细节纹理在飞行模拟器视景中应用

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1、细节纹理在飞行模拟器视景中的应用朱莹陈晓明于澜（北京市2746信箱100089）摘要：由于硬件速度、纹理内存和纹理分辨率的限制，在飞行模拟器的视景中，当视点与表面纹理的距离较近的时候，会出现表面纹理模糊不清的问题，大大影响了视景的仿真效果。解决这一问题的方法就是细节纹理。本文详细介绍了细节纹理的原理、特性及使用方法，并成功的在实际案例中得到应用。关键词：飞行模拟器视景仿真细节纹理1、引言人类经由感觉器官获得的信息中80％来自视觉，因此，提供飞行员直接的视觉感受的视景仿真在飞行模拟器中占据了相当重要的地位。一个

2、细腻、逼真的视景库可以在很大程度上提高整个飞行模拟器的真实度。本文阐述的细节纹理就是在同等硬件条件下，一种可以大大增强飞行模拟器视景真实感的方法。2、细节纹理的产生背景、原理和特性2.1细节纹理的产生背景在飞行模拟器的视景库中，随着飞行员的动作，当飞行员的视点距离表面纹理较近的时候，单个的纹理像素在纹理放大器的作用下，会覆盖多个像素点，这就导致出现了一个不真实的，平滑的，表面细节很少的图像。不仅图像会显得很不真实，还会因为表面缺乏空间信息而造成飞行员飞越表面时很难判断此刻的高度和飞行动作。在理想状态下，每一个

3、表面纹理都应该有层数足够多的信息，使得从任何一个正常位置上的视点看过去时都可以获得足够的空间信息。但是提供这些额外信息的成本是很昂贵的。在mipmap模式下，纹理的每一层所需的信息量都是上一较为粗糙的层的四倍。这样大大增加了纹理的使用量。在某些情况下，这是值得的，多层信息的纹理可以为应用提供更多的、更有用信息。但在另一些情况下，这是完全没必要的。大量的纹理纹理开销会导致整个视景系统实时型的降低，这在飞行模拟器中是不能容忍的。另一方面，高分辨率影像的确包含较多的表面细节，但这些细节往往都是非常相似的。举例来说，

4、一块水泥地的纹理会显示出它表面上水泥结晶凹凸不平的细节，这一块水泥地所表示的细节与视景库中其他水泥地所表示的细节几乎是完全相同的。在mipmap模式下提供这样的细节无疑要消耗大量的纹理内存，尽管这能够给判断高度和动作提供线索，避免表面的模糊，但却造成纹理内存不够，以致很多真正有用的信息无法及时地、顺利地加载。在这种背景下，细节纹理应运而生。2.2细节纹理的特性和选取在高分辨率的影像上截取具有代表性的部分，萃取其中出现频率最高的细节，存储成一个小纹理文件，就称之为细节纹理。与表面纹理类似，细节纹理一般也采用RG

5、B格式。它的大小也应当是2的幂次方。当飞行员视点距离纹理表面比较近的时候，细节纹理通过滤波器加载在表面纹理上以408提供高分辨率的比较真实的表面细节。通常细节纹理通都比较小，所以它被重复地加载在整个可见区域内。细节纹理对没有被放大的纹理是没有任何用处的，因此在使细节纹理的时候，应当小心地控制它在表面纹理上的淡入淡出，以免造成视觉突变的现象。在飞行模拟器中，纹理的放大系数往往是根据视点与表面纹理的距离进行的，这时的细节纹理可以作为表面纹理的一个属性来使用。提取细节纹理的第一步是选择一块高分辨率的、包含丰富表面细

6、节的、在整个视景中出现频率高的影像，将其中最能表现表面细节的部分拷贝到一个新的细节纹理文件内。第二步是确定这个细节纹理的大小，并对这个细节纹理文件进行处理。可以使用一些图形图像的应用工具，例如PhotoShop等。处理的原则是使得将这个细节纹理重复粘贴在一起时，边界的界限尽可能不明显，并且视觉上的重复性也尽可能低。2.3细节纹理的作用机制细节纹理加载到表面纹理作用机制是在一个独立的通道中，与表面纹理做α融合。在第一个通道中，表面纹理被显示出来；在第二个通道中，细节纹理叠加到表面纹理之上。细节纹理和表面纹理处于

7、同一个几何坐标系内，纹理系统将细节纹理作为表面纹理的一个余量放大系数进行处理。融合的过程如下图所示：图1融合前后示意图可以看到经过融合之后，影像的细节大大增强，却没有增加额外的纹理开销。3、细节纹理在飞行模拟器视景中的应用举例在某型飞机的飞行模拟器中，我们通过对视景的设置，成功的实现了细节纹理的加载。视景库采用TerraPage1.0的格式，细节纹理作为默认纹理的纹理属性之一进行设置。纹理环境采用detailmodulate模式。细节纹理的大小为256×256，对应实际距离为256m×256m。如下图所示：图

8、2细节纹理409使用这个细节纹理前后，飞行模拟器的视景显示如下：（保密起见，采用同一位置，两相反方向分别拍摄）图3细节纹理加载前后对比图可以看到，由于细节纹理的颜色较深，使用α融合，所以左侧图像的颜色比右侧的深，而且在近视点位置，左侧的图像能够看到地面凹凸不平的细节，而右侧图像的则模糊不清。4、结束语本文实现的细节纹理加载，使用的软件平台是Terrex公司的TerreVista软件，使用的硬件平台是