模拟器视景系统中太阳及镜头光晕的绘制.pdf

第33卷第2期大连海事大学学报Vl01．33No．2
2007年5月JournalofDalianMaritimeUniversityMay2007

文章编号：1006773612007}02—0124—05

模拟器视景系统中太阳及镜头光晕的绘制

任鸿翔，金一丞，尹勇
(大连海事大学航海动态仿真与控制实验室，辽宁大连116026)

摘要：为解决现有航海模拟器视景系统中对太阳及镜头光晕的模拟不完善、无法显示太阳、不能控制太阳及
镜头光晕效果等问题，提出基于OpenGL和Cg绘制太阳及镜头光晕的方法．讨论光晕分布、纹理及融合等技
术，并引入光晕边界的概念，实现光晕的淡入淡出．采用光线投射方法判断太阳与其他物体的遮挡关系，解决
了z缓冲区方法无法判断视见体外物体的可见性问题，并利用顶点着色器技术对该方法进行优化．结果显
示，该法简单，易于实现，绘制效果真实，满足航海模拟器对视景系统的实时性和逼真度要求．
关键词：航海模拟器；视景系统；镜头光晕；光晕边界；顶点着色器
中图分类号：TP391．41文献标志码：A

制物体的形状、外观和运动成为可能，并提供了一
0引言
个新的、可对图形硬件进行操作的抽象层，程序员
摄像机或照相机对准太阳时，一些光线在内不必再直接使用图形硬件汇编语言来编写程
部镜头和光学机构中散射折射，在摄像机中就会序．
看到美丽魔幻的光环、光点等，这就是镜头光晕．
1太阳位置的计算
光晕的幻影效果取决摄像机镜头及光学器械的类
型，常见的镜头光晕有圆环、六边形光斑和小光点太阳位置随时间变化，在航海模拟器中模拟
等．太阳，首先要准确计算出太阳的实时位置．本文利
对太阳及镜头光晕效果模拟是视景仿真中最用FK5星表数据-5通过基准历元的天体平位置
常用的特效之一，国内外学者对此进行了相关研推算得到太阳的位置，方法如下：(1)实时获取系
究-1]．现有航海模拟器视景系统是基于统时间和视点经纬度等数据，将获取的时间转换
OpenGVS高级视景管理软件开发的，管理软件提到从基准历元时间起算的儒略世纪数T．(2)以
供的太阳及镜头光晕的模拟效果并不完善，最大T为参数根据星表数据计算太阳在赤道坐标系
的问题是无法显示太阳，也不能控制太阳及镜头中的坐标．(3)将太阳的坐标由赤道坐标转换成航
光晕．本文尝试采用OpenGL和Cg编程实现对太海模拟器场景的世界坐标．
阳和镜头光晕的仿真．OpenGL是在SGI等多家1．1时间的转换
世界闻名的计算机公司的倡导下，以SGI的GL太阳某时刻的位置可通过基准历元的天体平
三维图形库为基础制定的一个通用共享、性能卓位置推算得到．首先计算该时刻至基准历元的时
越的开放式三维图形标准-3j．Cg(Cforgraphics)间，由于FK5星表是以太阳系质心力学时(TDB)
是最早的为可编程图形处理器设计的高级编程语作为时间尺度，而航海模拟器场景系统使用的是
言．Cg的出现使得程序员利用可编程图形硬件绘协调世界时(UTC)．为计算太阳的位置，必须将

*收稿日期：2006—10—09．
基金项目：国家“973”计划基金资助项目(2002CB312103)．
作者简介：任鸿翔(1974一)，男，黑龙江肇东人，副教授，E-mail：[e-mail]；
金一丞(1944一)，男，浙江上虞人，教授，博士生导师．

第2期任鸿翔，等：模拟器视景系统中太阳及镜头光晕的绘制125

实时获得的系统时间UTC转化为TDB．设JD为1．2太阳赤道坐标的计算
儒略日(TDB)，计算公式为计算太阳的赤道坐标，可先计算太阳在黄道
JD=367×Y—INT(7×上的视位置：视黄经和视黄纬，然后经过坐标变换
(Y+INT((m+9)／12))／4)+INT(275×m／9)+转换成赤道坐标．太阳视黄经的计算为
d+1721013．5+t／24(1)s=L+△++△Ll+△L+△Lp+△Lg
其中：Y、m、d是从系统获取的年、月、日；t为协(3)
调世界时；INT为计算机取整运算．其中：L为对于观测当天平春分点的太阳几何平
FK5星表以JD2000．0作为基准历元，此时的黄经；为中心差；△L为太阳光行差的改正；太
儒略日为2451545．0．系统时间至基准历元的儒阳平黄经的主要摄动项包括长周期项△L、月亮
略世纪摄动项△L大行星主要摄动项△L．各变量的计

T一二：·r，，、
一算公式为
36525

L=280。2757"．85+(100+0。4611．27)T一1"0．89T2

口=(2一4S3)sinM+(5S2一11s4)sin2Ms+13s3sin3Ms+3es4sin4Ms

ALj=．4sin(251。．4+20。．2T)+1．9sin(207。．5+150。．3T)
AL=．6sinD