基于OpenGL光照模型的有效辐射计算(2)
源、化工、材料、机械制造等传统行业，还在生物、航空航天、信息、国防军事
等领域起着重要作用，如空间环境热分析、军用目标红外特性分析、红外制导成
像等等。
红外有效辐射（以下简称有效辐射）与物体的自身物性参数（如温度，发射
率等）以及太阳辐射、大气辐射等等因素有关，因而其理论计算是一个复杂的过
程。尤其是很难建立一个统一的通用的模型对不同物体不同背景下的有效辐射进
行计算。常用的思路有如下几种：第一，直接使用仿真软件包。如 Vega的Sensor
Visio、LOWTRAN 7 等。但这些都需要大量经费支持。第二，采用实验值。这种
方法绕过了复杂的计算，但对实验要求很高。第三，根据传热学规律，自建模型，
完成求解。
本文试图绕开上述传统方法，将图形电磁计算的方法引入到红外辐射计算当
中，借助 OpenGL 这一到图形硬件的软件接口，对物理对象进行图形建模，从而
实现有效辐射计算的可视化。
目标的红外有效辐射计算，对于红外仿真技术有着重要影响。简单目标的理
论求解相对容易，复杂目标由于物体之间的遮挡、消隐等影响使得理论计算相当
复杂。目前国内外对目标的辐射特性作了大量的研究，美国等一些西方国家，在
此方面的研究已经领先了一步，形成了一系列的研究模型和软件，并且已成功应
用于红外制导导弹的研制。我国这方面的研究工作起步较晚，目标与背景红外景
象的模拟研究虽然已取得了一定的研究成果，但仍存在一些必须解决的问题，这
些问题不加以解决，将直接影响到目标与背景红外辐射特性的研究成果在红外制
导武器研究中的应用。采用基于 OpenGL 的光照模型的有效辐射计算思路是一种
创新尝试。 1.2 国内外研究现状
鉴于红外辐射计算在军事目标与背景的红外热像建模和红外景象合成中具
有很高的应用价值，自上世纪70年代末80年代初，各国都进行了大量的科研投
入，并取得了许多卓有成效的进展。
1980 年，Jacobs 首先展开了具有简单几何外型的物体如平坦的沥青或混凝
土公路、砖墙等的红外仿真研究。[1]
1987 年，Hinderer 提出把物体表面划分成若干面片，根据预先编制的热能
数据和直观推断确定每个面片的温度，由此绘制出物体的红外图形。[2]
Biesel 采用经验公式将物体表面温度表示为环境辐射、环境温度、表面热
参数等的函数，通过计算物体的表面温度，绘制出物体的红外图形。[3]
1988 年，Cathcart 提出了考虑不同环境条件和不同背景的物体红外仿真模
型，利用各种初始条件和边界条件求解方程组得到物体表面的辐射分布。[4]
Rius J M、Ferrando M 等人高频雷达辐射截面积时，突破了传统的理论计
算的框架，运用 3D 图形工作站的消隐能力，求解入射波与面元表面的夹角。该
想法为后来的图形计算法奠定了理论基础，并被广泛引申到其它领域，如红外有
效辐射计算当中。[5]
浙江大学的王章野、江照意等在可见光的Phong光照模型的基础上增加的量
子辐射项构建了同时适用于可见光与红外波段的通用模型。然后运用该模型进行
了简单的红外有效辐射计算并在浙江大学 CAD&CG 实验室进行了实验，成功实现
了目标的红外成像，证明了该计算模型的可行性。[6]
北京航空航天大学的杨振鹏、冯勤等人综合考虑太阳（或月球）辐射、大气
辐射、天空背景辐射、路径辐射等因素，给出了目标位置处的红外亮度的表达式。