Геометричний інструментарій синтезу середовища віртуальної реальності стосовно до тренажерів

У всіх попередніх формулах під параметром мався на увазі шлях s, однак завжди можлива перепараметризація, наприклад, за часом. Така перепараметризація приводить рівняння Френе до вигляду

де - розклади векторів кутових швидкостей кожного з поворотів, на які розкладається вектор абсолютної кутової швидкості ї. Тоді формули кривини та скруту в поточній точці траекторії можна представити як

Цих даних досить, щоб прорахувати траекторну точку для чергового такта візуалізації і побудувати прогноз (виконати екстраполяцію) для двох наступних, тобто для і , де - довжина такта візуалізації.

На рис.34 показано кадр віртуальноі сцени польоту літака при слідкуванні в режимі вільного пошуку.

У висновках до розділу відзначаються широкі функціональні можливості IМК для цілей синтезу об'єктів та процесів СВР. Однак для забезпечення прийнятної за швидкодією реалістичності динамічних сцен СВР необхідне застосування графічних акселераторів. Вказано на завершеність розробки теоретичного базису геометричного інструментарію синтезу об'єктів та процесів віртуального простору. Схематичне зображення технології тотальної дискретизації графічної інформації в системах синтезу СВР представлено на рис.35.

В розділі 5 сформульовані основні задачі, супутні синтезу динамічних сцен віртуальної складової СВР, наведено опис структури та функцій розробленого редактора-моделера REMOD.

На рис.36 представлено узагальнену функціональну схему редактора-моделера на базі обчислювальноі платформи TMS320C4x.

Моделер оперує такими геометричними поняттями.

Сценою називається статичний об'єкт, який в процесі моделювання зовнішнього середовища з часом не може змінювати своїх координат відносно віртуальної земної поверхні.

Об'єкт - інформаційне подання фізичного об'єкта, що підлягає візуалізації в процесі синтезу відеоінформації. Об'єкт являє собою сукупність кластерів, що, як правило, утворюють замкнену поверхню. Iнформаційно об'єкт характеризується базовою точкою та кутами орієнтації в просторі його координатних осей з центром в цій базовій точці.

Кластер - інформаційне подання деякої сукупності полігонів, що утворюють зв'язану чи незв'язану комбінацію кількох (в окремому випадку - одного) полігонів. В кластер об'єднуються полігони, які лежать в одній площині або в різних площинах, але мають досить малий кут суміжності, що не впливає практично на розв'язання в наступному (у візуалізаторі) задач сортування. Особливі фізичні характеристики кластера відбиваються за допомогою відповідних прапорів.

Полігон - геометрична модель довільної, але обов'язково замкненої плоскої фігури з теоретично необмеженою кількістю вершин та ребер. В граничному випадку полігон може мати вигляд відрізка прямої. Iнформаційно полігон також характеризується базовою точкою, яка обчислюється моделером автоматично.

Точка - елементарна фігура - примітив, яка є одиницею геометричної інформації, що сприймається редактором у формі завдання трьох координат - X, Y, Z.

Розміри геометричних елементів та координати точок задаються у відносних безрозмірних одиницях (дійсних числах). Метрична розмірність цієї відносної одиниці визначається настройкою візуалізатора.

На рис. 37 представлено загальний вигляд робочого вікна редактора. Кожне з вікон зображень у вихідному стані містить зображення координатних осей правої декартової системи координат OXYZ. Розміри відрізків, що зображають положення осей, постійні і не залежать від поточного розміру екрана та масштабу зображення, що використовується.

На рис.38 показано основні програмні модулі комплексу, структурно розподілені на дві групи: програми підготовки даних та власне візуалізації. Мова написання програм - "C/C++" забезпечує, крім зручностей у роботі, велику кількість функцій доступу до нижнього рівня. Використовуваний компілятор WATCOM 9.5 та модель пам'яті flat, обумовлені тим, що адресація до пам'яті лінійна, чим забезпечується доступ до всієї встановленої пам'яті без використання протоколів EMS и XMS.

У висновках до розділу вказується, що реалістичність за компонентою швидкодії (реальність масштабу часу моделювання) забезпечується:

мінімізацією обсягів графічної інформації;

застосуванням швидких алгоритмів обчислювальної обробки та рендерингу.

6 розділ присвячений розробці методик та реалізації відповідних алгоритмів ДГМ процесів функціонування спеціальних каналів технічного зору, експериментально досліджена можливість об'ємної реконструкції РЛС-зображень віртуальних моделей. Викладено практичне застосування геометричного інструментарію в програмних комплексах учбового призначення.

Специфіка спеціальних областей використання тренажерів та тренаторів зумовлює необхідність моделювання не тільки телевізійних, але й інших каналів технічного зору. Найбільш поширеним методом моделювання подібних процесів є процедурне моделювання. В цьому випадку не вимагається створення повної математичної моделі всього пристрою. Процес моделювання структурується на окремі підмоделі (процедури), система яких дозволяє формувати необхідні інформаційні та керуючі потоки графічної чи іншої інформації.

На рис.39 представлено структуру програмних засобів уніфікованого комплексу синтеза відеоінформації в каналах технічного зору. Візуалізація віртуального середовища, що моделюється в комплексах лазерних скануючих локаторів (лідарів) здійснюється за принципами телевізійного каналу, але з однією суттєвою відмінністю. Кожний піксел зображення, крім трьох координат, містить інформацію про дистанції до об'єкта. Такі піксели називаються вокселами і формуються на основі обробки відбитих сигналів.

Геометрична модель сканера відповідає параметрам сучасного лідара і є дискретним аналогом апарату центрального проекціювання.

Обчислювальні принципи, покладені в основу синтезу РЛС-зображення:

результуюче зображення розбивається на складові частини, в залежності від параметрів, заданих у керуючому файлі для локатора;

кількість частин визначається кількістю кадрів, розташованих на повному екрані локатора, кутовими величинами сканування, кроком переміщення антени по вертикалі та горизонталі;

кожне зображення будується традиційно (визначення порядку виведення, аналіз попадання в зону видимості, відтинання), при цьому межі відтинання обумовлюються такими параметрами: відношення метричних координат СВР та координат екрану монітора; кути розбіжності променя, випромінюваного антеною; фокусна відстань проекціювання.

І'декс кольору для відображення всього чи частини поточного полігону - є функція дальності до конкретної точки полігону, і визначається такими характеристиками: результуючий коефіцієнт послаблення індексу кольора, що містить прозорість середовища; коефіцієнт врахування напряму нормалі полігона відносно антени локатора; коефіцієнт радіопрозорості полігона; дальність до поточної точки.

Для зображення інформації, що одержується від РЛС-імітатора, розроблені два геометрично різних підходи, а саме:

реконструкція елемента кадра виконується не в одну точку, а, наприклад в кубічний елемент, при цьому колір куба формується інтегровано, в залежності від значення таких параметрів, як дистанція до об'єкта, поточні коефіцієнти проекціювання та матриць трансформацій елементів-полігонів. Фактично кожний куб приймається за окремий кластер, що складається з шести полігонів;

елемент кадра перетворюється в одну точку відповідного кольору. Потім застосовується тріангуляція точкової множини і формується кінцево-елементна (тріангульована) модель зображення. Для даноі моделі кожний полігон породжується трьома точками і, природньо, стають можливими розриви між окремими кластерами, що може привести до спотворення реконструйованої форми.

На рис.40 зображено реконструйовану просторову модель, одержану за методом кубічних кластерів, а на рис.41 - за методом тріангуляції.

Процедурне моделювання зображень, одержаних інфравізором, реалізує методику фільтрації зображень вiртуальних графічних об'єктів, одержаних з урахуванням тільки сонячного освітлення в інфрачервоному спектрі випромінювання. В основу методики покладено закон Стефана-Больцмана про інтегральну щільність випромінювання тіл, а також формулу Бугера-Ламберта для монохроматичного випромінювання, що відбувається в середовищі з постійним заломленням. Фізика процесу випромінювання враховує властивості випромінюючої поверхні, стан атмосфери, технічних параметрів приладу.

На етапі синтезу в середовищі моделера кожному полігону об'єкта (посередництвом спеціального прапора) ставиться у відповідність індивідуальний температурний режим. Для цього задається точка (або кілька точок) розташування джерела тепла та його температура. Температури окремих полігонів поверхні об'єкта визначаються у зворотній квадратичній залежності від відстані до цього джерела (джерел).

Розрахунок інфрачервоного випромінювання залежить від таких параметрів оточуючого середовища: постійна випромінювання, сонячна постійна, коефіцієнт пропускання атмосфери, абсолютна вологість, площа інфрачервоного приймача (3 елементи розмірами 0,2'0,1 мм) та ін.

На рис.42 наведено IК-кадр сцени, що містить 5 стаціонарних віртуальних об'єктів. Дистанція спостереження більше 500 м.

На базі ПК модифікованого редактора-моделера (зрізанням та модернізацією системи команд, сервісних можливостей, розширенням організаційно-методичних функцій) розроблено програмний комплекс тестування знань “TEST” та електронний задачник з інженерної графіки ОurCAD. ПК “TEST” використовується при професійній підготовці та кваліфікаційних випробуваннях спеціалістів-операторів зразків складної техніки.

ПК “TEST” являє собою програмний інструментарій, що забезпечує реалізацію таких функцій (рис.43):

складання тестів в широкому діапазоні навчальних дисциплін в режимі наповнення бази даних текстового та графічного формату;

автоматизоване індивідуальне тестування необмеженою кількістю випробуваних; автоматичне документування результатів тестування;

автоматизовану статистичну обробку результатів випробувань та одержання зручного для візуального сприйняття графічно інтерпретованого результату цієї обробки;

автоматичне формування бази даних результатів випробувань по всіх групах випробуваних та графічне відображення загального рівня успішності.

Редактор тестів - блок програм, що забезпечують формування функціонально та інформаційно оформлених текстових файлів тестових завдань, які працюють в режимі текстового редактора.

Графпакет - в загальному випадку будьякий стандартний графічний пакет, що забезпечує можливість формування графічних файлів з розширеннями ”dxf”, “bmp”, “jpg”, “wmf”. При необхідності ці файли за допомогою внутрішніх драйверів блоку програм тестування використовуються для побудови графічного супроводу текстів питань тестових завдань.

Реєстрація та архівування - внутрішній драйвер реєстрації тестових завдань, що є в бібліотеці та формування користувацького меню (для випробуваних).

Бібліотека тестів - фізичний набір файлів тестових завдань, що забезпечує прямий доступ до будьякого з них при ініціалізації етапу тестового випробування.

Тестування - програма реалізації етапу тестового випробування формування вихідного потоку інформації - даних про випробуваних та результати опиту для архівування.

Статистична обробка - блок програм, що забезпечують статистичну обробку результатів тестування по окремих групах та кільком групам випробуваних, по одному курсу, по окремих рейтингових циклах і т.ін.

Керуюча програма - блок програм, що забезпечує сервісну оболонку всього ПК “TEST”:

робота користувача з меню різних рівнів;

автоматична підготовка файлів вхідної та результуючоі інформації;

функції захисту вхідної та результуючої інформації від несанкціонованих змін, та ін.

На рис.44 показано робоче вікно редактора тестів, який має такі сервісні можливості: автоматизований процес написання текстових складових тестових завдань;можливість використання графічних файлів, як складових тестового завдання;автоматизований процес складання варіантів відповідей по кожному з них - автоматичне формування тестового завдання у формі текстового файлу, і т.д.

Вікно тестування показано на рис.45. Візуалізація поточної оцінки випробуваного здійснюється у правому нижньому куті екрану за допомогою циліндра, на поверхні якого відображається гвинтова лінія змінного кроку, що залежить від одержуваної оцінки. Висота циліндра відповідає 100%-вій правильності відповідей. Моделювання оцінки здійснюється з використанням модифікованої інтегральної моделі ЦВЛ. Скрут кривої залежить від коефіцієнта правильності відповіді, який може змінюватися від 0 до 1 з точністю два десяткових знаки після коми. Операція “скручування” гвинтової лінії забезпечує збереження радіуса несучого циліндра, що грунтується на рівнянні RЦВЛ=k1/k2, де k1 - кривина кривої, k - повна кривина. При цьому крок ЦВЛ визначається як 2'k2/k2, де k2 - скрут кривої. На рис.45 показано відображення відповіді на перше запитання тесту з коефіцієнтом правильності 0,5.

Електронний задачник OurCAD являє собою ПК учбового призначення, що володіє такими функціональними можливостями:

Організаційні функції:

робота в автономному (однокористувацькому) режимі;

робота в режимі комп'ютерного класу в багатокористувацькому режимі;

автоматичне архівування реєстраційних даних про користувачів.

Методичні функції:

робота в режимі “Практичне заняття”. Для цього ПК містить бібліотеку нумерованих умов (текстових і графічних) задач;

робота в режимі “Контрольна робота”. Для цього ПК містить бібліотеку текстів та графічних умов контрольних завдань;

робота в режимі “Авторська задача”. Користувач має можливість самостійно формувати умови і розв'язувати оригінальні проекційні задачі, і т.д.

ПК OurCAD відзначається всіма можливостями, притаманними сучасним користувацьким інтерфейсам графічних редакторів, а саме:

побудов графічних об'єктів - точки, прямі, полілінії, кола, дуги кіл, криві другого порядку, як результат інтерполяції точкових рядів;

нанесення текстів в довільному місці поля екрану задачника;

видалення та переміщення раніше побудованих об'єктів;

скроллінг полів проекцій, і т.д.

На рис.46 представлено робочий екран задачника в режимі розв'язання авторської задачі.

Поверхні, одержані в середовищі задачника, можуть бути доопрацьовані редактором-моделером та включені до бібліотеки віртуальних моделей.

Методично робота з задачником розглядається також, як підготовка до освоєння більш складних графічних комплексів.

У висновках до розділу відзначається, що існуючі користувацькі інтерфейси 3D-графіки, не дозволяють реалізувати запропоновані методики. Експериментальні дослідження, проведені на редакторі-моделері, виявили універсальність алгоритмічної архітектури обчислювальної реалізації такого виду моделювання, як процедурне. Задача геометричного моделювання складних фізичних процесів, в усякому разі на сьогодні, можлива тільки в дискретній формі. Всі версії учбових програмних комплексів мають єдину програмну архітектуру, використовують один і той же геометричний інструментарій. Такі програмні комплекси є невіддільною частиною сучасних віртуальних освітніх середовищ.

Висновки

Проведене дослідження показало, що прикладна геометрія займає зараз важливе місце при розв'язанні задач, пов'язаних з проблемою синтезу СВР стосовно до професіональних тренажерів, виявила нагальну необхідність більш тісної її інтеграції з іншими прикладними та класичними науками.

1. В науковому плані одержала підтвердження основна гіпотеза, покладена в основу технології тотальної дискретизації - про існування геометрично оптимальної дискретизації кривих. Реалізація такої дискретизації стала можливою завдяки введенню нового поняття в теорію представлення кривих - інтегральної моделі кривої. Обгрунтований, сформульований та реалізований новий підхід до розв'язання задач моделювання кривих ліній та поверхонь, а саме - дискретно-інтегральний метод, результатом якого є дискретний (полігональний) каркас.

2. Методологічно розробка теми здійснювалася по двох напрямках: екстенсивного розвитку відомих методів конструювання обводів просторових кривих та інтенсивного, що полягає у створенні принципово нової технології - тотальної дискретизації геометричних об'ектів на всіх стадіях синтезу СВР. По першому напрямку розроблені алгоритми конструювання просторових обводів до першого порядку гладкості по кривині та скруту. Забезпечення більш високих порядків для розглядуваних застосувань не вимагається. Однак при розробці аналогічних інструментаріїв для високоточних технічних чи дизайнерських систем моделювання об'єктів живої природи така задача безумовно стане актуальною.

3. Ступінь впливу технічних характеристик апаратних засобів КГ на технологію синтезу СВР є суттєвою, однак вона торкається лише заключного етапу - етапу візуалізації сцен ВР. В той же час вплив застосованої геометричної концепції більш глобальний, він визначає архітектуру, якість та продуктивність на всіх етапах технологічного ланцюжка моделювання. Особливе значення в цих умовах набуває проблема перерозподілу об'ємів оброблюваної графічної інформації між підготовчими та робочими стадіями синтезу СВР. Визначним фактором в розв'язанні цієї задачі є методика раціонального стиску (компресії) вже на попередній стадії формування графічної та керуючої інформації.

4. Звуження предметної області використання не вплинуло на обширність та комплексність теоретичної проблеми синтезу СВР з високим ступенем реалістичності. В цьому відношенні дана робота наочно ілюструє можливість геометричного моделювання як апарату наукового пошуку, так і інструмента експериментального дослідження. Практичним підтвердженням ефективності другого напрямку є розроблений редактор-моделер, що крім вказаного використання має практичну цінність як програмний комплекс синтезу та візуалізації СВР стосовно до професіональних тренажерів. Його модифікація (зрізання системи команд, сервісних та інформаційних функцій, розширення організаційно-методичних можливостей) дозволила створити: графічний редактор учбового призначення - електронний задачник з інженерної графіки, а також комплекс автоматизованого тестування знань з широкими ілюстративними можливостями. Ці програмні комплекси створені як елементи інтегрованого віртуального навчального середовища.

5. Створені передумови розвитку нового напрямку ДГМ процесів - iмiтаційного моделювання каналів технічного зору: телевізійного, радіолокаційного, тепловізійного та ін. В межах цього напрямку має місце задача реконструкції зображень, яка вимагає пошуку особливих рішень, в зв'язку з технічною складністю та інформаційною неоднозначністю.

6. Подальший розвиток сформованих напрямків ДГМ, поглиблення та оптимізація геометричних підходів при розв'язанні технічних задач комп'ютерних технологій дозволить наблизити розв'язання глобальної проблеми сучасної науки - створення систем штучного інтелекту.

7. Оцінюючи перспективи розвитку ДГМ, необхідно відзначити, що технічний прогрес в галузі створення програмно-апаратних засобів комп'ютерної графіки настільки стрімкий, що важко прогнозувати іх рівень навіть на два роки наперед. На рисунку наведена віртуальна сцена, синтезована на новій програмно-апаратній базі: динамічна сцена має інформаційну потужність більше 40 тис. полігонів при швидкодії 18-20 кадрів/сек.

8. Розроблений геометричний інструментарій синтезу СВР програмно реалізований редактор-моделер, продукти його функціонування, а також методики підготовки геометричної інформації для синтезу об'єктів СВР впроваджені в: ТАНТК ім.Берієва, НКБ "Миус", НДI МОС, НТЦ ТРТУ "Техноцентр", ОАО "Таганрогская авиация" (м. Таганрог); центрі тренажеробудування, Головній раді МКП НТО (м. Москва); КБП (м. Тула); учбовому процесі ТРТУ (м. Таганрог), ДонДТУ (м. Донецьк, Україна).

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Михайленко В.Е., Ли В.Г. Алгоритм рациональной дискретизации кривых // Прикл. геом. и инж. графика. К.:Будiвельник, 1987. Вып. 43. с. 3-6.

2. Авт.свидет. №1802369 "Прибор по инженерной графике". Ли В.Г. и др. 1991 г.

3. Авт.свидет. №1721622 "Учебный прибор по геометрии". Ли В.Г. и др. 1991 г.

4. Авт.свидет. №1797141"Учебный прибор по начертательной геометрии". Ли В.Г. и др. 1992 г.

5. Ли В.Г. Дискретизация пространственной кривой типа обобщенной винтовой линии // Прикл. геом. и инж. графика. К.: Будiвельник, 1989. Вып. 47. с. 76-79.

6. Ли В.Г., Кусебаев У.К. Постановка задачи интерполяции точечно заданных пространственных кривых // Прикл. геом. и инж. графика. К.: Будівельник, 1990. Вып. 50. с. 108-110.

7. Ли В.Г. Методы пространственной интерполяции //Прикл. геом. и инж. графика. К.: Будiвельник, 1991. Вып. 52. с. 33-35.

8. Патент №2001442 “Учебный прибор для демонстрации геликоидов”. Ли В.Г. и др. Заявка №4902253, 1993 г.

9. Лi В.Г., Бурчак I.H. Просторова коробова крива //Прикл. геом. та iнж. графiка. К.: КIБI, 1993. Вип. 54. с. 84-87.

10. Ли В.Г. Пространственная окружностная сплайн-интерполяция. Известия ТРТУ. Спец. выпуск "Материалы XLI н.-т. конф.", Таганрог: ТРТУ, 1997. №1(4). с. 165.

11. Михайленко В. Є., Лi В.Г. Геометрична оптимальнiсть точкових каркасiв кривих // Прикл. геом. та iнж. графiка. К.: КДТУБА, 1997. Вип. 62. с. 3-6.

12. Ли В.Г., Шаповал В.Г., Луконин О.А. Программный комплекс графического моделирования виртуальной реальности //Прикл. геом. та iнж. графiка. К.: КДТУБА, 1997. Вип. 62. с. 63-66.

13. Ли В.Г. Односвязные точечные множества. Известия ТРТУ. Спец. выпуск "Материалы XLIII н.-т. конф.", Таганрог: ТРТУ, 1998. №3 (9). с. 225-226.

14. Ли В.Г., Завидский А.В.Об одном свойстве ортогонального проецирования. Известия ТРТУ. Спец. выпуск "Материалы XLIII н.-т. конф.", Таганрог: ТРТУ, 1998, №3 (9). с. 227.

15. Ли В.Г., Завидский А.В. Ілектронный задачник по инженерной графике // Padagogische Probleme in der Ingeenieurausbildung: Referete des 27 Internationalen Symposiums “Ingenierpдdagogik'98”. Moskau: MADI, 1998, s. 289-291.

16. Ли В.Г. Оценка формы дискретно заданной поверхности //Прикл. геом. та iнж. графiка. К.: КДТУБА, 1998. Вип. 63. с. 94-97.

17. Ли В.Г., Шаповал В.Г., Луконин О.А. Моделирование сложного движения объектов // Прикл. геом. та iнж. графiка. К.: КДТУБА, 1998. Вип. 63. с. 162-166.

18. Ли В.Г. Мгновенные преобразования соприкасающейся плоскости в задачах пространственной интерполяции кривых. Труды ТГАТА, вып. 4, том 3, Мелитополь, 1998. с. 48-50.

19. Ли В.Г. Быстрые алгоритмы пространственной трассировки по результатам Ікспертной оценки дискретного каркаса. Труды ТГАТА, вып. 4, том 3, Мелитополь, 1998. с. 51-54.

20. Ли В.Г. Дискретно-интегральное конструирование кривых для целей геометрического моделирования. Збiрка праць мiжнародної н.-п. конференцiї ”Сучаснi проблеми геометричн. моделювання”. Харків: ХIПБ, 1998, ч.1, с. 138.

21. Ли В.Г. Проективный аналог полинома Безье. Збiрка праць мiжнародної н.-п. конференцiї ”Сучаснi проблеми геометричного моделювання”. Харків: ХIПБ, 1998, ч. 2, с. 206.

22. Ли В.Г., Шаповал В.Г. Принципы моделирования и визуализации каналов технического зрения. Збiрка праць мiжнародної н.-п. конференцiї ”Сучаснi проблеми геометричного моделювання”. Харків: ХIПБ, 1998, ч. 2 с. 207-208.

23. Ли В.Г. Дискретно-интегральное конструирование пространственных кривых в натуральной параметризации // Прикл. геом. та iнж. графiка. К.: КДТУБА, 1998. Вип. 64. с. 98-100.

24. Ли В.Г. Процедурное моделирование инфракрасного канала технического зрения. Материалы Всерос. н.-т. конференции "Моделирование, управление и обработка информации в технических и человеко-машинных системах". Часть II. Таганрог: ТРТУ, 1998. с. 213-214.

25. Ли В.Г. Информационная мощность динамических сцен виртуальной реальности. В кн.: Материалы Всерос. н.-т. конференции "Моделирование, управление и обработка информации в технических и человеко-машинных системах". Часть II. Таганрог: ТРТУ, 1998. с. 221-222.

26. Каляев И.А., Ли В.Г., Шаповал В.Г. Геометрическое моделирование технического зрения с использованием параллельных вычислительных систем для создания обстановки виртуальной реальности. "Информационные технологии". М.: Машиностроение, №4, 1998. с. 26-29.

27. Ли В.Г., Шаповал В. Г и др. Реконструкция пространственных изображений в комплексах моделирования специальных средств технического зрения. В кн.: Труды межд. н.-т. конференции "Графикон'98". М.: ВМК МГУ, 1998. с. 247-252.

28. Ли В.Г. Моделирование динамики полета ЛА в среде виртуальной реальности // Прикл. геом. та iнж. графiка. К.: КДТУБА, 1999. Вип. 65. с. 79-81.

29. Гориш А.В., Захаревич В.Г., Ли В.Г. и др. Современные средства ВР в технических системах. Труды межд. н.-п. конференции “Компьютерные технологии: геометрическое моделирование и виртуальная реальность”. Таганрог: ТРТУ, 1999. с. 1-14.

30. Ли В.Г. Моделирование деформации оболочек класса поверхностей вращения по интегральной модели главного меридиана. Труды межд. н.-п. конференции “Компьютерные технологии: геометрическое моделирование и виртуальная реальность”. Таганрог: ТРТУ, 1999. с. 58-60.

31. Ли В.Г. Формы использования результатов НИР в учебном процессе. Труды межд. н.-м. конференции “Наукоемкие технологии образования”, Москва, Таганрог, 1999. с. 98-99.

32. Ли В.Г., Завидский А.В. Статистические методы оптимизации тестирующих заданий. Труды межд. н.-м. конференции “Наукоемкие технологии образования”, Таганрог, 1999. с. 96-97.

33. Шаповал В.Г., Педошенко А.М., Ли В.Г. Средства виртуальной реальности в тренажерных комплексах космической отрасли. Материалы 2-й межд. н.-т. конференции "Новые технологии управления движением технических объектов". Новочеркасск: ЮРГТУ, 1999. с. 39-42.

34. Каляев И.А., Шаповал В.Г., Ли В.Г. и др. Моделирование динамики мобильных роботов в виртуальной среде. Материалы 2-й межд. н.-т. конференции "Новые технологии управления движением технических объектов". Новочеркасск: ЮРГТУ, 1999. с. 42-45.

35. Михайленко В. Є., Ли В.Г. Дискретне геометричне моделювання на базі интегральної моделі кривої // Прикл. геом. та iнж. графiка. К.: КНУБА, 1999. Вип. 66. с. 3-8.

36. Ли В.Г Конструирование отсека поверхности плоскими линиями кривизны. Труды ТГАТА, вып. 4, том 10, Мелитополь, 1999 с. 86-89.

37. Ли В.Г. Геометрическое обеспечение графического моделера при конструировании поверхностей кинематическим методом //Прикл. геом. та iнж. графiка. К.: КНУБА, 1999. Вип. 66. с. 100-102.

38. Ли В.Г. Дискретизация и анализ каркасов пространственных кривых линий. Известия ТРТУ. Спец. выпуск “Материалы XLIV н.-т. конф." Таганрог: ТРТУ, 1999. №2. с. 212-216.

39. Ли В.Г., Завидский А.В. Методика проведения практичеких занятий по ИГ в среде Ілектронного задачника. Известия ТРТУ. Спец. выпуск “Материалы XLIV н.-т. конф." Таганрог: ТРТУ, 1999. №2. с. 216-217.

40. Ли В.Г. Управление внешней геометрией отсека поверхности взаимным положением линий кривизны. Труды ТГАТА, вып. 5, том 1. 2000. с 88-91.

Анотація

Лi В.Г. Геометричний iнструментарiй синтезу середовища вiртуальноi реальностi стосовно до тренажерiв. - Рукопис. Дисертацiя на здобуття вченого ступеня доктора технiчних наук за спецiальнiстю 05.01.01 - прикладна геометрiя, iнженерна графiка. Киiвський нацiональний унiверситет будiвництва i архітектури, Киiв, 2000 р.

Дисертацiя присвячена розробцi нової технології дискретного геометричного моделювання візуальної складової середовища віртуальної реальності. Основне застосування - фахові тренажери й тренажно-моделюючі комплекси. Розроблено нові дискретні й графічні методи просторової інтерполяції точкових каркасів. Запропоновано нові способи формування й представлення графічної інформації, що базуються як на традиційних методах прикладної геометрії моделювання просторових об'єктів та процесів, так і на основі принципово нової технології - тотальної дискретизації. Сформульовані нові поняття в теорії конструювання просторових кривих - інтегральна модель кривої, геометрично-оптимальна дискретизація кривої. Розвинуто запропонований раніше спосіб порівняльної оцінки точкових каркасів кривих. Основні методи дослідження - науковий пошук, комп'ютерний експеримент. Для реалізації останнього розроблено програмний комплекс - редактор-моделер, що забезпечує синтез та візуалізацію віртуальних статичних і динамічних об'єктів та сцен. Моделер дає можливість повністю реалізувати запропоновану технологію дискретного геометричного моделювання, фактично використовується у фахових тренажерах. Пропонований геометричний інструментарій забезпечує комплексне розв'язання проблеми синтезу середовища віртуальної реальності, розширює можливості геометричного моделювання у таких сферах, як дослідження динаміки поведінки об'єктів, деформації поверхонь, імітації дії каналів технічного зору та ін. Здійснено впровадження результатів досліджень на підприємствах, у дослідних організаціях, вузах.

Ключовi слова: віртуальна реальність, інтегральна модель кривої, інформативність каркасу, полігон, програмний комплекс, редактор-моделер, реалістичність, тотальна дискретизація, тренажер.

Аннотация

Ли В.Г. Геометрический инструментарий синтеза среды виртуальной реальности применительно к тренажерам. - 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, 2000.

Диссертация посвящена разработке новой технологии дискретного геометрического моделирования визуальной составляющей среды виртуальной реальности. Основное применение - профессиональные тренажеры и тренажно-моделирующие комплексы. Разработаны новые дискретные и графические методы пространственной интерполяции точечных каркасов, расположенных в пространстве, принадлежащих поверхностям. Предложены новые способы формирования и представления графической информации, основанные как на традиционных методах прикладной геометрии моделирования пространственных объектов и процессов, так и на основе принципиально новой технологии - тотальной дискретизации. Сформулированы новые понятия в теории конструирования пространственных кривых - интегральная модель кривой, геометрически оптимальная дискретизация кривой. Исследованы геометрические свойства интегральной модели, ее применение для новой интерпретации понятия Іквидистантных кривых, для иллюстрации известных и новых классов пространственных кривых. Развит предложенный ранее способ сравнительной оценки точечных каркасов кривых, что позволяет рационально решать задачу минимизации каркасов сложных технических поверхностей без снижения параметров геометрического подобия. Методы исследования - научный поиск, Ікспериментальные исследования. Для реализации второго метода разработан программный комплекс - редактор-моделер, обеспечивающий синтез и визуализацию виртуальных статических и динамических объектов и сцен. Моделер дает возможность в полной мере реализовать предложенную технологию дискретного геометрического моделирования, используется в профессиональных тренажерах для создания реалистичной фоно-целевой обстановки при подготовке специалистов в различных сферах человеческой деятельности, при разработке и отладке образцов новой техники. Проведены Ікспериментальные исследования разработанной технологии на примерах моделирования криволинейных поверхностей различными способами формообразования. Исследованы геометрические аспекты проблемы повышения реалистичности виртуальных сцен. Разработаны новые геометрические способы повышения скорости визуализации сверхбольших массивов графической информации, основанные на геометрических способах ее компрессии и обработки. Предлагаемый геометрический инструментарий обеспечивает комплексное решение проблемы синтеза СВР, расширяет возможности геометрического моделирования в таких областях, как моделирование динамики поведения объектов, деформации поверхностей, имитации работы каналов технического зрения и пр. Осуществлено внедрение результатов исследований в различных предприятиях, научных организациях, вузах.

Ключевые слова: виртуальная реальность, интегральная модель кривой, информативность каркаса, полигон, программный комплекс, редактор-моделер, реалистичность, тотальная дискретизация, тренажер.

Annotation

Lee V.G. Geometrical Tools of Synthesing of Virtual Reality Medium in Conformity With Simulators. - Manuscript. The Doctoral Dissertation in the field of Technical Sciences on a specialty 05.01.01 - applied geometry, engineering graphics. - Kyiv National University of Building and Architecture. Kyiv, 2000.

The dissertation is devoted to the development of new technology of geometrical modeling of visual component of virtual reality medium. This technology consists in total discretization of graphical information on all stages of its formation and processing. New concepts of applied geometry of curves - integral models, geometrically optimal discretization are suggested in this dissertation. The above proposed method of comparative appraisal of curves' point frames is developed here. The main research methods are scientific search and computer experiment. For computer experiment implementation the program complex - modeler-editor is developed. This modeler provides synthesis and visualization of virtual static and dynamic objects and situations. It is used in professional simulators, and its modifications are used at institutions of higher education. Proposed geometrical tools provide complex solution of the problem of virtual reality medium synthesis, increase the possibilities of geometrical modeling. The investigation results are introduced at various enterprises, research establishments and institutions.

Key words: virtual reality, integral model of curve, frame informativeness, polygon, program complex, modeler-editor, reality, total discretization, simulator.

Размещено на Allbest.ru