대한민국 공군 차세대 전투기 분산개구(EO-DAS) 6축 적외선 구면 스티칭 및 1,000Hz 0-Alloc C# HMD 시선 결합 엔진

1. 광각 렌즈 왜곡 보정 및 구면 투영 수학적 모델

렌즈 광축 중심 $(u_0, v_0)$, 반경 $r = \sqrt{x^2 + y^2}$, 방사 왜곡 계수 $k_1, k_2$, 접선 왜곡 계수 $p_1, p_2$에 따른 정규화 이미지 좌표계 왜곡 보정식:

카메라 고유 자세 회전 행렬 $\mathbf{R}_{\text{cam},i}$와 조종사 HMD 시선 회전 쿼터니언 $\mathbf{q}_{\text{hmd}}$에 의한 구면 투영 픽셀 맵핑:

2. 동체 중첩 영역 다중 대역(Multi-Band) 블렌딩 가중치

인접 센서 $i$와 $j$의 시야각 중첩 영역에서 경계선 아티팩트 제거 가중치 $w_i(\theta, \phi)$:

3. 1,000Hz 0-Alloc SIMD C# EO-DAS 구면 결합 엔진

1밀리초 주기로 조종사 HMD 자이로/광학 추적 쿼터니언을 수신하여 6대 카메라의 시각 필드를 무할당 고속 행렬 연산으로 투영 좌표를 변환하는 C# 엔진입니다.

using System;
using System.Numerics;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Defense.EodasOptics
{
    /// 

    /// HMD 조종사 두부 시선 및 비행체 자세 (Stack 전용)
    /// 
    public readonly ref struct EodasFrameTelemetry
    {
        public readonly Quaternion HmdOrientation;    // 조종사 두부 쿼터니언 (q0, q1, q2, q3)
        public readonly Vector3 AircraftAttitudeDeg;  // 비행체 롤/피치/요 (도)
        public readonly float FovHorizontalDeg;       // HMD 가시 영역 수평 화각 (도)
        public readonly float FovVerticalDeg;         // HMD 가시 영역 수직 화각 (도)

        public EodasFrameTelemetry(
            in Quaternion hmd, in Vector3 attitude, float fovH, float fovV)
        {
            HmdOrientation = hmd;
            AircraftAttitudeDeg = attitude;
            FovHorizontalDeg = fovH;
            FovVerticalDeg = fovV;
        }
    }

    /// 

    /// HMD 렌더링 투영 뷰포트 파라미터 출력
    /// 
    public readonly ref struct HmdProjectionOutput
    {
        public readonly int PrimarySensorIndex;       // 주 가시 센서 번호 (0~5)
        public readonly int SecondarySensorIndex;     // 보조 중첩 센서 번호 (0~5)
        public readonly float BlendWeight;            // 센서 합성 블렌딩 가중치 (0~1.0)
        public readonly Vector2 ScreenCenterNormalized; // HMD 뷰포트 중심 보정 좌표
        public readonly bool IsCockpitSeeThroughActive; // 시스루 모드 가동 여부

        public HmdProjectionOutput(int pri, int sec, float blend, in Vector2 center, bool seeThrough)
        {
            PrimarySensorIndex = pri;
            SecondarySensorIndex = sec;
            BlendWeight = blend;
            ScreenCenterNormalized = center;
            IsCockpitSeeThroughActive = seeThrough;
        }
    }

    /// 

    /// EO-DAS 1,000Hz 0-Alloc C# 구면 스티칭 엔진
    /// 
    public static class EodasSphericalStitchingEngine
    {
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static HmdProjectionOutput ComputeProjection(
            in EodasFrameTelemetry telemetry)
        {
            // 쿼터니언으로부터 조종사 전방 시선 벡터 추출
            Vector3 forward = Vector3.Transform(Vector3.UnitZ, telemetry.HmdOrientation);

            // 6개 센서 방향 벡터와의 내적을 통한 주/보조 센서 선택
            // 0: 전방-상, 1: 전방-하, 2: 좌측, 3: 우측, 4: 후방-상, 5: 후방-하
            int primarySensor = 0;
            int secondarySensor = 1;
            float maxDot = -2.0f;
            float secondMaxDot = -2.0f;

            // 사전 정의된 센서 중심 축 벡터들 (SIMD 최적화)
            ReadOnlySpan sensorAxes = stackalloc Vector3[6]
            {
                new Vector3(0.0f, 0.5f, 0.866f),    // 전상
                new Vector3(0.0f, -0.5f, 0.866f),   // 전하 (콕핏 바닥 투과)
                new Vector3(-0.95f, 0.0f, 0.312f),  // 좌측
                new Vector3(0.95f, 0.0f, 0.312f),   // 우측
                new Vector3(0.0f, 0.5f, -0.866f),   // 후상
                new Vector3(0.0f, -0.5f, -0.866f)   // 후하
            };

            for (int i = 0; i < 6; i++)
            {
                float dot = Vector3.Dot(forward, sensorAxes[i]);
                if (dot > maxDot)
                {
                    secondMaxDot = maxDot;
                    secondarySensor = primarySensor;
                    maxDot = dot;
                    primarySensor = i;
                }
                else if (dot > secondMaxDot)
                {
                    secondMaxDot = dot;
                    secondarySensor = i;
                }
            }

            // 중첩 영역 블렌딩 가중치 계산 (코사인 유사도 기반)
            float blend = Math.Clamp((maxDot - secondMaxDot) / 0.35f, 0.0f, 1.0f);
            Vector2 screenCenter = new Vector2(forward.X, forward.Y);

            // 하방 센서(1, 5번) 활성화 시 콕핏 바닥 시스루 작동 판정
            bool seeThrough = (primarySensor == 1 || primarySensor == 5) && forward.Y < -0.2f;

            return new HmdProjectionOutput(primarySensor, secondarySensor, blend, screenCenter, seeThrough);
        }
    }
}

4. 조종사 HMD 전방위 시각화 비행 시뮬레이터 시험 데이터