晁建剛，王金坤，陳學(xué)文，張 炎

(1.中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心，北京100094;2.中國(guó)航天員科研訓(xùn)練中心人因工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100094)

1 引言

載人航天器交會(huì)對(duì)接任務(wù)按照航天員的參與程度通常分為自主和人控兩種操作模式［1］。自主模式下兩個(gè)航天器通過多種測(cè)量信息進(jìn)行自主/自動(dòng)控制達(dá)到對(duì)接目的;人控模式下航天員借助舷窗(美國(guó))、光學(xué)瞄準(zhǔn)鏡(俄羅斯)或電視圖像(美國(guó)、俄羅斯等)等視覺測(cè)量設(shè)備，人控操作追蹤飛行器完成對(duì)接。我國(guó)人控對(duì)接時(shí)，需要航天員實(shí)時(shí)觀察圖像信息操作追蹤航天器完成對(duì)接［2］;自主對(duì)接時(shí)航天員不直接參與操作，但需要監(jiān)控圖像和應(yīng)急情況下人控干預(yù)。

對(duì)接任務(wù)地面訓(xùn)練中，很難采用實(shí)物或者半實(shí)物模式實(shí)現(xiàn)追蹤與目標(biāo)的空間運(yùn)動(dòng)，通常采用數(shù)字方法仿真兩航天器的軌道運(yùn)動(dòng)、導(dǎo)航制導(dǎo)及動(dòng)力控制，利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)建立虛擬空間，實(shí)時(shí)渲染生成目標(biāo)空間運(yùn)動(dòng)圖像。我國(guó)交會(huì)對(duì)接采用電視圖像進(jìn)行目標(biāo)捕捉［1］，訓(xùn)練仿真圖像渲染需要考慮近地空間光照亮度高動(dòng)態(tài)變化，也需要考慮電視攝像機(jī)曝光特效、光度調(diào)節(jié)特性和最終顯示特性。太陽光照射在目標(biāo)飛行器上會(huì)有部分光線反射進(jìn)入電視攝像機(jī)，在特定條件下進(jìn)入電視攝像機(jī)的光強(qiáng)過大，超過電視攝像機(jī)的瞬時(shí)調(diào)節(jié)能力導(dǎo)致曝光過度，圖像中局部區(qū)域特別亮。當(dāng)航天器處于陰影區(qū)時(shí)，在交會(huì)對(duì)接燈開啟前，進(jìn)入電視攝像機(jī)的光強(qiáng)太弱，導(dǎo)致曝光不足，圖像中局部區(qū)域特別暗。實(shí)際交會(huì)對(duì)接電視攝像機(jī)工作時(shí)，為清楚對(duì)接靶標(biāo)，會(huì)對(duì)電視攝像機(jī)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)或者手動(dòng)調(diào)節(jié)，使視場(chǎng)中的物體的亮度均值處于指定的范圍內(nèi)。會(huì)縮短曝光時(shí)間、減少增益，當(dāng)均值亮度太小時(shí)增加曝光時(shí)間、增加增益，使之回到指定的范圍內(nèi)。

電視圖像仿真時(shí)建立了包括地球、追蹤飛行器、目標(biāo)飛行器、太陽等所有仿真對(duì)象的三維場(chǎng)景。電視圖像仿真軟件首先計(jì)算出所有仿真對(duì)象的位置、姿態(tài)、方向等參數(shù)并設(shè)置到三維場(chǎng)景中，接下來進(jìn)行原始渲染，然后對(duì)原始渲染圖像進(jìn)行飽和特效、均值亮度計(jì)算等處理，最后輸出最終仿真電視圖像并根據(jù)均值亮度設(shè)置下一次渲染所有光源亮度相關(guān)屬性。本文主要針對(duì)近地空間光照及攝像機(jī)的特性，提出了訓(xùn)練仿真電視圖像的實(shí)時(shí)渲染模式，闡述了高動(dòng)態(tài)范圍(High Dynamic Range)成像、特效、調(diào)光和色調(diào)映射的實(shí)現(xiàn)方法。

2 近地空間電視圖像特性

真實(shí)任務(wù)中攝像機(jī)工作在近地空間，自然光源有太陽、地球、月亮、星光、銀河和宇宙光等［3］，光照強(qiáng)度變化范圍很大。如圖1所示:空間的光照強(qiáng)度通常從10-6cd/m2變到108cd/m2，即光強(qiáng)從暗適應(yīng)范圍(Rod Function Scotopic)經(jīng)過度范圍(Mescopic)變化到亮適應(yīng)范圍(Cone Function Photopic)，變化范圍大概為1014∶1。人的視覺系統(tǒng)(Human Visual System，HVS)對(duì)于亮度的感知范圍通常為10000∶1，攝像機(jī)與人的視覺光照敏感度一致。而通常圖形仿真的范圍為256∶1，顯示設(shè)備范圍為100∶1，適用于低動(dòng)態(tài)范圍(Low Dynamic Range，LDR)的變化。研究表明，人對(duì)圖像的亮度對(duì)比度感知最明顯［4］，采用亮度一一對(duì)應(yīng)的方式仿真很難保證亮度對(duì)比度感知的一致性;電視圖像仿真中采用高動(dòng)態(tài)色調(diào)映射方法將較大亮度范圍內(nèi)的亮度層次映射到人對(duì)亮度的感知范圍內(nèi)，保證人對(duì)亮度對(duì)比度感知一致性。

圖1 視覺感知及顯示亮度范圍圖Fig.1 Illumination range of visual perception and display

由于陽照區(qū)和陰影區(qū)不斷交替變化攝像機(jī)入射光強(qiáng)度變化很大。攝像圖像在兩種情況下無法識(shí)別，一種是入射光強(qiáng)度過高，目標(biāo)成像區(qū)域產(chǎn)生光飽和，形成強(qiáng)烈的白色模糊區(qū)域;一種是入射光強(qiáng)度過低，引起目標(biāo)欠飽和，成像過暗。為得到清晰的圖像，工程上攝像機(jī)采用自動(dòng)或者手動(dòng)調(diào)光，通過調(diào)節(jié)可變光闌孔徑的大小改變?nèi)肷銫CD靶面上的照度，得到合適的照度以保證成像清晰［5］。電視圖像仿真中，除模擬光飽和和光暗兩種成像模式，也要模擬實(shí)時(shí)光亮度統(tǒng)計(jì)進(jìn)行自動(dòng)或者手動(dòng)調(diào)光。

3 延遲著色渲染模式

為滿足對(duì)近地空間條件下攝像機(jī)動(dòng)態(tài)曝光特性等功能的仿真以及最終圖像的亮度感知一致性，需要對(duì)目標(biāo)材質(zhì)光照特性進(jìn)行二次光特效、光調(diào)節(jié)特性等處理。具體方法為在一次原始成像渲染的基礎(chǔ)上，實(shí)時(shí)對(duì)整個(gè)圖像進(jìn)行特性統(tǒng)計(jì)計(jì)算、實(shí)現(xiàn)光學(xué)特效、亮度調(diào)節(jié)和高動(dòng)態(tài)計(jì)算后再次渲染形成最終顯示的逼真圖像，實(shí)現(xiàn)過程比較復(fù)雜。

采用傳統(tǒng)圖形學(xué)仿真時(shí)，需要在渲染周期內(nèi)完成對(duì)渲染對(duì)象的初步光照渲染、圖像亮度統(tǒng)計(jì)、特效光照計(jì)算、亮度調(diào)節(jié)和適應(yīng)性高動(dòng)態(tài)，累計(jì)進(jìn)行多次光照渲染［6］。如圖2所示，當(dāng)場(chǎng)景中包含m個(gè)光源以及n個(gè)物體時(shí)，在最壞的情況下，傳統(tǒng)渲染方法的復(fù)雜度為O(m×n)，實(shí)時(shí)生成圖像效率受到影響。文獻(xiàn)［7-8］等提出了一種延遲著色(Deferred Shading)技術(shù)，周期內(nèi)仿真只需設(shè)置完三維渲染狀態(tài)(Rendering State)后，在幾何階段(Geometry Stage)提交場(chǎng)景幾何圖元一次，在幾何內(nèi)存G-Buffer(Geometry Buffer)中存儲(chǔ)了每個(gè)像素的屬性(片元幾何位置、片元法線、漫反射、鏡面反射系數(shù)、材質(zhì)其他屬性等)，用于隨后的通道進(jìn)行渲染，如圖2所示，延遲渲染方法在最壞情況下復(fù)雜度降為O(m+n)。在幾何緩存的基礎(chǔ)上設(shè)置二維渲染狀態(tài)后，如圖3所示，光照階段(Lighting Stage)、后處理階段(Post-Processing Stage)和最終階段(Final Stage)每個(gè)像素是各自獨(dú)立著色，后處理經(jīng)過 P-Buffer(Pixel Buffer)實(shí)現(xiàn)，減少了顯卡內(nèi)存和渲染通道交互，提高了效率。

圖2 傳統(tǒng)與延遲著色偽代碼Fig.2 Pseudo code for traditional shading and deferred shading

圖3 延遲著色技術(shù)架構(gòu)圖Fig.3 Architecture of deferred shading technique

為提高渲染的逼真度和實(shí)時(shí)性，電視圖像仿真采用了延遲著色的渲染模式進(jìn)行圖像仿真。在幾何內(nèi)存中建立了圖形幾何及法線矢量特性、不同光照模式下目標(biāo)的材質(zhì)特性以及特效模式下的處理模型。光照階段采用浮點(diǎn)模式完成原始圖像的高動(dòng)態(tài)渲染;后處理階段，模擬攝像機(jī)對(duì)原始亮度進(jìn)行平均統(tǒng)計(jì)，用于光飽和特效仿真及調(diào)光處理;在最終階(Final Stage)段，采用色調(diào)映射實(shí)現(xiàn)圖像的高動(dòng)態(tài)渲染。信息交互主要通過G-Buffer和P-Buffer，實(shí)現(xiàn)了幾何與光照的分離、特效處理、最終渲染與源圖像的處理、并行運(yùn)算的有效匹配［6］。

4 高動(dòng)態(tài)成像及其特效渲染

傳統(tǒng)渲染系統(tǒng)通常只能產(chǎn)生低動(dòng)態(tài)范圍的渲染結(jié)果。對(duì)于一般的場(chǎng)景對(duì)象而言，這種渲染結(jié)果基本上可以接受，但是對(duì)于近地空間對(duì)接任務(wù)所包含的具有高亮度的光源(太陽、對(duì)接聚光燈、標(biāo)志燈等)或者高光反射物體(目標(biāo)航天器對(duì)接環(huán)和對(duì)接瓣等)的場(chǎng)景，渲染結(jié)果通常嚴(yán)重失真。問題的主要原因是此類場(chǎng)景通常具有高動(dòng)態(tài)范圍，而在傳統(tǒng)固定流水線僅能夠操作8 bit整型數(shù)值，對(duì)比度只有255∶1。為了模擬真實(shí)的電視攝像機(jī)光學(xué)特效和適應(yīng)性調(diào)光功能，需要渲染的原始圖像具備與空間攝像機(jī)接近的光學(xué)亮度范圍(10000∶1)，傳統(tǒng)的整型紋理渲染已經(jīng)無法滿足需要［6］。

為了解決動(dòng)態(tài)范圍不足問題，為場(chǎng)景中的每個(gè)表面創(chuàng)建一張浮點(diǎn)格式的光照貼圖，貼圖的每個(gè)像素代表了表面相應(yīng)位置的光強(qiáng)。使用Open-GL的FBO(Frame Buffer Object，幀緩沖對(duì)象)將綁定浮點(diǎn)光照貼圖的場(chǎng)景渲染到一個(gè)與屏幕大小一致的浮點(diǎn)紋理中，可以提高像素的亮度對(duì)比度。

目標(biāo)航天器進(jìn)行三維建模，采用了GL_RGBA16F模式的浮點(diǎn)紋理，將每個(gè)像素的RGB以及亮度值用實(shí)際物理參數(shù)或是線性函數(shù)表示，參數(shù)不再限于整數(shù)，可以達(dá)到更大的范圍和更高的精度。這種方法從源頭上保證了渲染的逼真度，避免了渲染處理過程中的紋理失真。

受空間環(huán)境因素影響，電視攝像機(jī)容易出現(xiàn)飽和，亮度比較高的地方出現(xiàn)光暈和光飽和現(xiàn)象。這種飽和與攝像機(jī)特性相關(guān)，對(duì)浮點(diǎn)紋理內(nèi)存中的高亮部分采取高通濾波，濾波后的圖像縮比后分別進(jìn)行橫向和縱向高斯混合，最后再與原始圖像進(jìn)行融合，形成飽和特效。

在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和傳統(tǒng)色彩學(xué)中，每個(gè)像素點(diǎn)的光強(qiáng)亮度值通過公式(1)來獲?。?］，其中R、G、B表示像素點(diǎn)三個(gè)顏色分量。

高通濾波時(shí)對(duì)原始圖像每個(gè)像素亮度值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，亮度值LW大于高通閾值的像素點(diǎn)保留進(jìn)行高斯混合，形成光學(xué)特效［8］。閾值的選取根據(jù)攝像機(jī)特性來實(shí)施，文中通過實(shí)驗(yàn)，選取為0.665。

5 光亮度調(diào)節(jié)和色調(diào)映射

5.1 渲染圖像平均亮度統(tǒng)計(jì)

光亮度調(diào)節(jié)和最終色調(diào)映射都需要對(duì)渲染的原始圖像亮度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，求取平均亮度值，作為調(diào)節(jié)和映射參考值。

獲取圖像平均亮度有兩種方法:一是對(duì)圖像逐像素亮度統(tǒng)計(jì)，方法簡(jiǎn)單可行、統(tǒng)計(jì)精度高，耗時(shí)較大，很難滿足實(shí)時(shí)性要求;第二種為在延遲著色模式下，在GPU中對(duì)圖像進(jìn)行多次降采樣實(shí)現(xiàn)平均亮度的統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)精度稍低，運(yùn)行耗時(shí)較小。

延遲著色模式下降采樣是指將初步渲染并在屏幕空間裁減的圖像映射到規(guī)定的浮點(diǎn)紋理內(nèi)存中，通過多次紋理信息亮度比例壓縮、平均融合，最終把亮度值采樣到一個(gè)1×1的內(nèi)存紋理中，如圖4所示。

圖4 降采樣示意圖Fig.4 Illustration of downsampling

采用降采樣方法進(jìn)行平均亮度計(jì)算前，通常先將圖像平均分割成N×N的多個(gè)區(qū)域，對(duì)每一個(gè)區(qū)域內(nèi)的N×N個(gè)采樣點(diǎn)的亮度相加求平均值，即降采樣平均亮度計(jì)算采用公式(2)進(jìn)行計(jì)算。按照公式(2)計(jì)算出來的所有平均亮度均作為新圖像的采樣點(diǎn)組成下一層采樣圖像。將下一層采樣圖像作為輸入圖像重復(fù)上面的步驟，最后當(dāng)采樣圖像只剩下一個(gè)采樣點(diǎn)時(shí)，該采樣點(diǎn)的亮度值即為原始圖像的平均亮度。公式(2)中x、y是每個(gè)像素的2D坐標(biāo)。

電視圖像仿真分辨率為1024*768，首先將初步渲染的場(chǎng)景圖像信息拷貝出來，在后處理加工階段進(jìn)行4×4像素信息降采樣，將采樣的圖像信息拷貝到128×128的浮點(diǎn)內(nèi)存紋理中，通過2×2亮度降采樣，拷貝到64×64浮點(diǎn)內(nèi)存紋理中，再次連續(xù)兩次4×4降采樣，分別形成16×16和4×4浮點(diǎn)內(nèi)存紋理，最后通過4×4降采樣，形成1×1內(nèi)存紋理，其值包含了整場(chǎng)景的平均亮度值。

由于人眼對(duì)亮度的感知成對(duì)數(shù)關(guān)系，首次亮度降采樣時(shí)每個(gè)像素點(diǎn)采用亮度值的對(duì)數(shù)求平均值，在最后一次采樣時(shí)恢復(fù)到指數(shù)亮度的平均值，如公式(3)所示［10］。其中，δ是一個(gè)很小的值，用以避免對(duì)亮度為0的全黑像素進(jìn)行對(duì)數(shù)運(yùn)算，通常取δ為0.001，N是降采樣時(shí)所取像素的個(gè)數(shù)。

5.2 光亮度調(diào)節(jié)和顯示渲染

真實(shí)攝像機(jī)光亮度調(diào)節(jié)方法為:視頻AD芯片對(duì)CCD輸出的模擬視頻信號(hào)進(jìn)行采樣，獲得每一幀的圖像數(shù)據(jù)，即灰度矩陣［11］，對(duì)灰度矩陣求平均值即可獲取圖像的平均亮度。通常調(diào)光策略方法為:設(shè)取平均灰度結(jié)果為，當(dāng)灰度值在內(nèi)，表明當(dāng)前的CCD攝像機(jī)接收的光照度合適，不調(diào)光;如果＞，則調(diào)整電子快門使平均亮度調(diào)整到;反之如果則調(diào)整電子快門使平均亮度調(diào)整到

實(shí)際任務(wù)中，光源發(fā)出的光作用在物體上后再進(jìn)入真實(shí)電視攝像機(jī)形成電視圖像，光源強(qiáng)度和物體材質(zhì)屬性不會(huì)發(fā)生改變。通過調(diào)整真實(shí)電視攝像機(jī)的曝光時(shí)間、增益等參數(shù)可以改變實(shí)際電視圖像的亮度。由于模擬真實(shí)電視攝像機(jī)工作過程比較復(fù)雜，電視圖像仿真過程中可以通過調(diào)整光源強(qiáng)度、調(diào)整物體材質(zhì)中的光學(xué)屬性、調(diào)整成像像素亮度來影響最終仿真圖像亮度。仿真時(shí)為達(dá)到調(diào)光的目的，改變光源亮度的方法可以稱為光源亮度調(diào)節(jié)法;通過延遲渲染調(diào)節(jié)每個(gè)像素點(diǎn)亮度的方法可以稱為成像像素亮度調(diào)節(jié)法;改變物體材質(zhì)中漫反射、鏡面反射等光學(xué)屬性系數(shù)的方法可以稱為材質(zhì)光學(xué)屬性調(diào)節(jié)法?？紤]到運(yùn)算的實(shí)時(shí)性和實(shí)際空間光學(xué)特點(diǎn)，電視圖像仿真采用光源亮度調(diào)節(jié)法和成像象素調(diào)節(jié)法混合模式。

電視圖像仿真中，采用平均值亮度作為參考，通過平均亮度值與調(diào)光策略規(guī)定的最大值和最小值相比較，確定調(diào)光系數(shù)Ca。根據(jù)神舟九號(hào)飛船(SZ-9)電視攝像機(jī)實(shí)際工作原理，仿真中采用的調(diào)整算法如公式(4)所示。

仿真過程中航天器在陽照區(qū)時(shí)，通過調(diào)節(jié)太陽光和地球的漫反射光的亮度系數(shù)(定義為太陽光的0.3倍)來實(shí)施;在陰影區(qū)時(shí)，以調(diào)節(jié)交會(huì)對(duì)接燈(圖像仿真中采用聚光燈)的亮度系數(shù)來實(shí)施;在過渡偽影區(qū)時(shí)，因太陽光和對(duì)接聚光燈同時(shí)存在，且貢獻(xiàn)因子強(qiáng)度變化級(jí)數(shù)較大，不宜采用光源亮度法，采用成像象素調(diào)節(jié)法更逼真。前者適用于單一主光源條件下，后者適用于多光源條件下。兩種模式的調(diào)節(jié)算法如公式(5)、(6)所示［7］。

5.3 高動(dòng)態(tài)顯示調(diào)和映射

色調(diào)映射其實(shí)就是一種曝光控制，即將近地空間攝像機(jī)捕獲的高動(dòng)態(tài)范圍(0，10000)的圖像映射到一個(gè)固定的低范圍，既屏幕能夠顯示的(0，100)的低動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，保證人的視覺亮度感知不失真。關(guān)于色調(diào)映射，有很多具體的方法，每個(gè)方法都是從高動(dòng)態(tài)范圍到低范圍的一個(gè)映射，統(tǒng)稱為TMO(Tone Mapping Operating)。電視圖像仿真中采用了文獻(xiàn)［12］中的調(diào)和算法。

色調(diào)算法模擬人的視覺系統(tǒng)通過視覺調(diào)節(jié)適應(yīng)高動(dòng)態(tài)的范圍，其核心還是在平均亮度的基礎(chǔ)上對(duì)場(chǎng)景的亮度進(jìn)行人眼視覺性再適應(yīng)性重新計(jì)算分配，更好的滿足在低動(dòng)態(tài)顯示器逼真顯示。

色調(diào)算法采用公式(7)［12］來求取每個(gè)像素點(diǎn)的融合亮度值L(x，y)。其中α為鍵值，表示整個(gè)圖像的主觀亮度，用戶可以自行調(diào)整，通常取0.045，0.09，0.18，0.36 以及 0.72。文中太空環(huán)境陰影區(qū)，通?？扇?.09，在陽照區(qū)一般取0.18或0.36。像素點(diǎn)最終渲染的亮度值在融合亮度值的基礎(chǔ)上，通過公式(8)［13］平衡壓縮計(jì)算獲取，其中Lwhite是最大光強(qiáng)值，文中設(shè)置為1.2247。

基于延遲著色方法，原始光照?qǐng)D像經(jīng)過平均亮度統(tǒng)計(jì)、特效處理和調(diào)光處理，在合成階段通過色調(diào)映射對(duì)每個(gè)象素點(diǎn)亮度重新計(jì)算，渲染生成的圖像保持了與實(shí)際一致。

6 驗(yàn)證比對(duì)

基于上述方法，采用3Dmax對(duì)空間場(chǎng)景、飛行器進(jìn)行幾何和材質(zhì)屬性浮點(diǎn)建模，在Windows系統(tǒng)下，以Microsoft Visual C++編程，用OpenGL圖形引擎模式實(shí)現(xiàn)電視圖像仿真。生成的仿真軟件運(yùn)行在英特爾?至強(qiáng)?四核處理器W3565(3.20 GHz)、內(nèi)存 4 GB、顯卡 NVIDIA Quadro FX3800(1 GB)的工作站上。按照空間目標(biāo)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，每40ms提供太陽、月亮、地球、追蹤飛行器、目標(biāo)飛行器空間坐標(biāo)/姿態(tài)位置驅(qū)動(dòng)圖形仿真，經(jīng)測(cè)試，圖像渲染流暢，F(xiàn)PS(Frame Per Second)接近50，已經(jīng)充分滿足人的視覺需要。

根據(jù)SZ-9下傳圖像，對(duì)仿真圖像光飽和、光調(diào)節(jié)和色調(diào)映射顯示等進(jìn)行了比對(duì)，結(jié)果見圖5～7。

圖5為進(jìn)行高動(dòng)態(tài)渲染前后的兩幅圖像?？梢钥闯鲞M(jìn)行高動(dòng)態(tài)渲染后圖像的細(xì)節(jié)層次更清晰，更有利于人的視覺感知，更接近SZ-9任務(wù)實(shí)飛圖像。

圖5 傳統(tǒng)仿真圖像和高動(dòng)態(tài)仿真圖像Fig.5 Traditional simulated image and high dynamic range simulated image

圖6 過飽和仿真圖像和調(diào)光后的仿真圖像Fig.6 Simulated overexposure image and lightadjusted simulated image

圖7 SZ-9任務(wù)中過飽和圖像和調(diào)光后的圖像Fig.7 Simulated overexposure image and lightadjusted simulated image in SZ-9 task

圖6 為光過飽和仿真圖像和模擬手動(dòng)調(diào)光過程后的仿真圖像的對(duì)比圖。從光過飽和仿真圖像中已不能分辨天宮及對(duì)接靶標(biāo)，而從調(diào)光后的仿真圖像中已能較為清楚地分辨天宮和對(duì)接靶標(biāo)。圖7為SZ-9實(shí)際任務(wù)中電視攝像機(jī)拍攝到的光過飽和圖像和航天員手動(dòng)調(diào)光后的圖像的對(duì)比圖。將仿真圖像與SZ-9任務(wù)圖像進(jìn)行對(duì)比，圖像過飽和時(shí)以及調(diào)光前后的圖像細(xì)節(jié)層次與亮度的變化基本一致，并且手動(dòng)調(diào)光過程中的圖像變化趨勢(shì)以及手動(dòng)調(diào)光次數(shù)也基本一致。

上述比對(duì)過程可以看出，當(dāng)目標(biāo)過飽和、圖像均值亮度過大時(shí)，通過減少亮度系數(shù)來仿真電視攝像機(jī)的調(diào)光減少效果的方法是有效的。因此當(dāng)入射光強(qiáng)度過低、圖像均值亮度過低時(shí)，增加亮度系數(shù)可以使圖像均值亮度回到指定范圍內(nèi)，即通過增加亮度系數(shù)來仿真電視攝像機(jī)的調(diào)光增加效果的方法也是適用的。

7 結(jié)論

本文研究了近地空間光照特點(diǎn)、攝像機(jī)特性和仿真顯示特點(diǎn)和難點(diǎn)，提出了一種基于延遲著色模式下的圖形渲染模式;建立了適應(yīng)于空間高動(dòng)態(tài)的浮點(diǎn)紋理渲染和特效渲染方法;基于降采樣平均亮度統(tǒng)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)調(diào)光和最終顯示色調(diào)映射，試驗(yàn)表明渲染與實(shí)際工程下傳圖像一致，可以滿足航天員訓(xùn)練需要。

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