Геометрія психофізичного простору та перспектива

вперше розроблено проект тривимірного комп'ютерного симулятора, у якому для створення візуального середовища засобами цифрової голографії застосовується геометрична модель психофізичного простору, що описується системою рівнянь (2). Це означає, що застосування у комп'ютерних симуляторах перспективи, заснованої на геометричній моделі психофізичного простору, дозволяє створити віртуальну тривимірну сцену, у якій діє оператор, що управляє складною технічною системою.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Ницын А.Ю. Применение перцептивной перспективы в компьютерной графике для передачи геометрических свойств пространства в соответствии со зрительным восприятием человека // Прикладная геометрия и инженерная графика. - К.: КДТУБА, 1996. - Вып.59. - С. 132-136.

2. Ніцин О.Ю. Побудова перспективи для передачі скорочення розмірів тривимірного простору за глибиною, шириною та висотою // Прикладна геометрія та інженерна графіка. - К.: КДТУБА, 1998. - Вип.63. - С.133-135.

3. Ницын А.Ю. Постановка опыта по изучению зависимости зрительно воспринимаемого размера предмета от расстояния до наблюдателя // Труды Таврической государств. агротехнической академии. - Мелитополь: ТГАТА, 1999. - Вып.4. Прикладная геометрия и инженерная графика. - Т.6. - С.103-105.

4. Ницын А.Ю. Методика изучения зависимости зрительно воспринимаемого размера предмета от расстояния до наблюдателя // Труды Таврической государств. агротехнической академии. - Мелитополь: ТГАТА, 1999. - Вып.4. Прикладная геометрия и инженерная графика. - Т.7. - С.64-67.

5. Ницын А.Ю. Результаты опыта по изучению зависимости зрительно воспринимаемого размера предмета от расстояния до наблюдателя // Труды Таврической государств. агротехнической академии. - Мелитополь: ТГАТА, 1999. - Вып.4. Прикладная геометрия и инженерная графика. - Т.7. - С.68-70.

6. Ницын А.Ю. Установление связи между перцептивной и линейной перспективами на основе анализа экспериментальных данных // Труды Таврической государств. агротехнической академии. - Мелитополь: ТГАТА, 1999. - Вып.4. Прикладная геометрия и инженерная графика. - Т.8. - С.46-48.

7. Ницын А.Ю. Оценка соответствия математической модели перцептивной перспективы экспериментальным данным // Труды Таврической государств. агротехнической академии. - Мелитополь: ТГАТА, 1999. - Вып.4. Прикладная геометрия и инженерная графика. - Т.9. - С.38-40.

8. Ніцин О.Ю. Геометрична модель просторової картини світу у свідомості людини // Прикладна геометрія та інженерна графіка. - К.: КНУБА, 1999. - Вип.65. - С.92-95.

9. Ніцин О.Ю. Результати порівнювання картини природного зорового сприйняття з перцептивною перспективою // Прикладна геометрія та інженерна графіка. - К.: КНУБА, 2000. - Вип.67. - С.101-104.

10. Ницын А.Ю. Численная оценка соответствия линейной перспективы зрительному восприятию // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. Сер. “Новые решения в современных технологиях”. - Харьков: ХГПУ, 2000. - Т.128. - С.58-63.

11. Ніцин О.Ю. Оцінювання точності передавання природних зорових відчуттів за допомогою фотографії // Прикладна геометрія та інженерна графіка. - К.: КНУБА, 2001. - Вип.69. - С.119-122.

12. Nitsyn A.Y. Development of a Perspective in View of Visual Perception for three-dimensional Modeling // Applied geometry and graphics. - Kyiv: Kyiv National University of Building and Architecture, 2002. - No.70. - P.285-287.

13. Ницын А.Ю. Численная оценка точности передачи зрительного восприятия в перцептивной перспективе // Геометричне та комп'ютерне моделювання. - Харків: ХДУХТ, 2002. - Вип.1. - С.114-119.

14. Ніцин О.Ю., Торянік В.В. Конструювання одягу методом моделювання на “віртуальному манекені” // Прикладна геометрія та інженерна графіка. - К.: КНУБА, 2002. - Вип.71. - С.141-143.

15. Ницын А.Ю. Геометрическая модель пространства в классической перспективе // Геометричне та комп'ютерне моделювання. - Харків: ХДУХТ, 2002. - Вип.2. - С.112-114.

16. Ницын А.Ю. Система визуального проектирования одежды “Виртуальный манекен” и ее математическое ядро // Геометричне та комп'ютерне моделювання. - Харків: ХДУХТ, 2005. - Вип.10. - С.91-94.

17. Ницын А.Ю. Численная оценка зрительного восприятия глубины пространства при наблюдении картины трехмерной сцены // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. Тематичний випуск “Системний аналіз, управління та інформаційні технології”.- Харків: НТУ “ХПІ”, 2005. - Вип.19. - С.77-84.

18. Ніцин О.Ю. Математичний апарат механізму константності величини // Прикладна геометрія та інженерна графіка. - К.: КНУБА, 2006. - Вип.76. - С.98-102.

19. Ковалев Ю.Н., Ницын А.Ю. Геометрия психофизического пространства и компьютерный симулятор “виртуальная сфера” // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. Тематичний випуск “Системний аналіз, управління та інформаційні технології”.- Харків: НТУ “ХПІ”, 2006. - Вип.19. - С.31-40.

20. Ковальов Ю.М., Ніцин О.Ю. Візуалізація тривимірної сцени з урахуванням психології зорового сприйняття // Праці Таврійської держав. агротехнічної академії. - Мелітополь: ТДАТА, 2006. - Вип.4. Прикладна геометрія та інженерна графіка. - Т.32. - С.15-24.

21. Ницын А.Ю. Результаты эксперимента по определению расстояния от центра проецирования до картинной плоскости // Геометричне та комп'ютерне моделювання. - Харків: ХДУХТ, 2006. - Вип.15. - С.91-94.

22. Ницын А.Ю. Приложение геометрической модели психофизического пространства к визуализации динамичных трехмерных сцен // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. Тематичний випуск “Системний аналіз, управління та інформаційні технології”. - Харків: НТУ “ХПІ”, 2006. - Вип.39. - С.92-98.

23. Ницын А.Ю. Деформации изображения при визуализации динамичных трехмерных сцен // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. Тематичний випуск “Інформатика і моделювання”. - Харків: НТУ “ХПІ”, 2006. - Вип.40. - С.145-152.

24. Ницын А.Ю. Разработка перцептивной перспективы на основе геометрического моделирования естественного зрительного восприятия человека // Сб. науч. труд. междунар. научно - практ. конф. “Современные проблемы геометрического моделирования”. - Мелитополь: ТГАТА, 1996. - Ч.1. - С.125.

25. Ницын А.Ю. Разработка математического описания перцептивной перспективы // Сб. науч. труд. междунар. научно - практ. конф. “Современные проблемы геометрического моделирования”. - Мелитополь: ТГАТА, 1997. - Ч.3. - С.175-177.

26. Ницын А.Ю. Выбор формы проецирующей кривой для построения перцептивной перспективы // Сб. науч. труд. междунар. научно - практ. конф. “Современные проблемы геометрического моделирования”. - Мелитополь: ТГАТА, 1997. - Ч.3. - С.178-181.

27. Ницын А.Ю. Свойство проецирующих кривых в системе перцептивной перспективы // Сб. науч. труд. междунар. научно - практ. конф. “Современные проблемы геометрического моделирования”. - Мелитополь: ТГАТА, 1997. - Ч.3. - С.182-183.

28. Ницын А.Ю. Разработка геометрической модели естественного зрительного восприятия человека // Зб. наук. пр. міжнар. науково - практ. конф. “Сучасні проблеми геометричного моделювання”. - Харків: ХІПБ МВС України, 1998. - С.148-154.

29. Ницын А.Ю. Повышение качества обучения на тренажерах с помощью метода передачи геометрии пространства в соответствии со зрительными ощущениями человека // Сб. науч. труд. междунар. научно - практ. конф. “Современные проблемы геометрического моделирования”. - Мелитополь: ТГАТА, 1998. - С.69-72.

30. Ницын А.Ю. Учет психологии зрительного восприятия в построении перспективы - актуальная задача компьютерной графики // Тезисы докладов междунар. научно - практ. конф. “Современные проблемы геометрического моделирования”. - Донецк: ДонГТУ, 2000. - С.171-173.

31. Ницын А.Ю. Принцип построения перспективы без применения метода центрального проецирования // Зб. праць міжнар. наук. - практ. конф. “Сучасні проблеми геометричного моделювання”. - Харків: ХДУХТ, 2001. - С.74-77.

Анотація

Ніцин А.Ю. Геометрія психофізичного простору та перспектива. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.01.01 - прикладна геометрія, інженерна графіка. - Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, 2007.

Дисертацію присвячено розробці теорії геометричного моделювання психофізичного простору, її експериментальній перевірці і застосуванню у побудові перспективи, що компенсує деформації зображення, які спостерігаються при візуалізації динамічних тривимірних сцен. Теоретична цінність роботи полягає у створенні нового напрямку в теорії зображень, заснованого на застосуванні ріманової геометрії до побудови перспективи, що відбиває геометричні властивості психофізичного простору. Одержано математичний опис механізму константності величини на основі аналізу експериментальної залежності між розміром зорового образу предмета та його відстанню до спостерігача. Удосконалено перспективу, що компенсує спотворення, обумовлені відхиленням методу центрального проекціювання від моделі зорового сприйняття, що враховує механізм константності величини. Розроблено математичний апарат перетворення евклідового простору в рімановий простір, що має геометричні властивості психофізичного простору. Побудовано геометричну модель психофізичного простору, засновану на перетворенні евклідового простору в рімановий простір. Розроблено перспективу, що компенсує деформації зображення, які спостерігаються при візуалізації динамічних тривимірних сцен методом центрального проекціювання. Розроблено проект тривимірного комп'ютерного симулятора, у якому для створення візуального середовища засобами цифрової голографії застосовується геометрична модель психофізичного простору. Основні результати роботи впроваджено при розробці комп'ютерних симуляторов, що моделюють керування складними транспортними засобами, у вигляді процедури візуалізації, яка покращує реалістичність зображення.

Ключові слова: перспектива, криволінійна перспектива, зорове сприйняття, психофізичний простір.

Аннотация

Ницын А.Ю. Геометрия психофизического пространства и перспектива. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.01.01 - прикладная геометрия, инженерная графика. - Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Киев, 2007.

Диссертация посвящена разработке теории геометрического моделирования психофизического пространства, ее экспериментальной проверке и приложению к построению перспективы, которая компенсирует деформации изображения, наблюдаемые при визуализации динамичных трехмерных сцен. Актуальность работы состоит в том, что развитие компьютерной графики требует разработки перспективы, которая учитывает геометрию пространства, отражающего зрительные ощущения человека. Теоретическая ценность работы состоит в создании нового направления в теории изображений, основанного на приложении римановой геометрии к построению перспективы, которая отражает геометрические свойства психофизического пространства. Важность исследований, выполняемых в данном направлении, определяется высокими требованиями к реалистичности изображения, предъявляемыми при разработке компьютерных симуляторов. Это обусловлено тем, что повышение качества изображения позволяет повысить уровень подготовки операторов транспортных средств, снизить стоимость их обучения и уменьшить вероятность возникновения аварийных ситуаций из-за неточной ориентации человека в пространстве. О важности данной проблемы свидетельствует то, что ежегодно в компьютерной графике оборачиваются десятки миллиардов долларов, и сотни миллионов долларов тратятся на то, чтобы повысить реалистичность изображений. Работы, выполняемые в данном направлении, имеют для Украины огромное значение, потому что применение их результатов позволяет предприятиям, разрабатывающим программное обеспечение, улучшить потребительские качества отечественных тренажеров и повысить их конкурентоспособность на мировом рынке программных продуктов.

Выполнены постановка и анализ результатов эксперимента по численной оценке геометрии пространства, которое формируется в сознании человека по изображениям на сетчатках глаз. Выполнена классификация деформаций изображения, наблюдаемых при визуализации динамичных трехмерных сцен методом центрального проецирования. Получено математическое описание механизма константности величины на основе анализа экспериментальной зависимости между размером зрительного образа предмета и его расстоянием до наблюдателя. Усовершенствована перспектива, которая компенсирует искажения, обусловленные отклонением метода центрального проецирования от модели зрительного восприятия, учитывающей механизм константности величины. Применение данной перспективы позволяет построить изображение трехмерной сцены, более близкое к естественному зрительному восприятию, чем линейная перспектива. Разработан математический аппарат преобразования евклидового пространства в риманово пространство, которое обладает основными геометрическими свойствами психофизического пространства. Построена геометрическая модель психофизического пространства, основанная на преобразовании евклидового пространства в риманово пространство. Разработана перспектива, которая компенсирует деформации изображения, наблюдаемые при визуализации динамичных трехмерных сцен методом центрального проецирования. Выполнены постановка и анализ результатов эксперимента по численной оценке погрешностей, с которыми перспектива, основанная на геометрической модели психофизического пространства, передает закономерности зрительного восприятия. Выполнены постановка и анализ результатов эксперимента по визуальной проверке перспективы, основанной на геометрической модели психофизического пространства, на соответствие закономерностям зрительного восприятия. Результаты экспериментальной проверки показывают, что изображение, построенное в перспективе, учитывающей механизм константности величины, дает более правильное представление о форме, размерах и взаимном положении предметов, чем линейная перспектива. Выполнены постановка и анализ результатов эксперимента по измерению зрительного восприятия глубины пространства, которое стимулируется стереоскопичными изображениями трехмерной сцены. Результаты эксперимента показывают, что применение в стереоскопии перспективы, учитывающей действие механизма константности величины, позволяет компенсировать недостаток информации о расстояниях до предметов, которую дают такие бинокулярные признаки глубины, как аккомодация и конвергенция. Разработан проект трехмерного компьютерного симулятора, в котором для создания визуальной среды средствами цифровой голографии применяется геометрическая модель психофизического пространства.

Основные результаты работы внедрены при разработке компьютерных симуляторов, моделирующих управление сложными транспортными средствами, в виде процедуры визуализации, улучшающей реалистичность изображения. В частности, полученные результаты были использованы в НПО “Политехник”, на Государственном предприятии “Прилукский завод противопожарного и специального машиностроения “Пожспецмаш”, Ассоциацией “Укрмода” и в учебном процессе Института городского хозяйства Национального авиационного университета при обучении специальности “Технический и промышленный дизайн”.

Ключевые слова: перспектива, криволинейная перспектива, зрительное восприятие, психофизическое пространство.

The summary

Nitsyn А.Y. Geometry of psychophysical space and perspective. - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the doctor of engineering science on a specialty 05.01.01 - applied geometry, engineering graphics. - Kyiv national university of construction and architecture, Kyiv, 2007.

The dissertation is devoted to development of the theory of geometrical modeling of psychophysical space, her experimental check and appendix to construction of perspective, which compensates deformations of the images watched at visualization of dynamical three-dimensional stages. The theoretical value of work consists in creation of a new direction in the theory of the images based on the appendix of riemannian geometry to construction of perspective, which reflects geometrical properties of psychophysical space. The mathematical description of the mechanism of constancy of the size is received on the basis of the analysis of experimental dependence between the size of a visual image of a subject and his distance up to the observer. The perspective is advanced which compensates distortions caused by a deviation of a method central projection from model of visual perception, taking into account the mechanism of a constancy of the size. The mathematical device of transformation of Euclid space in riemannian space is developed which has the basic geometrical properties of psychophysical space. The geometrical model of psychophysical space based on transformation of Euclid space in riemannian space is constructed. The perspective is developed which compensates deformations of the images watched at visualization of dynamical three-dimensional stages by a method central projection. The project three-dimensional computer simulator is developed, in which to creation of visual environment the means digital holography apply geometrical model of psychophysical space. The basic results of work are introduced by development computer simulators, modeling control of complex vehicles, as procedure of visualization improving realness of the image.

Key words: perspective, curvilinear perspective, visual perception, psychophysical space.

Размещено на Allbest.ru