CC BY
80
2) проведения мероприятий по увеличению производительности компьютерных генераторов изображения;
3) выбор наиболее ярких экранов формирования промежуточного изображения с максимальной разрешающей способностью;
4) проведение мероприятий по улучшению используемой оптики.
Выводы:
1. Для решения учебных задач, поставленных перед имитатором визуальной обстановки авиационного тренажёра необходимо провести системный анализ и выбрать те объекты внешней среды, которые необходимы для решения поставленных задач привития профессиональных навыков управления ЛА в заданных учебных ситуациях.
2. При выборе объектов, которые необходимо использовать в создаваемой модели пространства, окружающего кабину АТ и видимого через её остекление и на экранах соответствующих приборов, необходимо составить список объектов, которые обязательно надо включать, и которые желательно включать с целью улучшить условия обучения. Для
этого все объекты необходимо ранжировать по значимости.
3. Из двух типов псевдообъёмных устройств индикации, используемых в ИВО АТ выбор двухка-нальных систем с диспарантыми очками, или одно-канальной с коллиматором зависит от минимальной дистанции до первого наблюдаемой модели трёхмерного объекта в трёхмерной модели пространства, окружающего кабину ЛА и наблюдаемой через её остекление.
4. Основным назначением ИВО АТ является формирование у пилота обновляемой когнитивной модели внешнего пространства, позволяющей ориентироваться в пространстве.
5. Основным требованием к концепции создания эргатического оптико-аппаратно-программного комплекса «имитатор визуальной обстановки», является обеспечение возможности тренировки глазомера, позволяющего определять расстояния до видимых моделей трёхмерных объектов трёхмерной части видимой модели пространства с тем же качеством, что обучаемых получает при тренировки своего глазомера в реальных условиях.
ЛИТЕРАТУРА
1. Роганов В. Р. Методы формирования виртуальной реальности. Пенза, ПензГУ, 2002. - 127 с.
2. Roganov V.R. Capacity Assessment of Visual Conditions Imitators/V.R.Roganov., M.J.Micheev, A.N.Ceredkin, V.O.Filippenko, A.V.Cemochkin - Eastern European Scientific Journal . - Dusseldorf
- Germany: AURIS Kommunikations- und Verlagsgesellschaft mbH, 2014. - № 6. - Р. 320-235.
3. Роганов В.Р. Математические и компьютерные методы в медицине, биологии и экологии: монография/ В. Р. Роганов, А.А.Казанцев, А. М.Бабич и др. - Пенза; Москва: Приволжский Дом знаний; МИ-ЭМП, 2012. - 132 с.
4. Roganov V.R. Problem of virtual space modelling in aviation simulators/ V.R.Roganov., N.B.Andreeva, A.N.Ceredkin, V.O.Filippenko, M.V.Chetvergova, E.A.Asmolova - Life Science Journal.
- USA: Life Science Journal, 2014. - № 12. - Р. 371-373 http://www.lifesciencesite.com/lsj/life1112s/ (дата обращения 02.04.2015).
5. Mikheev, M.U. On the multilevel information model of behavior of groups of autonomous intelligent agents for biomedical systems / M.U. Mikheev, V.V. Istomin, T.V. Istomina, // III Международная научно-практическая конференция "Инновационные информационные технологии": Московский институт электроники и математики НИУ ВШЭ.- Прага, Чехия 2014. - №1. - C.385-395.
6. Имитационное моделирование: учебное пособие. Рекомендовано УМО вузов по университетскому политехническому образованию / Ю.Ю. Громов, Ю.С. Сербулов, И.Н. Корнфельд, В.О. Драчев, В.Г. Од-нолько. - Воронеж: ИПЦ «Научная книга», 2010.- 132 с
7. Михеев, М.Ю. Inreasing the precision of metrological characteristics of smart sensors in large scale monitoring systems / М.Ю. Михеев В.А., Юрманов, К.Ю. Пискаев и д.р. // III Междуна-род-ная научно-практическая конференция "Инновационные информационные технологии": Московский институт электроники и математики НИУ ВШЭ.- Прага, Чехия 2014. - №2. - C.370-375.
8. Mikheev, M.U. On the multilevel information model of behavior of groups of autonomous intelligent agents for biomedical systems / M.U. Mikheev, V.V. Istomin, T.V. Istomina, // III Международная научно-практическая конференция "Инновационные информационные технологии": Московский институт электроники и математики НИУ ВШЭ.- Прага, Чехия 2014. - №1. - C.385-395.
9. Михеев, М.Ю. Реализация модельно-ориентированного подхода при проектировании системы сбора данных / М.Ю. Михеев, К.В. Гудков, Е.А.Гудкова // Современные проблемы науки и образования. -2014. - № 6. - C.304.URL: www.science-education.ru/12 0-16833.
10. Б.Ж. Куатов Системный подход к организации тренажерной подготовки летного состава в современных условиях // Надежность и качество сложных систем. № 4, 2014. - С. 34-40. URL: http://nikas.pnzgu.ru/files/nikas.pnzgu.ru/3 4%2 81%2 9.pdf (дата обращения 28.04.2015)
11. Подложенов К.А. Разработка энергосберегающих технологий для теплиц / К.А. Подложёнов, Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Современные информационные технологии. 2012. № 15. С. 193-194.
12. О.Г.Бойко,Е.А.Фурманова Методология оценки вероятности катастрофических отказов функциональных систем самолетов // Надежность и качество сложных систем. № 2, 2014. - С. 7-13. URL: http://nikas.pnzgu.ru/files/nikas.pnzgu.ruZ7.pdf (дата обращения 28.04.2015)
УДК 628.93
Роганов В.Р., Семочкина И.Ю., Жашкова Т.В.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», Пенза, Россия СИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРЁХМЕРНЫХ ВИЗУАЛЬНО НАБЛЮДАЕМЫХ МОДЕЛЕЙ
В настоящее время на рынке имеется значительное число оптико- программно-технических комплексов, позволяющих работать с «трёхмерным пространством». Наиболее успешно такие комплексы, позволяющие «погрузить» наблюдателя в трёхмерную модель реального пространства применялись при разработке авиационных тренажеров (АТ) и получили название имитатор визуальной обстановки (ИВО) [1]. В ИВО имеются экраны формирования промежуточного изображения, на которых вначале формируется двухмерные проекции трёхмерных объектов, которые затем с помощью зрительного аппарата человека преобразуются в иллюзию наблюдения трёхмерного объекта [2]. Качество моделирования трёхмерного изображения за-
висит от многих составляющих [3]. Анализ отдельных узлов ИВО показал, что в настоящее время существенное улучшение качества экранов формирования промежуточного изображения (вместо исследованных ранее 640х480 пикселей при чересстрочной развёртки сейчас экраны с разрешением не менее 800х600 пикселей при прогрессивной развёртке, при тех же цветовых характеристиках) позволяет получать иные результаты, часто опровергающие разработанные ранее гипотезы о механизмах формирования визуально наблюдаемой модели трёхмерного изображения [4].
Выводы, сделанные в статье являются результатами исследований проведённых при выполнении НИОКР «Подготовка к серийному выпуску безочко-
вых индикаторов, моделирующих псевдообъёмное изображение» "(государственный контракт
№8009р/8265 от 30.04.2010) по программе и НИОКР «Разработка имитаторов визуальной обстановки для машинистов локомотивов» (государственный контракт №7/16917 от "13 " августа 2012).
Современные программно-технические комплексы позволяют синтезировать в реальном масштабе времени изображения по качеству сравнимые с телевизионными изображениями, полученными с использованием видеокамер [5]. Это, ошибочно, дало возможность трактовать полученные результаты как решение задачи синтеза объёмного изображения. Такая трактовка вроде бы опирается и на экспериментальные результаты, полученные при рассмотрении на экране монитора компьютера ряда изображений: заставка с перемещающейся кубооб-разной моделью, или триангуляционная модель лица (Рис.1).
Анализ показал, что ошибки в интерпретации неплоского изображения как объемного, во многом появляются из-за нечеткой трактовки использующихся терминов. Предлагаем различать термин «визуально наблюдаемая двухмерная проекция трехмерной модели» относящаяся:
- к изображениям трёхмерных объектов, снятых с помощью видеокамеры, переданных по каналам связи и высвеченных на обычном экране;
- к изображениям, синтезируемых по правилам трехмерной машинной графике с использованием виртуальной камеры наблюдения, переданных по каналам связи и высвеченных на обычном экране.
Рисунок 1 - Пример «неплоского» изображения
Будем считать, что термин «визуально наблюдаемая трехмерная модель» относится к системам, моделирующим перед наблюдателем (или вокруг него) трехмерную модель окружающего пространства или отдельные модели объектов, с предоставлением наблюдателю, при просмотре такой модели возможность совершенствовать профессиональные навыки определения невооружённым глазом расстояния до видимых трёхмерных моделей, так же как он, рассматривая окружающее пространство через остекление кабины, тренирует свой глазомер в реальной действительности.
Раздельное использование таких терминов необходимо для оценки возможностей аппаратно-программных комплексов, ориентированных на решение определённых задач народного хозяйства [6].
Решение задачи построения визуально наблюдаемой трёхмерной модели необходимо для тренажёров и других обучающих системах, а также в случаях, когда необходимо использовать профессиональные навыки определения расстояний между рассматриваемыми объектами. Во многих других случаях, например, при просмотре развлекательных передач, играя с большинством видеоигр достаточно видеть «неплоское» изображение, когда имеется возможность визуально выделить ближний и дальний фон.
Исследования систем, моделирующих «неплоские» изображения, показали, что, в настоящее время используют псевдообъёмные оптико-программно-технические комплексы для создания у человека-наблюдателя иллюзии наблюдения трёхмерного изображения модели окружающего пространства с возможностью привития профессиональных навыков определения расстояния до видимых объектов.
Для моделирования визуально наблюдаемого трёхмерного пространства используется следующая цепочка: моделируется двухмерные проекции трёхмерной модели на экранную плоскость (или на экранные плоскости), которые затем с помощью оптики преобразуются и попадают в глаз человека-наблюдателя. Зрительный аппарат человека-наблюдателя обрабатывает полученный видеоряд и формирует эффект наблюдения за реальным трёхмерным пространством. На сегодняшний день, используются два основных метода решения этой задачи, основанные на использовании особенностей зрительного аппарата человека на последнем этапе всего процесса построения трёхмерных визуально наблюдаемых моделей.
В первом случае в процессе моделирования трёхмерного изображения используются две подсистемы, ориентированные на доставку изображения в конкретный глаз человека-наблюдателя (системы с диспаратными очками, называемые в литературе стереоочками) (Рис.2). Это наиболее известные системы моделирования 3Dизображения. Эффект наблюдения трёхмерной модели создаётся за счёт воздействия на одну из составляющих зрительного аппарат человека — диспарантность. Каждому глазу человека даётся своё изображение, за счет разности изображений человек видит трёхмерную модель. Особенностью такого подхода является возможность увидеть трёхмерную модель на расстоянии нескольких сантиметров от глаза, что является определяющим фактором при использовании таких систем в тренажёрах обучения пилотов дозаправке летательных аппаратов (ЛА) в воздухе, когда топливозаправочный конус находится на расстоянии ближе двух метров от головы пилота, управляющего заправляемым ЛА.
1-Экран формирования промежуточного изображения для канала правого глаза 2-Экран формирования промежуточного изображения для канала правого глаза 3-Собирающая линза 4-Световод 5-Пректора 6-Шлем
7-полупрозрачный экран для проецирования изображения перед глазам наблюдателя Рисунок 2 - Схема одного из вариантов двухканальной нашлемной системы моделирования 3Dизображения
Во втором случае в процессе моделирования трёхмерного изображения используются особенности восприятия зрительным аппаратом человека видеоряда, полученного при попадании в объектив реальной видеокамеры (или, при использовании изображений синтезируемых по правилам машинной графики, виртуальной видеокамеры), позволяющего высветить на экране формирования промежуточного изображения подвижные объекты. Если при использовании такой одноканальной системы выполняются условия:
1) хрусталик глаза настроен на взгляд в бесконечность;
2) рассматриваются на одном экране формирования промежуточного изображения, без диспа-
рантных очков, 2Dпроекции подвижных объектов, полученные или съёмкой с помощью реальной видеокамеры, или синтезированные по правилам трёхмерной машинной графики;
3) используемый экран формирования промежуточного изображения имеет разрешающую способность не ниже 640x480 пикселей при размере по диагонали не больше 19 дюймов;
4) оптика 3Dиндикатора моделирует углы обзора трёхмерного объекта или его частей почти без искажений, обеспечивая возможность формировать у наблюдателя профессиональные навыки определения расстояния до видимых объектов.
Это достижимо при использовании
3Dиндикаторов, созданных на базе зеркальных коллиматоров. Это позволяет создавать безочковые 3Dиндикаторы с «узким» зрачком, рассчитанным на одного человека (Рис.3), или безочковые 3Dиндикаторы с «широким» зрачком (типа WIDE), рассчитанные на формирование эффекта наблюдения трёхмерного объекта у группы наблюдателей, одновременно (Рис.4),
1-место моделирования ближайшего видимого объекта; 2-телевизионный экран для формирования
промежуточного изображения; 3-вогнутое сферическое зеркало; 4-место расположения глаза человека-наблюдателя; 5-светоделительная пластина
Рисунок 3 - Схема безочкового 3D индикатора с "узким" зрачком наблюдения на одного человека-наблюдателя
2
1-телепроектор; 2-промежуточные зеркала; 3-просветный сферический экран; 4-вогнутое сферическое зеркало большого радиуса Рисунок 4 - Схема безочкового 3D индикатора с "широким" зрачком наблюдения для группы наблюдателей, расположенных в макете кабины грузового самолета
Для анализа систем моделирования трёхмерного изображения введём понятие критерия качества моделирования трёхмерного изображения QзD • Данный критерий должен помочь выбрать из известных систем моделирования трёхмерного изображения ту, которая наилучшим образом обеспечивает решение поставленной задачи [7]. В целом данный критерий можно записать в виде функционала QзD = , , где Н - особенности зрительного аппарата человека-наблюдателя; -качество воспроизведения визуальной модели с помощью аппаратно-программных средств.
Часто этого критерия достаточно для того, чтобы оценить возможность использования рассматриваемой системы моделирования 3П изображения для решения поставленных задач. Однако при проведении НИР, НИОКР и ОКР часто необходимо не только оценить уже имеющиеся системы моделиро-
вания 3D изображения, но и наметить пути их совершенствования. В этом случае необходимо более подробно оценить отдельные составляющие всей системы моделирования трёхмерного изображения. Тогда для анализа особенностей используемых аппаратно-программных комплексов будем
использовать функционал I3D = FjiQcr,Qsys ) , где Qscr - качество воспроизведения визуально наблюдаемой модели на специальном индикаторе (или на индикаторной системе), с учетом зрительного аппарата человека-наблюдателя; Qsys - качество моделирования образа визуально наблюдаемой модели с помощью аппаратно-программных средств, которая отображается на специальном индикаторе (или на индикаторной системе).
В свою очередь для оценки используемого специального индикатора используем функционал
qscr = F (rscr > lscr > tscr >Uscr > osys ) ' где Rscr- разрешающая способность исполь-
зуемого экрана формирования промежуточного изображения; LSCR - особенности воспроизведения цветовых оттенков на используемом экране формирования промежуточного изображения; TSCR - время смены очередного кадра на используемом экране формирования промежуточного изображения; USCR -допустимые углы обзора моделируемого изображения; Osys - характеристики оптических систем, используемых для получения трёхмерного изображения.
Для оценки используемой системы моделирования образа визуально наблюдаемой модели используем функционал QSYS = F4(Trt,PRT,VSP) , где TRT -время синтеза очередного кадра; PRT -количество видимых примитивов, из которых «набирается» видимое изображение; Vsp - объём синтезируемого пространства
Исходя из сказанного будем считать, что задача моделирования «визуально наблюдаемой трёхмерной модели» разбивается на две задачи. Первая - обеспечение возможности ввода информации об объекте наблюдения. Вторая задача - передача полученной информации, вывод её на экраны формирования промежуточного изображения и преобразование двухмерных проекций в модель, воспринимаемую человеком как трехмерную.
На сегодняшний день имеются хорошие решения отдельно первой и отдельно второй задачи. Однако их простое объединение не всегда позволяет получать ожидаемые результаты.
Исследования систем моделирования неплоского изображения показали.
1. Как при использовании безочковых 3Dиндикаторов с использованием зеркальных коллиматоров, так и 3Dиндикаторов с диспарантными очками (получивших название в научно-популярной литературе «стереосистемы») в процессе построения визуально наблюдаемой трехмерной модели используется зрительный аппарат человека. Соответственно (что подтверждается и результатами исследований восприятия человеком таких моделей), эффект «погружения» человека в трёхмерное визуально наблюдаемое виртуальное пространство зависит от обученности наблюдателя работы с такими системами. Это даёт основание, при классификации таких систем называть их псевдообъемными — в процесс моделирования трёхмерного визуального изображения, необходимо описать с помощью схем и физических формул, показывающих путь световых лучей от пикселя экрана формирования промежуточного изображения до глаза наблюдателя, и как психологический процесс восприятия человеком в видеоряда в виде двухмерных проекций трёхмерных объектов как наблюдения за реальным трёхмерным объектом. Результаты проведённых опытов дают основание утверждать, что трёхмерное восприятие человеком окружающего
мира является не врождённым свойством зрительного аппарата человека, а приобретённым навыком.
2. Ранее существовали несколько заблуждений из-за которых использование индикаторных систем на базе коллиматоров незаслуженно ограничивалось:
-считалось, что изображения будут настолько тусклыми, что их можно будет видеть только в затемненной кабине авиационного тренажера. Так для безочкового 3Dиндикатора на базе соосного зеркального коллиматора, расчеты яркости I строились на основании затухания тонкого луча при прохождении от пикселя экрана сначала во время отражения от светоделительной пластины, затем во время отражения от сферического зеркала, затем при прохождении через светоделитель-ную пластину к глазу наблюдателя (см. Рис.2). Тогда
I = I3T kpi sin 45o ко kP2 sin 45o
где 1эт - исходная яркость точки на экране 2; kp1 - коэффициент отражения от светодели-тельной пластины 5 (при движении луча от экрана 2); kp2 - коэффициент отражения от светодели-тельной пластины 5 (при движении луча от сферического зеркала 3); k - коэффициент отражения от сферического зеркала.
Как показали опыты, на практике из-за пучко-образного рассеивания лучей от пикселей экрана формирования промежуточного изображения, итоговое изображение получается настолько ярким, что трехмерные изображения с таких индикаторных систем можно рассматривать при обычном освещении.
3. Считалось, что из-за разрешающей способности человеческого глаза 30", среднестатистическим расстоянием между глазами наблюдателя 8 см, дистанция между наблюдателем и минимально приближенной к нему трехмерной моделью будет не менее 300 м (исследования индикаторов на базе коллиматоров показывают, что на практике минимальное расстояние визуально оценивается примерно как 4 м и, следовательно, эта гипотеза не верна).
4. Считалось, что в качестве экранов формирования промежуточного изображения должны использоваться только сферические выпуклые экранов (на практике хорошие трехмерные модели были получены при использовании плоских телевизионных экранов);
Рисунок 3 - Первоначальная схема определения минимальной дальности до наблюдаемых модели в индикаторе, моделирующем трехмерное изображение без учета диспарантности отдельных изображений воспринимаемых левым и правым глазом
Выводы
1. Появившиеся сейчас на рынке системы, моделирующие трёхмерное изображение за счёт подачи каждому глазу наблюдателя своего изображения, не являются реализацией единственного метода решения задачи моделирования трёхмерного изображения.
2. Для решения задач обучения водителей транспортных средств, наблюдателей и лиц другой профессии профессиональным навыкам определения дальности до выбранных объектов: неподвижных и подвижных, сейчас используют только псевдообъёмные системы моделирования трёхмерного изображения. При их разработке должны учитываться общие особенности восприятия зрительным аппаратом поступающей информации.
3. При разработке систем моделирования трёхмерного изображения для использования в тренажёрах необходимо добиваться соответствия углов обзора трёхмерных моделей и углов обзора их реального прототипа при нахождении наблюдателя на одном и том же расстоянии от них.
4. В случае, когда необходимо моделировать трёхмерное изображение модели объекта на дистанции ближе 4 метров, по условиям развития оптико-программно-технических комплексов на сегодняшний день нет альтернативы двухканальным системы моделирования с диспарантными очками, или их аналогами.
5. При моделировании трёхмерного изображения на дистанциях от 4 метров кроме двухканальных систем моделирования с диспарантными очками можно использовать безочковые 3D индикаторы на базе зеркальных коллиматоров с «узким» или «широким» зрачками.
ЛИТЕРАТУРА
1. Роганов В. Р. Методы формирования виртуальной реальности. Пенза, ПензГУ, 2002. - 127 с.
2. Роганов В.Р. Математические и компьютерные методы в медицине, биологии и экологии: монография/ В. Р. Роганов, А.А.Казанцев, А. М.Бабич и др. - Пенза; Москва: Приволжский Дом знаний; МИ-ЭМП, 2012. - 132 с.
3. Mikheev, M.U. On the multilevel information model of behavior of groups of autonomous intelligent agents for biomedical systems / M.U. Mikheev, V.V. Istomin, T.V. Istomina, // III Международная научно-практическая конференция "Инновационные информационные технологии": Московский институт электроники и математики НИУ ВШЭ.- Прага, Чехия 2014. - №1. - C.385-395.
4. Roganov V.R. Capacity Assessment of Visual Conditions Imitators/V.R.Roganov., M.J.Micheev, A.N.Ceredkin, V.O.Filippenko, A.V.Cemochkin - Eastern European Scientific Journal . - Dusseldorf
- Germany: AURIS Kommunikations- und Verlagsgesellschaft mbH, 2014. - № 6. - Р. 320-235.
5. Roganov V.R. Problem of virtual space modelling in aviation simulators/ V.R.Roganov., N.B.Andreeva, A.N.Ceredkin, V.O.Filippenko, M.V.Chetvergova, E.A.Asmolova - Life Science Journal.
- USA: Life Science Journal, 2014. - № 12. - Р. 371-373 http://www.lifesciencesite.com/lsj/life1112s/ (дата обращения 02.04.2015).
6. Имитационное моделирование: учебное пособие. Рекомендовано УМО вузов по университетскому политехническому образованию / Ю.Ю. Громов, Ю.С. Сербулов, И.Н. Корнфельд, В.О. Драчев, В.Г. Од-нолько. - Воронеж: ИПЦ «Научная книга», 2010.- 132 с
7. Михеев, М.Ю. Inreasing the precision of metrological characteristics of smart sensors in large scale monitoring systems / М.Ю. Михеев В.А., Юрманов, К.Ю. Пискаев и д.р. // III Междуна-род-ная научно-практическая конференция "Инновационные информационные технологии": Московский институт электроники и математики НИУ ВШЭ.- Прага, Чехия 2014. - №2. - C.370-375
8. Жашкова, Т.В.Обобщенная процедура синтеза алгоритмов нейросетевой идентификации на базе теории целых функций экспоненциального типа // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии: Астраханский государственный университет. - Астрахань 2013. - №4 (24).
9. Горячев Н.В. К вопросу реализации метода автоматизированного выбора системы охлаждения / Горячев Н.В., Кочегаров И.И., Юрков Н.К. // Алгоритмы, методы и системы обработки данных. 2013. № 3 (25). С. 16-20.
10. Кочегаров И.И. Компьютерный комплекс исследования основных функций микроконтроллеров / Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2006. Т. 1. С. 192-194.
11. Михеев, М.Ю.Имитационное моделирование нейросетевой идентификации сигналов сложной формы/ М.Ю. Михеев, С.А. Исаков, Е.Н. Мурашкина // Надежность и качество: Труды международного симпозиума.- Пенза, 2014. - Т.1. - С. 203-206.
УДК 628.93
Филиппенко В.О., Сёмочкин А.В., Асмолова Е.А., Михеев А.М.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», Пенза, Россия
УВЕЛИЧЕНИЕ ЧИСЛА ОБРАБАТЫВАЕМЫХ ПРИМИТИВОВ ЗА СЧЁТ СЕГМЕНТИРОВАНИЯ МОДЕЛИРУЕМОГО РАЙОНА
Большинство компьютерных генераторов изображения (КГИ) входящих в состав имитаторов визуальной обстановки (ИВО) авиационных тренажёров (АТ) могут синтезировать, за цикл реального времени (менее 120 мсек) двухмерную проекцию трёхмерной части моделируемого пространства, попавшего в пирамиду видимости, используя ограниченное число примитивов (видимых и управляющих) [1]. Чаще всего это число не превышает 16000 [2]. Имеются дорогие КГИ, которые могут обрабатывать до 300000 примитивов [3].
Будем считать, что если дальность видимости в атмосфере над центральной Россией 30 км, при насыщенности определённой как 1 трёхмерный объект на 10 кв.м, то при синтезе изображения только на оптической оси пирамиды видимости находятся 3000 объектов. Каждый объект состоит из не менее чем 5 граней, или только для генерации изображения местности на оптической оси пирамиды видимости необходимо обработать 15000 граней, кроме того для удаления эффекта «просвечивания» необходимо использовать 22999 разделяющих плоскостей. Эти расчёты показывают, что решить такую задачу напрямую - обработать все грани и разделяющие плоскости не может ни один КГИ. Выходом из такого положения является деление всей сцены на сегменты.
Для увеличения числа отображаемых граней при делении сцены визуализации используются сегменты вложенные друг в друга. Этот приём характерен для всех типов ИВО АТ, разрабатываемых отечественными и зарубежными фирмами.
КГИ обрабатывает несколько типов управляющих примитивов - разделяющие плоскости и охватывающие сферы.
Разделяющие плоскости позволяют упорядочить вызов визуально наблюдаемых примитивов (различные типы граней и огней), а охватывающие сферы - позволяют ограничить объём обрабатываемой информации [4]. В дальнейшем будет рассматриваться использование примитивов «охватывающие сферы».
Рассмотрим задачу обучения взлёта и посадки на узнаваемую взлётно-посадочную полосу (ВПП). Обычно центр мировой системы координат находится в середине ВПП, что позволяет минимизировать ошибки округления, возникающие при перерасчёте граней полигонов видимых под разными углами. Данная задача решалась советскими, канадскими, немецкими и французскими фирмами и независимо друг от друга инженеры этих фирм пришли к необходимости рассматривать изначальные сегменты (которые покрывают всю моделируемую сцену) в виде квадратов или треугольников, хотя рассматривались варианты и в виде шестиугольников. Лидер авиационного тренажёра строения фирма САЕ предполагает деление всех квадратов на прямоугольники.
Сегменты могут быть нескольких уровней. В сегменте 1 уровня располагаются грубые модели визуально наблюдаемых моделей, например, дом может быть нарисован как прямоугольник. В сегментах 2 уровня, которые обычно встроены в фигуру сегмента 1 уровня располагают более точной моделью, например, дом может быть нарисован как параллелепипед. В сегментах 3 уровня, которые обычно встроены в фигуру сегмента 2 уровня располагают ещё более точные модели, например, дом может быть нарисован как параллепипед с тёмными квадратами окон. В сегментах 4 уровня, которые обычно встроены в фигуру сегмента 3 уровня располагают точные модели, например, дом может быть нарисован как параллепипед и покрыт тек-
стурой позволяющей увидеть кирпичную кладку, переплёты окон, покрашенную дверь и т. д. [5]
Число сегментов вложенных друг в друга, как правило неограниченно. Однако использование каждого нового уровня сегмента увеличивает время работы сценарного процессора на выбор модели, которые должны быть направлены на дальнейшую обработку. На сегодняшний день лидер авиационного тренажёра строения фирма CAE предлагает ограничиться четырьмя уровнями сегментов.
Фирма CAE делит всю сцену1000 на 1000 км или 1500 на 1500 км на сегменты 1 уровня, в которой вложены по четыре сегмента 2 уровня в каждый сегмент 2 уровня вложены 4 сегмента 3 уровня, в каждый сегмент 3 уровня вложены 4 сегмента 4 уровня (рисунок 1-3).
квадратов
треугольников
При разработке стандартного варианта сцены, ориентированной на использование КГИ «Альбатрос» производства одного из Пензенских предприятий, была использована иная конструкция сцены. Вся подстилающая сцена была сегментом 1 уровня 400 на 400 км, около взлётно-посадочной полосы площадка размером 30 на 30 км, который был сегментом 2 уровня и в нём взлётно-посадочная полоса, которая делился на сегменты 3 уровня размером 1 на 1 км (рисунок 4).
При анализе необходимой мощности КГИ инженерами фирмы CAE была определена сначала структура сцены визуализации, потом рассчитано, какое количество объектов может быть в каждом сегменте и, исходя из этого разработана аппаратно программная часть КГИ «MAXVEU™», из расчёта, что в обработку идёт не менее 16 000 текстури-рованных граней и 9 000 огней.
