Програмно-апаратні засоби формування зображень та спеціальних ефектів в системах візуалізації тренажерних комплексів - Автореферат

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наукРобота виконана на кафедрі «Автоматика і управління в технічних системах» Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України. Науковий керівник доктор технічних наук, професор Качанов Петро Олексійович, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», завідувач кафедри автоматики і управління в технічних системах. Захист відбудеться 25.02.2010р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.050.14 у Національному технічному університеті «Харківський політехнічний інститут» за адресою: 61002, м.Харків, вул.Потреби в якісному, безпечному та недорогому навчанні навикам керування складними транспортними засобами визначають необхідність дослідження альтернативних варіантів навчання, без безпосереднього використання транспортного засобу. Найбільш актуальним напрямком навчання є тренажерні комплекси що використовують компютерний синтез навколишнього оточення для навчання. Такі комплекси позбавлені більшості недоліків попередніх методів навчання, мають невисоку вартість, безпечні для людини і дозволяють моделювати будь-які ситуації, що виникають при експлуатації техніки. Важливою складовою будь-якого тренажерного комплексу є візуальна складова процесу навчання, саме вона дозволяє донести до оператора принципи керування транспортним засобом, дозволяє йому реагувати на різні ситуації, що виникають в процесі роботи, відображає результати його дій. Наукова новизна роботи полягає в теоретичному узагальненні і удосконаленні методів синтезу і візуалізації ландшафту за допомогою обчислювальної техніки з урахуванням особливостей зорового сприйняття людини, характеристик освітленості і вирішення на їх основі актуальної задачі моделювання позакабинної обстановки тренажерних комплексів транспортних засобів в реальному масштабі часу.Вираз для розрахунку кутів орієнтації спостерігача, використовуваних при визначенні кутів спостерігача з урахуванням переворотів і знаходження платформи на критичних кутах нахилу, має вигляд: , (1) де - азимут, кути тангажу і крену відповідно; - критичні кути нахилу динамічної платформи; - коефіцієнт запасу по куту (від 0,6 до 0,8). Для наближення геометричної форми обєктів до найбільш природною для сприйняття людиною пропонується обєкти, розташовані поряд і із спостерігачем, зображати на екрані за допомогою паралельної проекції, а видалені обєкти - за допомогою центральної проекції. Отримав подальший розвиток метод видалення ступінчастості на синтезованих за допомогою компютеру зображеннях, суть якого полягає в тому, що точки зображення, які приводять до виникнення ефекту ступінчастості, зазвичай належать межі двох областей з різними характеристиками, наприклад, різною яскравістю або віддаленістю від спостерігача. Перепади визначаються як по колірній складовій зображення, так і по віддаленості точки від спостерігача, використовуючи дані про зображення, що синтезується, збережені в допоміжному буфері. Для моделювання пилових і димових хмар пропонується моделювати їх форму за допомогою невеликої кількості геометричних обєктів (рис.2), що дає можливість коректно розрахувати освітлення і зменшити ефект «розрізання» геометрії, що виникає при моделюванні плоскими частинками.Проведені дослідження, що направлені на вдосконалення зображень в системах візуалізації тренажерних комплексів, дозволили вирішити ряд задач розрахунку освітленості, накладення спецефектів та моделювання ландшафту. Розроблені моделі, методи і засоби розширили науково-технічну базу компютерного формування зображень в реальному масштабі часу. Показано, що запропонований метод побудови моделі ландшафту дозволяє значно поліпшити реалістичність полігонів, дозволяє наблизити їх візуальні і фізичні характеристики до реально існуючих ландшафтів, що покращує субєктивне сприйняття візуальної картини, і відповідно підвищує якість навчання. Показано, що метод розрахунку освітлення з використанням додаткового буфера геометрії дозволяє моделювати атмосферні явища, розраховувати взаємне затінювання обєктів, а так само передавати різні ефекти в реальному масштабі часу. Вдосконалена система компютерної візуалізації ландшафту таким чином, що ландшафт синтезується з використанням двох модифікованих методів: дискретній і безперервній деталізації, що дозволяє проводити ресурсоємні розрахунки освітлення за допомогою прискорювача тривимірної графіки в реальному масштабі часу.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ВМІСТ РОБОТИ