基于OpenGL紋理映射的雷達圖像顯示技術研究

李 帥，崔榮華

(1.中國電子科技集團公司第38研究所，合肥 230088；2.孔徑陣列與空間探測安徽省重點實驗室，合肥 230088；3.智能情報處理重點實驗室，合肥 230088)

基于OpenGL紋理映射的雷達圖像顯示技術研究

李 帥1,2,3，崔榮華1,2,3

(1.中國電子科技集團公司第38研究所，合肥 230088；2.孔徑陣列與空間探測安徽省重點實驗室，合肥 230088；3.智能情報處理重點實驗室，合肥 230088)

針對雷達圖像顯示的特點，提出了一種基于OpenGL紋理映射機理的雷達圖像顯示算法，給出了詳細的紋理映射機制步驟，闡述了雷達圖像顯示的算法和實現流程。該顯示算法可以滿足目前雷達圖像顯示的需求，具有很強的普適性。

OpenGL；紋理映射；圖像顯示

0 引 言

雷達圖像顯示在合成孔徑雷達的顯示技術中具有非常重要的地位。合成孔徑雷達的圖像一般是地形信息，具有要求實時顯示、數據量大、需要提供快速的放大、縮小、漫游等基本操作的特點。

OpenGL是由SGI公司推出的獨立于操作系統和硬件環境的開放式圖像庫，開發人員可以利用提供的這些函數來構造景物模型，實現圖像的實時顯示。OpenGL具有強大的圖形功能和良好的跨平臺移植能力，已被廣泛用于可視化技術、模擬仿真等多個領域[1]。紋理映射技術是OpenGL中非常重要的技術之一，紋理映射通過將像素與幾何對象結合，為幾何對象營造出一種非常復雜、真實的視覺效果，同時避免了建立大量幾何模型所需要的開銷[2]。

本文結合雷達圖像顯示的特點，采用OpenGL的紋理映射技術，為雷達圖像的快速實時顯示提供了一種有效可行的方法。

1 紋理映射的執行機制[3-5]

1.1 紋理圖像尺寸

OpenGL的紋理映射技術與硬件平臺的支持是息息相關的。對于早期的集成顯卡，如Mobile Intel(R)96 Express Chipset Family、Intel(R) Q35 Express Chipset Family，紋理圖像的寬和高必須是2的n次方。對于早期的獨立顯卡英偉達GForce210,紋理圖像的寬度要求是4的倍數，對高度沒有要求。這些硬件平臺對OpenGL紋理映射技術的應用在軟件設計時需要密切關注。

1.2 紋理映射的步驟

雖然紋理映射比較復雜，但是一般的步驟包括以下幾個部分：

(1) 定義紋理

(a) 紋理名字的生成

紋理對象是用來存儲紋理數據的，創建了紋理對象，就可以根據需要將多個紋理一次性載入內存，以便場景繪制時隨時引用。在創建紋理對象之前，首先需要生成紋理名稱，調用glGenTextures()函數：void glGenTextures(GLsizei n,GLuint * textureNames)。

(b) 紋理對象的創建和使用

生成紋理名后，將紋理名稱綁定到紋理數據上，調用glBindTexture()函數：void glBindTexture(GLenum target,GLuint textureName)。

(c) 載入紋理

將紋理應用到幾何圖形上的必要步驟就是將紋理載入到內存中。紋理通常被認為是二維的，實際上紋理也可以是一維、三維。載入二維紋理的函數是glTexImage2D():void glTexImage2D (GLenum target, GLint level, GLint internalformat, GLsizei width, GLsizei height, GLint border, GLenum format, GLenum type, const GLvoid *pixels)。

(2) 控制紋理

紋理圖像在映射到物體時會產生很多問題，主要包括紋理圖像的紋理怎么對應到屏幕上的像素，怎樣通過紋理貼圖實現紋理縮放和紋理重復等。調用函數glTexParameter():void glTexPaameterf(GLenum target,GLenum pname,GLfloat param),其中target參數為目標紋理，pname參數的取值有如下幾種：GL_TEXTURE_MIN_FILTER、GL_TEXTURE_MAG_FILTER、GL_TEXTURE_WRAP_S、GL_TEXTURE_WRAP_T,param參數的取值要根據pname而定。

(3) 設置映射方式

OpenGL對于不同的渲染類型有3種紋理模式：GL_MODULATE,GL_DECAL和GL_BLEND。使用glTexEnvi()函數設置紋理模式：void glTexEnvi(GL_EXUE_ENV,GL_TEXUE_ENV_ODE,GL_DECAL)。

(4) 使用紋理坐標

紋理坐標控制紋理圖像中的像素如何映射到物體上。紋理坐標可以包含1、2、3或4個坐標值，通常用s、t、r和q來表示。OpenGL用函數glTexCoord()定義紋理坐標。

2 雷達圖像顯示算法

2.1 雷達圖像顯示流程

本文中提到的雷達圖像為原始圖像RAW格式，采用OpenGL紋理映射的方式進行圖像的顯示，圖像顯示提供漫游、放大、縮小等功能。雷達圖像的顯示流程如圖1所示。

圖1 雷達圖像顯示流程

由于雷達RAW格式的原始圖像一般都比較大，甚至達到幾十兆，考慮到圖像顯示的時效性并且可以支持圖像的實時滾動顯示，采用依據圖像顯示的大小即圖像的起始位置對雷達圖像數據進行實時讀取的算法進行顯示。下面針對圖像數據的實時讀取算法進行詳細介紹。

2.2 雷達圖像數據實時讀取算法

雷達圖像與紋理圖像之間的位置關系可以按照長度、寬度2個維度進行分開討論。圖2給出了在寬度維度下，雷達圖像與紋理圖像之間的位置關系。其中包含了2個坐標系：一個是以紋理圖像的左上角頂點為原點建立起的DrawX-DrawY坐標系；另外一個是以雷達圖像的左上角頂點為原點建立的ImageX-ImageY坐標系。

圖2 雷達圖像與紋理圖像的位置關系

圖2中所標識的各參數的具體含義如下：DrawWidth:紋理圖像的寬度；DrawHeight:紋理圖像的長度；ImageWidth：雷達圖像的寬度(包括縮放比例)；ImageHeight：雷達圖像的高度(包括縮放比例)；RegionLU.x：雷達圖像左上角頂點的x坐標(DrawX-DrawY坐標系)；RegionLU.y：雷達圖像左上角頂點的y坐標(DrawX-DrawY坐標系)；sx：需要顯示的雷達圖像起始位置的x坐標(ImageX-ImageY坐標系，且顯示圖像與紋理圖像有交集，否則取默認值0)；sy：需要顯示的雷達圖像起始位置的y坐標(ImageX-ImageY坐標系，且顯示圖像與紋理圖像有交集，否則取默認值0)； sw：需要顯示的雷達圖像的寬度； sh：需要顯示的雷達圖像的高度； x：雷達圖像左上角頂點的x坐標(DrawX-DrawY坐標系，顯示圖像與紋理圖像有交集，否則為默認值0)； y：雷達圖像左上角頂點的y坐標(DrawX-DrawY坐標系, 顯示圖像與紋理圖像有交集，否則為默認值0)。

圖3列出了在寬度維度下，雷達圖像與紋理圖像的6種位置關系，每種位置關系都對應了不同的雷達圖像數據的起始位置。

圖3 雷達圖像顯示畫面

具體算法如下：

(1) RegionLU.x<0且RegionLU.x+ImageWidth<0時，sx=0，sw=0，x=0；

(2) RegionLU.x<0且0

(3) RegionLU.x>0且0

(4) RegionLU.x<0且RegionLU.x+ImageWidth>DrawWidth時，sx=RegionLU.x，sw=DrawWidth，x=0；

(5) RegionLU.x>0且RegionLU.x+ImageWidth>DrawWidth時，sx=0，sw=DrawWidth-RegionLU.x，x=RegionLU.x；

(6) RegionLU.x >DrawWidth時，sx=0，sw=0，x=0。

同理，在長度維度下，雷達圖像與紋理圖像也有6種位置關系，可分別得出不同位置關系下的sy，sh，h。

3 應用實例

上述雷達圖像顯示算法已在某合成孔徑雷達中得到應用。程序運行在Intel(R) Core(TM)i5-3470 CPU上，主頻3.20 GHz，集成顯卡Intel(R)HD Graphics 2500。圖3是雷達圖像的顯示畫面，可實現圖像漫游、放大、縮小，并且畫面清晰平滑，顯示流暢，滿足雷達圖像顯示的需求。

4 結束語

本文在OpenGL紋理映射機制的基礎上，針對雷達圖像的特殊情況，提出了一種雷達圖像顯示算法。該算法采用實時讀取雷達圖像數據的算法，有效地提高了雷達圖像顯示的速度，保證了圖像顯示的時效性，能滿足大多數雷達圖像顯示的要求，可以廣泛用于陸海空軍事作戰顯示系統中。

[1] SHREINER D.OpenGL編程指南[M].李軍，徐波譯.北京：機械工業出版社，2013.

[2] 丘文姬,陳哲亮,陳維斌.基于OpenGL技術的集裝箱仿真系統的研究與開發[J].計算機工程與設計，2009，30(22):5144-5146.

[3] 朱小強,謝明紅,葉麗,揚殿龍.基于VC的紋理貼圖技術[J].微計算機應用，2008，29(4):83-84.

[4] 陳應松,胡漢春,肖世德.基于OpenGL紋理映射技術實現動態圖像的應用[J].計算機仿真，2004，21(5):130-131.

[5] 姬建偉.GPU中紋理映射的研究與設計[M].西安:西安郵電學院，2011.

Research into Radar Image Display Technology Based on OpenGL Texture Mapping

LI Shuai，CUI Rong-hua

(1.No.38 Research Institute of CETC,Hefei 230088,China;2.Key Laboratory of Aperture Array and Space Application,Hefei 230088,China;3.Key Laboratory of Intelligent Information Processing,Hefei 230088,China)

Aiming at the features of radar image display,this paper presents a radar image display algorithm based on OpenGL texture mapping mechanism,gives the detailed steps of texture mapping mechanism,expatiates the algorithm and realization flow of radar image display.The display algorithm can satisfy the requirements of present radar image display,and has good universality.

OpenGL;texture mapping;image display

2016-06-06

TN957

A

CN32-1413(2016)06-0036-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.06.007