基于可編程渲染管線(xiàn)的雷達(dá)圖像分層模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

關(guān)于Direct3D和著色器編程就不再贅述，下面介紹雷達(dá)顯示系統(tǒng)模擬中的一些關(guān)鍵技術(shù)。

2 雷達(dá)圖像分層與紋理混合
雷達(dá)顯示器圖像根據(jù)其產(chǎn)生的方法和特點(diǎn)可分為兩種：一種是來(lái)自接收機(jī)輸出的回波圖像(其中也包括噪聲)，其特點(diǎn)包括：圖像隨天線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)邊掃描邊刷新，像素的繪制基于極坐標(biāo)系；圖像亮度隨時(shí)間衰減，即具有余輝效果。另一種是來(lái)自信息處理系統(tǒng)的ARPA符號(hào)，如動(dòng)標(biāo)、點(diǎn)目標(biāo)符號(hào)、目標(biāo)航跡線(xiàn)等，其特點(diǎn)是：符號(hào)的變化隨ARPA信息變化，且無(wú)余輝效果。
為了避免全屏像素存取，必須將回波圖像刷新、余輝效果仿真、ARPA符號(hào)繪制與最終的圖像合成隔離。可編程渲染管線(xiàn)的像素著色器能夠在顯卡內(nèi)利用進(jìn)行多重紋理的自由混合。由于在圖像合成被獨(dú)立了出來(lái)，CPu僅完成必要的繪制即可。如圖2所示，將合成雷達(dá)圖像的紋理分為3層：回波圖像層、余輝效果層和ARPA符號(hào)層，前2個(gè)紋理在幀間隔內(nèi)進(jìn)行刷新，后一個(gè)紋理僅在ARPA信息發(fā)生變化時(shí)進(jìn)行繪制。這些任務(wù)都由CPU來(lái)完成。

GPU負(fù)責(zé)紋理的合成。渲染雷達(dá)顯示器時(shí)，這3層紋理在像素著色器中進(jìn)行混合，產(chǎn)生最終的雷達(dá)圖像。混合代碼如下：

此外利用像素著色器，還非常容易實(shí)現(xiàn)亮度控制、顏色反轉(zhuǎn)等特殊顯示效果。由于CPU和GPU可并行處理，代碼的執(zhí)行效率非常高。

3 雷達(dá)回波圖像更新與直接像素存取
幀間隔內(nèi)更新回波圖像，就是利用接收機(jī)輸出的脈沖序列來(lái)更新回波圖像紋理中的掃描扇面區(qū)。脈沖序列存放在回波緩存區(qū)數(shù)組內(nèi)。由于脈沖幅值與像素顏色數(shù)據(jù)格式不同、緩存區(qū)數(shù)組與像素矩陣維度不同，不能用直接位塊傳送(Blt)來(lái)繪制回波圖像。需要繪制單個(gè)像素來(lái)更新。Direct3D通過(guò)IDirect3DTexture9：：LockRect()方法鎖定紋理上的一塊矩形區(qū)域，該矩形區(qū)域被映射成類(lèi)似于DIB／DDB的像素?cái)?shù)組。利用函數(shù)返回的指針，可以對(duì)數(shù)組中的像素進(jìn)行直接存取。通過(guò)紋理鎖定來(lái)存取顯存，能夠達(dá)到GDI函數(shù)無(wú)法達(dá)到的高性能。
鎖定的矩形區(qū)越大，則存取的次數(shù)就越多。在鎖定前根據(jù)掃描區(qū)域首先計(jì)算需要鎖定的矩形范圍，便可大幅減少存取像素的數(shù)量。這也正是雷達(dá)圖像分層所帶來(lái)的好處。如圖3所示，A中需要對(duì)全屏像素進(jìn)行存取，而B(niǎo)中只需要訪(fǎng)問(wèn)掃描扇面包圍矩形中的像素。在進(jìn)行像素存取時(shí)，采用查表法實(shí)現(xiàn)直角坐標(biāo)與極坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，還能進(jìn)一步提高存取的效率。