者函數(shù)：vgPlyrObservRef() vgGetPlyr ObservRef()；

(b)場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體函數(shù)：vgPlyrPlyrRef() vgGetPlyr PlyrRef()；

(c)參考坐標(biāo)系函數(shù)：vgPlyrCSRef() vgGetPlyr CSRef()。

當(dāng)多個(gè)對(duì)象物附著在一個(gè)場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體中時(shí)，用對(duì)象相對(duì)場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體位置的偏移量來(lái)表示對(duì)象物的位置是最好的選擇，使用函數(shù)vgMakeObj()預(yù)先指定偏移對(duì)象物位置。在把數(shù)據(jù)庫(kù)中靜態(tài)對(duì)象物轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)對(duì)象物時(shí)，把該初值或偏移的位置提供給對(duì)象物。

每個(gè)場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體參考一個(gè)近似場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體的尺寸和形狀的體以支持碰撞檢測(cè)和相關(guān)的操作。體的附屬物可從LynX的Players面板中或Vega的API中構(gòu)造，函數(shù)vgPlyrVol()和vgGetPlyrVol()用于附著和查詢(xún)一個(gè)場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體。由LynX的Player面板或使用Vega的API函數(shù)可以把多個(gè)相交矢量附著到一個(gè)場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體中，提供的函數(shù)有添加函數(shù)vgAdd、刪除函數(shù)vgRem、查詢(xún)函數(shù)vgGet和vgGetNum。vgPlayer有兩種回調(diào)函數(shù)。

·場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體加入對(duì)象物的回調(diào)。

回調(diào)標(biāo)識(shí)符為VGPLYR_ADD_OBJ。

回調(diào)必須為以下形式：

void MyFunc(vgCommon*parent, vgCommon*child, void*udata);

·場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)體刪除對(duì)象物的回調(diào)。

回調(diào)標(biāo)識(shí)符為VGPLYR_REM_OBJ。

回調(diào)必須為以下形式：

void MyFunc(vgCommon*parent, vgCommon*child, void*udata);

(2)添加環(huán)境效果。Vega的環(huán)境描述場(chǎng)景內(nèi)大氣層和氣候條件，環(huán)境數(shù)據(jù)由屬性和加到Vega類(lèi)事件中的參考對(duì)象物組成，環(huán)境提供一種方法控制當(dāng)前的霧模型、能見(jiàn)度范圍和時(shí)辰變化。Vega提供許多可選的環(huán)境效果，可在每個(gè)環(huán)境中調(diào)用和控制，環(huán)境效果可仿真通常觀察到的大氣層和自然現(xiàn)象。

(3)Vega Prime使用Vege Lynx預(yù)覽Vega的應(yīng)用程序，用戶(hù)通過(guò)預(yù)覽評(píng)估當(dāng)前的仿真效果是否符合要求，根據(jù)用戶(hù)需求調(diào)整參數(shù)并配置ACF文件，直到用戶(hù)滿意，全屏播放仿真視頻。

視頻圖像仿真軟件流程如圖5所示。

圖5 視頻圖像仿真軟件流程

3 實(shí)物驗(yàn)證

3.1 目標(biāo)圖像模擬實(shí)現(xiàn)

為驗(yàn)證仿真平臺(tái)的有效性，該文通過(guò)想定方式模擬構(gòu)建視頻目標(biāo)場(chǎng)景[15-16]，目標(biāo)類(lèi)型包括艦船、飛機(jī)，分別按不同的運(yùn)動(dòng)軌跡、不同高度、不同速度運(yùn)行。

構(gòu)建半實(shí)物仿真平臺(tái)，如圖6所示。通過(guò)參數(shù)設(shè)置，可在本機(jī)模擬產(chǎn)生單批目標(biāo)、多批目標(biāo)的三維可見(jiàn)光及紅外視頻，目標(biāo)類(lèi)型、數(shù)量、運(yùn)動(dòng)軌跡均可靈活配置，支持主流的目標(biāo)圖像注入接口。

(a)三維可見(jiàn)光目標(biāo)圖像半實(shí)物仿真平臺(tái)

采用Vega Prime三維實(shí)景仿真軟件，調(diào)用API函數(shù)實(shí)現(xiàn)視頻圖像的實(shí)時(shí)仿真，通過(guò)Vega的公共API函數(shù)vgProp()設(shè)置目標(biāo)屬性參數(shù)，生成視頻效果如圖7所示。

(a)三維可見(jiàn)光目標(biāo)圖像

3.2 目標(biāo)圖像數(shù)據(jù)正確性驗(yàn)證

通過(guò)某型光學(xué)探測(cè)類(lèi)裝備對(duì)視頻目標(biāo)進(jìn)行目標(biāo)提取、航跡處理、目標(biāo)跟蹤、預(yù)警等操作驗(yàn)證，其處理結(jié)果與期望結(jié)果一致。仿真結(jié)果與期望結(jié)果對(duì)比如表2所示。

表2 仿真結(jié)果與真實(shí)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

由此表明，半實(shí)物仿真平臺(tái)仿真構(gòu)建的作戰(zhàn)場(chǎng)景能夠被光學(xué)探測(cè)武器識(shí)別、處理，與期望結(jié)果一致，符合光學(xué)探測(cè)類(lèi)裝備測(cè)試需求。

4 結(jié)束語(yǔ)

該文提出一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的視頻目標(biāo)仿真方法，并在此基礎(chǔ)上給出了通過(guò)VR技術(shù)實(shí)現(xiàn)的工具架構(gòu)，可在多種環(huán)境下高效低成本實(shí)現(xiàn)視頻目標(biāo)數(shù)據(jù)的定制、生成、注入等功能，完整覆蓋效能邊際，既可滿足裝備研制階段的效能驗(yàn)證需求又能支撐交付實(shí)裝后的功能校驗(yàn)及維保需求，具有實(shí)際參考價(jià)值。