一种地外星体表面光照仿真影像生成方法和系统与流程

技术特征：
1.一种地外星体表面光照仿真影像生成方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将地形数据从地形栅格空间转化到笛卡尔空间，为地形栅格建立点云矢量形式的拓补；对所有地形单元以固定的方位角间隔搜索最大地形遮挡仰角，将每个方位角下全部地形单元的最大地形遮挡仰角数值按照地形栅格空间拓扑记录为一幅地平线地图；一组均匀覆盖360
°
方位角范围的地平线地图视为对连续地平线的采样，定义为地平线数据库；s2、对于一个特定的时刻，通过星历查询到目标地形中心点处的太阳高度角与方位角；对于一个具体的太阳方位角，在地平线数据库中查询到最近邻的两幅地平线地图，进而在每一个栅格处，对两幅地平线地图中对应的数值按方位角差进行线性插值，得到当前方位角下新的地平线地图；在地形栅格空间中定义新的布尔型栅格数据，称为布尔明暗地图，比较当前方位角下地平线地图中记录的最大地形遮挡仰角和当前的太阳高度角，若太阳高度角数值较大则将布尔明暗地图的对应栅格赋值为true，否则赋值为false；s3、定义以一个查询点为中心，r为半径的球形区域为地形点的邻域范围；计算查询点到邻域点的向量坐标，进行协方差分析，计算协方差矩阵的特征值，以最小特征值对应的特征向量作为查询点的法向量，该法向量以地外星体球心的反方向为正；s4、逐栅格计算法向量与表示太阳方位的单位向量之间的点积，将结果记录在新栅格的对应位置，定义新栅格为反射比地图；将反射比地图、布尔明暗地图以及预设的反照率地图逐栅格做乘法，得到仿真影像。2.根据权利要求1所述的一种地外星体表面光照仿真影像生成方法，其特征在于，步骤s1中，笛卡尔空间的原点位于地形栅格的中心点，xoy平面与原点处地外星体的切面重合。3.根据权利要求1所述的一种地外星体表面光照仿真影像生成方法，其特征在于，步骤s1中，拓补空间中的点的近邻关系由k-d树描述。4.根据权利要求1所述的一种地外星体表面光照仿真影像生成方法，其特征在于，步骤s3中，半径r的取值为地形栅格中最大栅格边长的1.5倍。5.根据权利要求1所述的一种地外星体表面光照仿真影像生成方法，其特征在于，步骤s4中，预设的反照率地图初始化为1。6.一种地外星体表面光照仿真影像生成系统，包括处理器和存储器，其特征在于，所述处理器调用所述存储器中存储的程序，执行以下步骤：s1、将地形数据从地形栅格空间转化到笛卡尔空间，为地形栅格建立点云矢量形式的拓补；对所有地形单元以固定的方位角间隔搜索最大地形遮挡仰角，将每个方位角下全部地形单元的最大地形遮挡仰角数值按照地形栅格空间拓扑记录为一幅地平线地图；一组均匀覆盖360
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方位角范围的地平线地图视为对连续地平线的采样，定义为地平线数据库；s2、对于一个特定的时刻，通过星历查询到目标地形中心点处的太阳高度角与方位角；对于一个具体的太阳方位角，在地平线数据库中查询到最近邻的两幅地平线地图，进而在每一个栅格处，对两幅地平线地图中对应的数值按方位角差进行线性插值，得到当前方位角下新的地平线地图；在地形栅格空间中定义新的布尔型栅格数据，称为布尔明暗地图，比较当前方位角下地平线地图中记录的最大地形遮挡仰角和当前的太阳高度角，若太阳高度角数值较大则将布尔明暗地图的对应栅格赋值为true，否则赋值为false；s3、定义以一个查询点为中心，r为半径的球形区域为地形点的邻域范围；计算查询点到邻域点的向量坐标，进行协方差分析，计算协方差矩阵的特征值，以最小特征值对应的特
征向量作为查询点的法向量，该法向量以地外星体球心的反方向为正；s4、逐栅格计算法向量与表示太阳方位的单位向量之间的点积，将结果记录在新栅格的对应位置，定义新栅格为反射比地图；将反射比地图、布尔明暗地图以及预设的反照率地图逐栅格做乘法，得到仿真影像。7.根据权利要求6所述的一种地外星体表面光照仿真影像生成系统，其特征在于，步骤s1中，笛卡尔空间的原点位于地形栅格的中心点，xoy平面与原点处地外星体的切面重合。8.根据权利要求6所述的一种地外星体表面光照仿真影像生成系统，其特征在于，步骤s1中，拓补空间中的点的近邻关系由k-d树描述。9.根据权利要求6所述的一种地外星体表面光照仿真影像生成系统，其特征在于，步骤s3中，半径r的取值为地形栅格中最大栅格边长的1.5倍。10.根据权利要求6所述的一种地外星体表面光照仿真影像生成系统，其特征在于，步骤s4中，预设的反照率地图初始化为1。

技术总结
本发明涉及一种地外星体表面光照仿真影像生成方法和系统，其中的方法包括：首先基于几何遮挡的布尔明暗地图的快速计算，进行地平线数据库的制作和布尔明暗地图的内插；然后基于地形的反照率快速计算，包括求解地形法向量，估算仿真影像亮度值，即为结合光源向量与法向量，渲染出逼真的影像效果。与现有技术相比，本发明实现了快速、高分辨率、高精度的地外星体表面光照影像仿真。星体表面光照影像仿真。星体表面光照影像仿真。


技术研发人员：童小华 黄潜 刘世杰 叶真 王超 柳思聪 谢欢 陈鹏
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2021.11.16
技术公布日：2022/3/15