автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Исследование и разработка системы отображения и наблюдения тренажера подводного аппарата

На правах рукописи

Кудрявцев Алексей Сергеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ОТОБРАЖЕНИЯ И НАБЛЮДЕНИЯ ТРЕНАЖЕРА ПОДВОДНОГО АППАРАТА

05.13.11 — Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

,1 4 И ЮН 2012

Санкт-Петербург — 2012

005045862

005045862

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) (СПбГЭТУ) на кафедре вычислительной техники.

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор,

Шмидт Владимир Ко?1стантипович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Виденко Сергей Иванович, СПбГЭТУ, начальник военной кафедры

кандидат технических наук, Назаров Юрий Валерьевич, ООО Научно-производственная фирма «Модем», научный сотрудник

Ведущая организация: ОАО <?Научно-исследовательский институт

телевидения»

Защита состоится «27» июня 2012 г. в ^ часов на заседани диссертационного совета Д212.238.01 Санкт-Петербургского государственное электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина^ расположенном по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 5.

С диссертацией можпо ознакомиться в библиотеке СПбГЭТУ.

Автореферат разослан «25» мая 2012 г.

Ученый секретарь

совета по защите докторских и

кандидатских диссертаций Д212.238.01,

Щёголева Н. Л.

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Возможность использования серийных персональных компьютеров привела к созданию большого числа тренажеров. Резкое снижение стоимости компьютеров и повышение их производительности сделало применение компьютерной графики повсеместным. Задача, поддержания и совершенствования необходимых навыков у операторов различных технических средств актуальна в данный момент и вряд ли в ближайшем будущем потеряет свою актуальность. Это выводит на первый план проблемы, связанные с повышением эффективности человеко-машинных интерфейсов в тренажерах при помощи компьютерной графики.

Усложнение задач обучения с использованием тренажеров привело к увеличению роли руководителя обучением. Включение его в процессы моделирования, создания и управления сценарием тренировки требует адекватного и оперативного представления ситуации в тренажере.

Система визуализации тренажера подводного аппарата, имитирующая работу телевизионных камер, дает реалистичное изображение окружающей обстановки в трехмерном виде. Но при этом дальность видимости иод водой ограничена и не превышает нескольких десятков метров. Руководитель обучением имеет дело с инструментами подготовки и проведения тренировки, представленными в виде морской карты. Недостатком морской карты является отсутствие третьей координаты - глубины (для объектов). Существующие средства для руководителя обучением, отображающие подводную сцену в трехмерном виде, не решают и проблем наблюдения. Проблемы возникают при наблюдении спроецированных на плоскость экрана трехмерных сцен с большим пространственным динамическим диапазоном. При диапазоне размеров объектов от одного до ста и более метров и размере акватории в несколько десятков километров проекции объектов оказываются малы для их идентификации. Также возникают сложности из-за неоднозначности определения расположения объекта в пространстве по проекции на экране.

Для эффективного наблюдения и оперативного анализа тренировки необходимо построить систему отобраэ/сения и наблюдения, обеспечивающую наглядность и информативность представления пространственной подводной сцены. Предназначенная для руководителя обучением система отображения и наблюдения должна сочетать реалистичность и схематичность отображения пространственной обстановки в тренажере подводного аппарата, а также решать проблемы наблюдения спроецированных на плоскость экрана трехмерных сцен с большим пространственным динамическим диапазоном.

Цель диссертационной работы. Целью работы является разработка модели, решающей проблемы наблюдения пространственных сцен в тренажерах подводных аппаратов, а также создание шаблонов проектирования, обеспечивающих создание программных систем отображения и наблюдения.

Основные задачи работы состоят в следующем: - Исследование и критический анализ существующих систем отображения и

наблюдения пространственной обстановки в морских тренажерах.

— Построение модели наблюдения подводной сцены, решающей проблемы наблюдения спроецированных на экран трехмерных подводных сцен с большим пространственным динамическим диапазоном.

— Разработка набора шаблонов проектирования и рекомендаций ио их использованию, позволяющих построить системы отображения и наблюдения инвариантные к тренажерам подводных аппаратов.

— Реализация и экспериментальное исследование системы отображения и наблюдения тренажера подводного аппарата.

Объект исследования. Объектом исследования является система отображения и наблюдения тренажера подводного аппарата.

Предмет исследования. Предметом исследования являются модели, структуры данных, алгоритмы и шаблоны проектирования, позволяющие создать систему отображения и наблюдения тренажера подводного аппарата.

Методы исследования. Методы теории множеств, теории графов, методы аналитической геометрии, методы интерактивной машинной графики, методы проектирования программного обеспечения.

Научная новизна:

1. Построена формализованная модель наблюдения пространственной подводной сцепы, особенностью которой является представление сцены в трех видах: реалистичном, картографическом и схематичном. Схематичный трехмерный вид включает ограниченную область интереса - виртуальный аквариум, что позволяет решать проблемы наблюдения спроецированных на экран трехмерных подводных сцен с большим пространственным динамическим диапазоном.

2. Предложена структура данных для программной организации описания пространственной сцены - динамический граф, отличающийся введением новых типов вершин, задающих порядок обхода. Преимуществом данной структуры данных является возможность описывать на высоком уровне пространственные сцены динамических объектов и задавать в одном динамическом графе функции выбора представления объекта для нескольких видов представления сцены.

3. Разработан набор шаблонов проектирования и рекомендации по его использованию для построения систелш отображения и наблюдения трснаэ/сера подводного аппарата. Этот набор шаблонов основан на формализованной модели наблюдения и динамическом графе сцены. Повторное использование шаблонов проектирования позволяет сокращать сроки создания новых систем отображения и наблюдения тренажеров подводных аппаратов.

Практическая значимость:

1. Предложенный набор шаблонов проектирования позволяет разрабатывать системы отображения и наблюдения подводной обстановки для тренажеров подводных аппаратов разного назначения. На основе этого набора созданы три

системы отображения и наблюдения подводной обстановки для тренажерных комплексов.

2. Использование разработанного набора шаблонов проектирования при создании систем отображения и наблюдения обеспечивает сокращение заново разрабатываемого исходного текста программы более чем на 40%.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Формализованная модель наблюдения пространственной подводной сцены.

2. Структура данных для программной организации описания пространственной сцены - динамический граф.

3. Набор шаблонов проектирования и рекомендации по его использованию для построения системы отображения и наблюдения тренажера подводного аппарата.

Апробация работы. Основные положения работы представлялись и обсуждались: на седьмой международной конференции "Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики "(Санкт-Петербург, 2004), на 58-й и 59-й научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава университета (Санкт-Петербург, 2005-2006), а также на ряде научно-технических совещаний и семинаров, проходивших в период разработки и внедрения систем отображения и наблюдения тренажеров подводных аппаратов (Санкт-Петербург, 2006-2011).

Внедрение результатов работы. Результаты работы были использованы в филиале ФГУП «ЦНИИ «Комета» «НПЦ ОЭКН» для создания трех систем отображения и наблюдения для тренажерных комплексов подводных аппаратов, прошедших государственные испытания.

Достоверность результатов исследования. Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается рабочей эксплуатацией трех систем отображения и наблюдения, созданных на основе предложенных формализованной модели наблюдения, динамического графа и набора шаблонов проектирования, а также результатами экспериментальных исследований характеристик разработанных систем.

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 5 научных работ, из них - 4 статьи (3 статьи опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК, 1 статья - в электронном научном издании из списка. НТЦ «Информрегистр») и 1 доклад, представленный на седьмой международной конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» (Санкт-Петербург, Научный центр Российской академии наук).

Личный вклад автора. Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Подготовка к публикации полученных результатов проводилась совместно с соавторами, причем вклад диссертанта был определяющим. Все представленные в диссертации результаты получены лично автором.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографии и 2 приложении. Общий объем диссертации - 146 страниц, включая 54 рисунка и 10 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована, цель и основные задачи работы, приводятся положения, выносимые на защиту, а также краткое содержание глав.

В первой главе проводится критический анализ систем отображения и наблюдения (СОН) тренажеров.

Объектом исследования является СОН тренажера подводного аппарата. СОН отображает пространственную подводную сцену тренажера. Тренажер состоит из нескольких частей. Части тренажера работают согласованно, имитируя соответствующие части подводного аппарата. Каждая из частей предназначена для обучения одного из членов экипажа. Тренажер передает свои события в СОН (события создания и удаления объектов, их текущие координаты и параметры). Руководитель обучением с помощью СОН наблюдает обстановку в тренажере. События тренажера СОН сохраняет в архив для возможности повторного просмотра проведенных тренировок. Потоки данных СОН показаны на рис. 1.

ниЛімдоіоісм

СИСТЕМА ОТОБРАЖЕНИЯ И НАБЛЮДЕНИЯ

■ тренажера

ЗГг^

ЛоГ*

И параметры ІЮДВОДНОІІ шоп

Армів ишііссіі проведенных тренировок

Рис. 1. С'ОН тренажера для руководителя обучением

В состав типичного тренажера подводного аппарата входят вычислительные модули и модули, отображающие подводную обстановку. Модуль, имитирующий работу телекамеры подводного аппарата, представляет сцену в реалистичном виде (см. рис. 2). Этот вид не дает полного представления о подводной сцене. Одна из причин - ограниченность видимости в подводной сцене. Модуль для руководителя обучением, который отображает обстановку в виде морской карты (см. рис. 3), не дает информации о форме объектов и их глубине.

На основании выполненного анализа в существующих СОН выявлены следующие проблемы.

Первая проблема - это проблема большого динамического диапазона размеров объектов сцены и расстояний между ними.

Рис. 2. Реалистичный трехмерный вид Рис. 3. Картографический вид представления представления сцены сцены

Упрощенная формула определения размера проекции объекта на экранной плоскости:

где S(O) - размер проекции объекта на экране, пиксели; View - угол обзора, рад;

объекта, рад (где У(О) - размер объекта в пространстве, м; Ь(О) - расстояние от точки наблюдения до объекта, м).

Пример. Два объекта разного размера расположены рядом. Размер первого объекта 0\ (подводного аппарата) равен 50 м, размер второго объекта 02 (авиационная бомба) равен 1 м. При расчете по формуле 1: 5(01) = 312 пикселей; 5(02) = 6 пикселей. Объект 0\ хорошо виден на экране, а объект 02 едва различим (см. рис. 4). Таким образом, из-за наличия объектов разного размера возникает проблема наблюдения пространственной подводной сцены, связанная с большим диапазоном размеров. Диапазон размеров отображаемых объектов пространственной сцены составляет от 1 метра (например, бочка) до 300 метров (например, лайнер).

Также проблема возникает в случае двух объектов одинакового размера, но расположенных на большом расстоянии друг от друга (см. 0\ и О2 на рис. 5).

Вторая проблема наблюдения в существующих СОН - 7гробле.иа восприятия трехмерной сцены по проекции па экране. Она заключается в неоднозначности определения наблюдателем положения и размера объекта в пространстве по проекции на экране.

Существующие пути решения этих проблем - различные методы представления на экране трехмерной информации: загораживание объектов, перспектива, тени,

(1)

Screen - размер экрана, пиксели; Alpha(O)

Рис. 4. Два объекта разного размера рядом

Рис. 5. Два объекта одинакового размера, но на большом расстоянии друг от друга

текстуры, стереоэффект, движение объектов и движение наблюдателя. При разработке СОН необходимо учитывать все вышеперечисленные методы.

Подводные сцены имеют свою специфику. Во-первых, специфичен состав объектов подводной сцены. Во-вторых, особенностью является большой динамический диапазон размеров объектов и расстояний между ними, начиная от нескольких десятков сантиметров (размеры малых объектов) до сотен километров (расстояние между объектами, лежащими по разные стороны акватории). В-третьих, оптические свойства водной среды ограничивают зону видимости в случае реалистичного представления обстановки. В-четвертых, следует отметить невысокий темп развития событий, незначительные скорости перемещения объектов (в отличие от, например, авиа-тренажеров). Эта специфика отличает СОН тренажеров подводных аппаратов от других СОН, требуя разработки решений применимых в рамках подводной сцены.

Сравнение рассмотренных СОН тренажеров приведено в таблице 1. Последней строкой в таблице приводится предлагаемая СОН.

Таким образом, проведенный анализ существующих СОН морских тренажеров позволил выделить две существующие проблемы наблюдения и сформулировать задачи, требующие решения для построения СОН: создание модели наблюдения подводной сцены, разработка набора шаблонов проектирования, реализация СОН и ее экспериментальное исследование.

Вторая глава посвящена построению модели наблюдения подводной сцены и динамическому графу сцены.

На основании выполненного анализа разработана формализованная модель наблюдения пространственной подводной сцены:

где 5 - сцена (подводная пространственная); И' - виды; Р - множество представлений объектов; Р - функция выбора представления объекта; МF -функция отображения сцены; С} - динамический аспект.

Каждый объект сцены 5 задан набором атрибутов, в который входит тип

М =< S, W, Р, F, MF, Q >

(2)

Таблиц;) 1. Сравнение СОН пространственных сцен тренажеров

Представление пространственной сцены Решены проблемы наблюдения

Тренажер Карта Реалистичный 3D-вид Схематичный 3D-15 ид Большой динамический диапазон Восприятие трехмерной сцепы по тцнм'кции па экране Запись тренировки

ШШСМ МГТУ им. Баумана - - - -

Navi-Trainer Professional 4000

ЕСА SINDEL - - - -

КБМЭ «Вектор» - - -

Лагуна - - -

Image Soft Oy - - -

MI Simulators - - - -

СОН + + + + + +

объекта и его пространственное положение. Вид v € W задает способ отображения всей пространственной сцены. Каждый из объектов сцены может иметь различные представления р G Р в зависимости от вида и условии наблюдения. Функция выбора представления объекта F задана для каждого вида. Она позволяет определить для любого объекта его представление р в зависимости от условии наблюдения и отображаемого вида v. Функция отображения сцены AIF предназначена для формирования проекции сцены на двумерной плоскости экрана. Она переводит сцену в зависимости от отображаемого вида в набор графических примитивов: MF : S х W GP, где GP - графические примитивы (треугольники, линии, точки и т.п.).

Состав сцены:

S = (Ot. Or, Ow, On, Ov, Os, P), (3)

где Ot - техническое средство, для которого создан тренажер (главный объект); Or - рельеф поверхности морского дна; Ow - водная среда и ее поверхность; On - надводная" обстановка (небо, берег); Ov - объекты, взаимодействие с которыми предусмотрено сценариями тренировки: Os - объекты окружающей среды, введенные в сцену для создания реалистичности.

Среди множества существующих форм представления объектов (облако точек, карта расстоянии, полигональная сетка, вокселы и т.п.) для СОН были выбраны следующие представления объектов: Tr, Icon. Тс G Р, где Р - множество представлений; Тг - полигональные трехмерные модели (сетка треугольников); Icon - пиктограммы (растровое изображение); Тс - полигональные трехмерные модели с дополнительными построениями. Эти представления выбраны, т.к. они распространены и апиаратно поддержаны.

Набор видов состоит из трех видов: IV =< VM, Vk, Vc >. Каждый из видов в свою очередь задается следующим образом:

V'3d =< tv,n,so > - реалистичный трехмерный вид («ЗБ-вид»),

Vk =< tv, n,so > - картографический вид («карта»),

Vc =< tv, п. so, area > - схематичный трехмерный вид («сота»),

где tv = /(о) = F(o, v) - функция выбора представления объекта, определенная для

конкретного вида; п - наблюдатель; so € О - выбранный объект (О - множество

объектов); area £ О - ограниченная область интереса (виртуальный аквариум,

основная особенность схематичного трехмерного вида).

Вид имеет параметры наблюдения: п =< xyz, or,pj >, где xyz - положение, or - ориентация, pj - параметры проецирования.

Традиционно для отображения положения подводного аппарата, рельефа дна и объектов используется картографический вид (см. рис. 3). На карте подводный аппарат и объекты представлены в виде пиктограмм. Недостатком карты является невозможность оценить размеры и форму объектов, а также отобразить их третью координату - глубину.

Использование трехмерного вида для отображения придает реалистичности подводной сцене. Изображение подводного аппарата и рельефа дна в реалистичном трехмерном виде представлено на рис. 2.

Основу схематичного трехмерного вида «сота» составляет ограниченная область интереса - виртуальный аквариум (см. рис. 6). Внутри виртуального аквариума объекты отображаются в виде трехмерных объектов, а за пределами виртуального аквариума объекты отображаются в виде пиктограмм. Центр виртуального аквариума следует за центром выбранного объекта. Вектор наблюдения также направлен на центр выбранного объекта. При этом руководитель обучением для наблюдения может выбрать любой объект. Размер виртуального аквариума, углы наблюдения и расстояние до объекта руководитель обучением интерактивно задает исходя их задач тренировки. Все эти приёмы являются комплексным решением проблемы большого пространственного динамического диапазона.

Предложенное решение проблемы наблюдения трехмерной сцены по проекции на экране включает: схематичное изображение поверхности воды в виде сетки, линии отстояния от дна и от поверхности воды, интерактивный выбор точки наблюдения. Изображение водной поверхности в виде сетки позволяет обозначить ее местоположение, не скрывая при этом объектов сцены. Линии отстояния объекта от дна и от водной поверхности позволяют оценивать глубину объекта и отстояние от дна, а также положение объектов в пространстве. Иллюстрация проблемы на рис. 7, решение на рис. 8.

Описание динамического аспекта СОН выполнено на основе множеств событий. Каждое событие имеет следующие атрибуты: t - время наступления; id - тин события; object - идентификатор объекта; info - дополнительная информация (например,координаты).

Для примера введем несколько типов событий: I - инициализация сцены; С -создание объекта; D - удаление объекта; Р - изменение параметров объекта; М -перемещение объекта.

События происходят в определенные дискретные моменты времени. Причем в

Рис. G. Схематичный трехмерный вид «сота» и виртуальный аквариум

един и тот же момент времени может произойти несколько событий. Введем следующие определения и обозначения:

- R(t) - состояние системы на момент времени i;

- S - множество событий записанной тренировки;

- Q*(ta, tb) = {E{t',n),ta < t' < tb} С 5 - подмножество событий, время наступления которых в диапазоне [ta,tb];

- F : R х Q —» R' операция воздействия событий на систему.

Если система на момент времени ta находилась в состоянии R(ta), то воздействие событий, произошедших с момента времени ta до момента времени tb, переведет систему в состояние R(tb). Функция перехода: F(R(ta),Q*(ta,tb)) = R(tb)

Определение эквивалентности подмножеств событий в рамках воздействия на систему:

Пусть Q' С Q*{ta,tb) и F(R(ta),Q*(taJb)) = R(tb). ИОгда, если F(R(ta),Q') = R(tb),

то Q' ~ Q" эквивалентны в рамках воздействия на систему.

То есть для перевода системы из состояния R(ta) в состояние R(tb) на систему действует некоторое подмножество событий Q*(ta,tb). Если такой перевод системы из состояния R(ta) в состояние R(tb) можно произвести, использовав другое подмножество событий Q', то такое подмножество (Q') мы будем называть эквивалентным подмножеству событий Q*(ta,tb) в рамках воздействия на систему. Примеры эквивалентных подмножеств: {...D(td)} С О*" ~ {D(td)} (подмножество событий объекта, и с последним по времени событием «удаление» эквивалентно

«ЯГ11НШ1

Т\Л 11ШН

ШНк

г

Рис. 7. Изображение двух объектов подводной сцепы (подводный аппарат и бочка), иллюстрирующие проблему наблюдения трехмерной сцены по проекции па экране

Рис. 8. Изображение двух объектов подводной сцены 15 схематичном трехмерном виде «сота», решающем проблемы наблюдения

подмножеству, содержащему только событие «удаление»); {Л/(П); Л/(£2)} С О*'1 ~ {М(£2)} (для П < ¿2 ) (подмножество из двух событий «перемещение» объекта п эквивалентно подмножеству из одного события «перемещения» с последним по времени событием).

Использование определения эквивалентности в задачах воспроизведения тренировки существенно сокращает множество обрабатываемых событий (например, при переходе от начала в середину записанной тренировки, при ускоренном воспроизведении). Это позволяет сократить задержки в пользовательском интерфейсе, возникающие при работе с записями тренировок.

Особенности разработанной модели:

— Использование трех видов представления сцены (реалистичный, картографический и схематичный вид). Это позволяет наиболее полно представить пространственную подводную сцену.

— Разработанный схематичный вид, включающий виртуальный аквариум, позволяет решать проблемы наблюдения спроецированных на плоскость экрана трехмерных сцен с большим пространственным динамическим диапазоном.

— Описание динамического аспекта на основе множеств событий позволяет решать задачи записи и воспроизведения тренировки.

Для отображения сцены необходимо ее описание. Если такое описание неструктурированно, то усложняется процесс разработки и отладки приложения. Наиболее простым и естественным принципом структуризации является иерархический. При этом отдельные примитивы, имеющие пространственную или функциональную близость, образуют группы. Эти группы, в свою очередь, объединяются в группы более высокого уровня и так далее.

'ели объекты группировать по принципу пространственной близости, то олучаем пространственно-ориентированную структуру описания сцены, акая структура используется для повышения скорости отображения цены. Если же объекты группировать по принципу функциональной лизости, то имеем объектно-ориентированную структуру. Для СОН выбрано бъектно-ориентированное описание сцены, удовлетворяющее требованию нвариантности СОН к классу тренажерных комплексов подводных аппаратов.

Отображение сцены осуществляется при обходе вершин графа. Граф меет направленные дуги, показывающие отношение наследования (например, аследуются матрицы преобразования координат). Дути задают порядок обхода о правилу «центр-левый-правый». Графические представления объектов сцены, уществующие в качестве вершин графа, а также функциональные объекты существляют перевод поступающей от тренажера информации о динамической цене (координатно-временной информации о сцене) в конечное представление цены на экране.

При использовании классического графа сцены (VRML, Open Inventor) меются два недостатка. Первый недостаток классического графа сцены аключается в том, что он не позволяет задавать несколько видов отображения ространственноп сцены в одном графе. Второй недостаток - возможности ласспческого графа сцены по описанию функции выбора представления объекта ри помощи вершин графа ограничены существующими типами вершин.

Для исправления указанных недостатков предлагается на основе классического рафа создать динамический граф сцены, описывающий в одном графе функцию ыбора представления объекта нескольких видов при помощи вершин графа.

Динамический граф сцены имеет вид Т =< V, Е, R >, где - множество вершин; Е - множество ориентированных дуг (Е С V х V); R -ругое множество ориентированных дуг.

Дуги множества Е задают отношение «родитель-потомок». Граф ТІ =< Г,Е > не содержит контуров.

Дуги множества R представляют собой ссылки на данные других вершин например, координаты). Граф Т'2 =< V, R > может содержать контуры. Таким бразом, граф Т не является деревом, поскольку в нем возможны контуры.

Множество вершин: VoUVcllVa\JVd\jVі = V, где Vo - вершины-объекты, Ve вершины-коммутаторы. Va - вершины-активаторы, Vd - верпшны-деактиваторы, 'і - вершины-условия.

Каждая вершина представляет собой и данные, и операторы (выполняющиеся рп прохождении сигнала по графу). Вершины-объекты - это вершины, содержащие оманды но отображению графических примитивов и предназначенные для тображения сцены.

Для управления обходом графа вводятся новые типы вершин: активаторы Va), деактиваторы( Vd), коммутаторы (Ve) и условпя(Уг). Вершины-коммутаторы лияют на обход дочерних подграфов вершины, в зависимости от условий, ктивированных или деактивированных в соответствующих вершинах.

Пример динамического графа с вершиной-условием, активатором,

деактиватором и коммутатором показан на рис. 9. Объект А будет отображен только в том случае, если во время обхода, графа посещена вершина-активатор: условие активируется, и коммутирующая вершина становится прозрачной для сигнала. Также в графе содержится деактиватор, который делает условие неактивным. На этом же рисунке приведена эквивалентная блок-схема алгоритма.

Рис. 9. Динамический граф сцены с вершинами: активатором, коммутатором и деактиватором (слева) и эквивалентная блок-схема алгоритма (справа)

Следует отметить, что граф назван динамическим именно из-за меняющего порядка обхода вершин графа, поскольку каждый обход в зависимости от динамически меняющихся условий может формировать разные подграфы. При этом структура самого графа, остается неизменной.

На рис. 10 показано каким образом в динамическом графе задается функция выбора представления объекта «подводный аппарат».

Рис. 10. Задание функции выбора представления объекта вершинами динамического графа

В третьей главе производится проектирование СОН. Сформулированы требования к СОН и выделены три группы задач (наблюдение и анализ, запись/воспроизведение событий, связь с тренажером).

В задачи наблюдения и анализа в рамках СОН входит наблюдение за всей подводной сценой целиком и слежение за отдельными объектами, стображение информации об объекте, а также анализ ситуаций, возникающих з процессе тренировки. Запись событий, происходящих в тренажере, необходима при разборе проведенных учений. Задача связи с тренажером включает в себя задачи по установлению сетевого соединения с тренажером и получению координатно-временной информации о сцене.

Шаблоны проектирования основаны на модели наблюдения и динамическом рафе сцены.

Подсистема динамического графа описывает базовые классы вершин графа сцены (см. рис. 11). Составные части модели наблюдения (объекты сцены, зиды, виртуальный аквариум) при проектировании переводятся в вершины динамического графа. Классы вершин объединены в смысловые группы: условия, -•иды, контроллеры, камеры, рельеф, отображаемые объекты, вспомогательные и группирующие вершины. Класс гоЬ^есг (базовый класс для всех вершин) использует виртуальный метод Пепс1ег() для обхода динамического графа при отображении сцены.

Рис. 11. Диаграмма классов подсистемы графа сцены

Подсистема записи, и воспроизведения построена в соответствии с динамическим аспектом предложенной модели наблюдения (см. рис. 12). Благодаря базовым классам с_еуеМ_8оигсе и с_еуеп1_гесе1уег инкапсулированы сведения об источнике и получателе событий. Наследование от базового класса е_еуеМ позволяет унифицированно хранить и передавать события.

Подсистема связи с тренажером весьма специфична для конкретного тренажера и зависит от того, где находится информация о текущем состоянии

с event source с event reciever с event

♦check eventsO ♦process event(event : с event) 4/- c event add object

c_net_system с recorder

в зависимости от режима:

либо получает.

либо посылает сообщения

\

j посылает сообщения

только получает сообщения

с enenl remove, object

ceventmanager

u^event queue[] ^subscribers!] i^event source

♦add reciever(reciever : с event reciever) ♦remove_ reciever(reciever : с event reciever) ♦set source(source : с event source)

Рис. 12. UML диаграмма классов подсистемы записи и воспроизведения

подводной сцены. Обмен событиями с тренажером осуществляется только в сторону СОН, обратное воздействие на тренажер исключается.

Подсистема отображения позволяет путем наследования от базовых классов renderer и render_target (см. рис. 13) абстрагироваться от графической библиотеки (например: DirectX, OpenGL) и оконной системы (например: Win32, XWindow).

♦RenderTrianglesO

♦RenderLines()

♦...о

glrenderer

♦RenderTrianglesO ♦Renderl_ines()

A --^v image

render target

--T>

gl render target

gljmage

£

gljont

Рис. 13. UML диаграмма классов подсистемы отображения

Подсистема пользовательского интерфейса состоит из окон, отображающих информацию, и средств ввода, оформленных как контроллеры. Окна в системе бывают двух видов: визуализационные (цели визуализации, привязанные к камерам), и параметрические (отображающие параметры объекта). Контроллеры СОН позволяют пользователю системы управлять наблюдением (перемещать точку наблюдения, выбирать объекты).

С целью решения задачи инвариантности СОН к тренажерным комплексам общие компоненты подсистем вынесены в базовую библиотеку. Это позволяет сокращать затраты при разработке следующих СОН.

В четвертой главе описывается особенности реализации СОН подводной сцены по предложенному набору шаблонов проектирования.

На основе предложенного набора шаблонов проектирования были реализованы три СОН. Набор шаблонов проектирования и рекомендации по его использованию предполагают создание библиотеки, которая является повторно используемой. Эффективность предложенного набора и рекомендаций будет тем выше, чем выше

гепень повторного использования, обеспечиваемая библиотекой.

Наиболее подходящими являются метрики повторного использования для эъектно-орпентпрованных систем (В.Фрепкеса и К.Терри). Для определения гепени повторного использования предлагается измерить количество классов, етодов и строк кода для общей и специализированной части разработанных СОН. езультаты приведены в таблице 2. Степень повторного использования (графа R» в таблице) - процентное соотношение размера библиотеки и общего размера рограммного обеспечения (вычисляется по формуле 4).

Lib

R = LrbTs^c Х 100%' <4>

ie R - степень повторного использования (%); Lib - размер библиотеки (строки, лассы, методы); Spec - размер специализированной части (строки, классы, етоды).

Таблица 2. Стенеш, моторного использования, вычисленная но

разработанным СОН

Параметр Библиотека (Lib) Спенналнчироішшіая часть (Spec) Степеш. поиторного І1СПОЛ1. їоиания (R). %

СОН тренажера «Самсон»

Строки 8 570 7 165 54.5

Классы 131 117 52.8

Методы 518 411 55.8

СОН т ренажера «Фагот»

Строки 8 57U 1(1 840 44.2

Классы 131 154 46.(1

Методы 518 597 46.5

СОН тренажера «Коралл»

Строки 8 57U 11 U07 42.5

Классы 131 177 42.5

Мето, u>i 518 649 41.4

Таким образом, степень повторного использования, достигнутая при азработке СОН по предлагаемому набору шаблонов проектирования, составляет злее 40%.

В заключении приведены основные выводы и результаты работы.

)сновные результаты работы

1. Исследована предметная область систем отображения и наблюдения ространственной обстановки в тренажерах подводных аппаратов. Критический 4ализ существующих систем отображения и наблюдения подводных аппаратов жазал наличие нерешенных проблем наблюдения пространственных подводных

(ЄН.

2. Разработана формализованная модель наблюдения пространственной эдводной сцены. Она отличается представлением сцены в трех видах, в >м числе в схематичном трехмерном виде, который включает ограниченную

область интереса - виртуальный аквариум. Это позволяет решать проблем! наблюдения спроецированных на экран трехмерных подводных сцен с большим пространственным динамическим диапазоном.

3. Предложена структура данных для программной организации описания пространственной сцены - динамический граф. Он отличается введением новы: типов вершин, задающих порядок обхода. Это позволяет описывать на высоко! уровне пространственные сцены динамических объектов и задавать в одно! динамическом графе функции выбора представления объекта для нескольких видо представления сцены.

4. Разработан набор шаблонов проектирования и рекомендации по er использованию для построения системы отображения и наблюдения тренажер; подводного аппарата. Этот набор основан на формализованной модели наблюдено: и динамическом графе сцены. Предложенный набор шаблонов проектирован»: позволяет сокращать сроки создания новых систем отображения и наблюденп: тренажеров подводных аппаратов.

5. Полученные научные результаты позволили создать три систем! отображения и наблюдения тренажеров подводных аппаратов и сократить объе.» заново разрабатываемого исходного текста программы более чем на 40%.

Публикации по теме диссертации

Публикации, входящие в перечень ВАК:

1. Кудрявцев A.C. Система отображения и наблюдения для тренажерног комплекса /7 Известия высших учебных заведений. Приборостроение. - 2009 выиуа 8 - 2009, С. 49-52.

2. Шмидт В.К., Горбацевич Ф.Ф., Кудрявцев A.C. Метод проектпровани: систем отображения и наблюдения //' Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ". - 2010 выиуа 6 - 2010, С. 30-34.

3. Шмидт В.К.. Кудрявцев A.C., Горбацевич Ф.Ф. Система отображения i наблюдения тренажера для экипажа подводного аппарата // Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ". - 2011 выпуск 8 - 2011. С. 31-35

Другие публикации и материалы конференций:

4. Горбацевич Ф. Ф., Кудрявцев А. С.. Шмидт В. К. Условная визуализация пространственных сцен с использованием динамического граф, // Электроника и информационные технологии. - 2009 выпуск 2 (7) - 2009. -http://fetmag.mrsu.ru/2009-3/pdf/D-Graf.pdf. - 0420900067/0099"

5. Г.Б. Галикеев, A.C. Кудрявцев, И.Я. Натансон, В.К. Шмидт. Систем, визуализации тренажерного комплекса оператора подводного аппарата. /'/ Сборник трудов седьмой международной конференции «Прикладные технологи] гидроакустики и гидрофизики». // СПб научный центр РАН - 2004, С. 57-60.

Подписано в печать 22.05.12. Формат 60*84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Печ. л. 1,0.

_Тираж 100 экз. Заказ 55.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательства СПбГЭТУ "ЛЭТИ"

Издательство СПбГЭТУ "ЛЭТИ" 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

Перечень сокращений.

Введение

Глава 1. Критический анализ систем отображения и наблюдения морских тренажеров.

1.1 Средства отображения пространственной обстановки в тренажере подводного аппарата.

1.2 Существующие системы отображения и наблюдения морских тренажеров.

1.3 Особенности систем визуализации подводных сцен

1.4 Исследование проблемы большого динамического диапазона размеров объектов и расстояний между ними.

1.5 Исследование проблемы восприятия трехмерной сцены по проекции на экране.

1.6 Недостатки существующего положения.

1.7 Постановка задачи исследования

Глава 2. Модель наблюдения подводной сцены и динамический граф сцены.

2.1 Состав модели наблюдения подводной сцены.

2.2 Подводная пространственная сцена.

2.3 Формы представления объектов.

2.4 Виды представления сцены и функция выбора представления объектов.

2.5 Виртуальный аквариум и решение проблем наблюдения пространственной подводной сцены.

2.6 Динамический аспект модели наблюдения.

2.7 Выбор структуры для программного описания сцены.

2.8 Динамический граф сцены.

2.9 Выводы.

Глава 3. Проектирование системы отображения и наблюдения тренажера подводного аппарата

3.1 Требования по разработке.

3.2 Этапы проектирования СОН.

3.3 Создание динамического графа сцены

3.4 Подсистема динамического графа.

3.5 Подсистема связи с тренажером.

3.6 Подсистема записи и воспроизведения

3.7 Подсистема отображения.

3.8 Подсистема пользовательского интерфейса.

3.9 Базовая библиотека.

3.10 Выводы.

Глава 4. Особенности реализации и экспериментальное исследование характеристик системы отображения и наблюдения тренажера подводного аппарата.

4.1 Техническая платформа реализации.

4.2 Источник данных о рельефе морского дна.

4.3 Представление поверхности воды.

4.4 Погрешности при представлении земной поверхности в виде плоскости

4.5 Производительность подсистемы записи и воспроизведения

4.6 Степень повторного использования.

4.7 Выводы.

Актуальность работы

Возможность использования серийных персональных компьютеров привела к созданию большого числа тренажеров. Резкое снижение стоимости компьютеров и повышение их производительности сделало применение компьютерной графики повсеместным. Задача поддержания и совершенствования необходимых навыков у операторов различных технических средств актуальна в данный момент и вряд ли в ближайшем будущем потеряет свою актуальность [1, 2]. Это выводит на первый план проблемы, связанные с повышением эффективности человеко-машинных интерфейсов в тренажерах при помощи компьютерной графики.

Усложнение задач обучения с использованием тренажеров привело к увеличению роли руководителя обучением. Включение его в процессы моделирования, создания и управления сценарием тренировки требует адекватного и оперативного представления ситуации в тренажере.

Система визуализации тренажера подводного аппарата, имитирующая работу телевизионных камер, дает реалистичное изображение окружающей обстановки в трехмерном виде. Но при этом дальность видимости под водой ограничена и не превышает нескольких десятков метров. Руководитель обучением имеет дело с инструментами подготовки и проведения тренировки, представленными в виде морской карты. Недостатком морской карты является отсутствие третьей координаты - глубины (для объектов). Существующие средства для руководителя обучением, отображающие подводную сцену в трехмерном виде, не решают и проблем наблюдения. Проблемы возникают при наблюдении спроецированных на плоскость экрана трехмерных сцен с большим пространственным динамическим диапазоном.

При диапазоне размеров объектов от одного до ста и более метров и размере акватории в несколько десятков километров проекции объектов оказываются малы для их идентификации. Также возникают сложности из-за неоднозначности определения расположения объекта в пространстве по проекции на экране.

Для эффективного наблюдения и оперативного анализа тренировки необходимо построить систему отображения и наблюдения, обеспечивающую наглядность и информативность представления пространственной подводной сцены. Предназначенная для руководителя обучением система отображения и наблюдения должна сочетать реалистичность и схематичность отображения пространственной обстановки в тренажере подводного аппарата, а также решать проблемы наблюдения спроецированных на плоскость экрана трехмерных сцен с большим пространственным динамическим диапазоном.

Цель диссертационной работы. Целью работы является разработка модели, решающей проблемы наблюдения пространственных сцен в тренажерах подводных аппаратов, а также создание шаблонов проектирования, обеспечивающих создание программных систем отображения и наблюдения.

Основные задачи работы состоят в следующем:

Исследование и критический анализ существующих систем отображения и наблюдения пространственной обстановки в морских тренажерах.

Построение модели наблюдения подводной сцены, решающей проблемы наблюдения спроецированных на экран трехмерных подводных сцен с большим пространственным динамическим диапазоном.

Разработка набора шаблонов проектирования и рекомендаций по их использованию, позволяющих построить системы отображения и наблюдения инвариантные к тренажерам подводных аппаратов. Реализация и экспериментальное исследование системы отображения и наблюдения тренажера подводного аппарата.

Объект исследования. Объектом исследования является система отображения и наблюдения тренажера подводного аппарата.

Методы исследования. Методы теории множеств, теории графов [3], методы аналитической геометрии [4], методы интерактивной машинной графики [5, 6], методы проектирования программного обеспечения [7, 8].

Научная новизна:

1. Построена формализованная модель наблюдения пространственной подводной сцены, особенностью которой является представление сцены в трех видах: реалистичном, картографическом и схематичном. Схематичный трехмерный вид включает ограниченную область интереса - виртуальный аквариум, что позволяет решать проблемы наблюдения спроецированных на экран трехмерных подводных сцен с большим пространственным динамическим диапазоном.

2. Предложена структура данных для программной организации описания пространственной сцены - динамический граф, отличающийся введением новых типов вершин, задающих порядок обхода. Преимуществом данной структуры данных является возможность описывать на высоком уровне пространственные сцены динамических объектов и задавать в одном динамическом графе функции выбора представления объекта для нескольких видов представления сцены.

3. Разработан набор шаблонов проектирования и рекомендации по его использованию для построения системы отображения и наблюдения тренажера подводного аппарата. Этот набор шаблонов основан на формализованной модели наблюдения и динамическом графе сцены. Повторное использование шаблонов проектирования позволяет сокращать сроки создания новых систем отображения и наблюдения тренажеров подводных аппаратов.

Практическая значимость:

1. Предложенный набор шаблонов проектирования позволяет разрабатывать системы отображения и наблюдения подводной обстановки для тренажеров подводных аппаратов разного назначения. На основе этого набора созданы три системы отображения и наблюдения подводной обстановки для тренажерных комплексов.

2. Использование разработанного набора шаблонов проектирования при создании систем отображения и наблюдения обеспечивает сокращение заново разрабатываемого исходного текста программы более чем на 40%.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Формализованная модель наблюдения пространственной подводной сцены.

2. Структура данных для программной организации описания пространственной сцены - динамический граф.

3. Набор шаблонов проектирования и рекомендации по его использованию для построения системы отображения и наблюдения тренажера подводного аппарата.

Апробация работы. Основные положения работы представлялись и обсуждались: на седьмой международной конференции "Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики "(Санкт-Петербург, 2004), на 58-й и 59-й научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава университета (Санкт-Петербург, 2005-2006), а также на ряде научно-технических совещаний и семинаров, проходивших в период разработки и внедрения систем отображения и наблюдения тренажеров подводных аппаратов (Санкт-Петербург, 2006-2011).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 5 научных работ, из них - 4 статьи (3 статьи опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК, 1 статья - в электронном научном издании из списка НТЦ «Информрегистр») и 1 доклад, представленный на седьмой международной конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» (Санкт-Петербург, Научный центр Российской академии наук).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографии и 2 приложений. Общий объем диссертации - 146 страниц, включая 54 рисунка и 10 таблиц.

Выводы по работе:

1. Исследована предметная область систем отображения и наблюдения пространственной обстановки в тренажерах подводных аппаратов. Критический анализ существующих систем отображения и наблюдения подводных аппаратов показал наличие нерешенных проблем наблюдения пространственных подводных сцен.

2. Разработана формализованная модель наблюдения пространственной подводной сцены. Она отличается представлением сцены в трех видах, в том числе в схематичном трехмерном виде, который включает ограниченную область интереса - виртуальный аквариум. Это позволяет решать проблемы наблюдения спроецированных на экран трехмерных подводных сцен с большим пространственным динамическим диапазоном.

3. Предложена структура данных для программной организации описания пространственной сцены - динамический граф. Он отличается введением новых типов вершин, задающих порядок обхода. Это позволяет описывать на высоком уровне пространственные сцены динамических объектов и задавать в одном динамическом графе функции выбора представления объекта для нескольких видов представления сцены.

4. Разработан набор шаблонов проектирования и рекомендации по его использованию для построения системы отображения и наблюдения тренажера подводного аппарата. Этот набор основан на формализованной модели наблюдения и динамическом графе сцены. Предложенный набор шаблонов проектирования позволяет сокращать сроки создания новых систем отображения и наблюдения тренажеров подводных аппаратов.

5. Полученные научные результаты позволили создать три системы отображения и наблюдения тренажеров подводных аппаратов и сократить объем заново разрабатываемого исходного текста программы более чем на 40%.

Внедрение результатов работы. Результаты работы были использованы в филиале ФГУП «ЦНИИ «Комета» «НПЦ ОЭКН» для создания трех систем отображения и наблюдения для тренажерных комплексов подводных аппаратов, прошедших государственные испытания.

Заключение

1. Энциклопедия "Оружие и технологии России. XX1.век"- том 18 -"Тренажеры и технические средства обучения". М.: Издательский дом "Оружие и технологии 2009.

2. Прохоров А. Многоликая виртуальная реальность // КомпьютерПресс. 2000.

3. Касьянов В. Н., Евстигнеев В. А. Графы в программировании: обработка, визуализация и применение. СПб: БХВ-Петербург, 2003.

4. Ильин В. А., Позняк Э. Г. Аналитическая геометрия. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002.

5. Эйнджел Э. Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе OpenGL. M: Вильяме, 2001.

6. Тихомиров Ю. В. Программирование трехмерной графики. СПб: БХВ-Петербург, 2001.

7. Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Д. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. С-Пб: Питер, 2007.

8. Шаллоуей А., Тротт Д. Р. Шаблоны проектирования. М: Вильяме, 2002.

9. Горбацевич Ф.Ф., Кудрявцев A.C., Шмидт. В.К. СОН пространственных динамических сцен для тренажерных комплексов // 58 научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава ЛЭТИ/СПбГЭТУ 2005.

10. Г.Б. Галикеев, A.C. Кудрявцев, И.Я. Натансон, В.К. Шмидт, «Система визуализации тренажерного комплекса оператора подводного аппарата», публикация конференции "Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики 2004.

11. В. Вельтищев, Е.Климов, А. Засорин / Тренажер для подготовки операторов подводных аппаратов / http://aqua.sm.bmstu.ru/articles/trenager/Trenl.htm.

12. Навигационные тренажеры: Tech. rep.: Группа компаний «ТРАНЗАС», 2012. URL: http://www.transas.ru/products/simulators/ navigational/.

13. Naval Training Simulators for Defence & Civil applications: Tech. rep.: ECA group, 2010. URL: http://www.eca-sindel.com/en/liste-rubrique. htm.

14. Навигационно-промысловый тренажер: Tech. rep.: ООО Конструкторское бюро морской электроники «Вектор», 2012. URL: http://www.transas, ru/products/simulators/navigational/.

15. Комплексные тренажеры «Лагуна»: Tech. rep.: Компания «Кронштадт», 2009. URL: http://www.kronshtadt.ru/ru/products/sea/detail.php.

16. Maritime Training Simulators: Tech, rep.: Image Soft Oy, 2012. URL: http: //imagesoft.fi/products-en.php.

17. Visual simulator of navigation: Tech. rep.: MI Simulators, 2010. URL: http: //www.misimulators.со.uk/vissimulatorfull.htm.

18. Копанев А., Музыченко О. Перспективы развития БИУС для кораблеймалого и среднего водоизмещения на базе системы «Требование-М» // Морская радиоэлектроника. 2002. по. 2.

19. Алексеев Ю., Блинов Ю. Корабельные автоматизированные системы управления // Радиоэлектронное вооружение. 2003. URL: http://www. navy.ru/science/rv7.htm.

20. Тренажер «Салинг-ТВ»: Отчет о НИР/Научно-исследовательский институт телевидения (НИИТ) ТЭ1.136.342. - СПб., 2001 - Исполн. Фисенко В.Т., Галикеев Г.Б., Капралов Б.П., Никитин В.П., Оранская JI.B., Натансон И.Я., Береговой А.В., Сизов В.И.

21. Chen, С., Czerwinski, М., Macredie, R. (2000) Individual BifFerences in Virtual Environments Introduction and overview.

22. Jorg Sahm, Ingo Soetebier (2004) A Client-Server-Scenegraph for the Visualization of Large and Бупаппс 3D Scenes.

23. Васильев В.P., Волобой А.Г., Вьюкова Н.И., Галактионов В.А. Контекстная визуализация пространственных данных. Препринт Института Прикладной Математики им. М.В. Келдыша РАН № 56, 2004.

24. Computer Vision: A Modern Approach"by D. A. Forsyth and J. Ponce, Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J., 2002 http://www.cs.wisc.edu/ dyer/cs766/readings/forsyth7.pdf.

25. Haber, R. N., and Hershenson, M. (1973). The psychology of visual perception. New York: Holt, Rinehart and Winston.

26. Arditi, A. (1986). Binocular vision. In K. R. Boff, L. Kaufman, and J. P. Thomas (Eds.), Handbook of Perception and Human. Performance (pp. 23-1, 23-41). New York: John Wiley and Sons.

27. McAllister, D. F. (Ed.). (1993). Stereo computer graphics and other true 3D technologies. Princeton, New Jersey: Princeton University Press.

28. Yeh, Y. Y.(1993). Visual and perceptual issues in stereoscopic display. In D. F. McAllister (Eds.), Stereo computer graphics (pp. 50-70). Princeton, New Jersey: Princeton University Press.

29. Foley, J. D., van Dam, A., Feiner, S. K., and Hughes, J. F. (1990). Computer Graphics Principles and Practice. Reading, MA: Addison-Wesley.

30. Brooks, F. P. J. (1988). Grasping reality through illusion Interactive graphics serving science. In Proceedings of CHI'88: ACM Conference on Human Factors in Computing Systems.

31. Kaufman, L. (1974) , Sight and mind an introduction to visual perception, London: Oxford University Press.

32. Herndon, K. P., Zelaznik, R. C., Robbins, D. C., Conner, D. B., Snibbe, S. S., and van Dam, A. (1992). Interactive shadows. In Proceedings of ACM Symposium on User Interface Software and Technology, (pp. 1-6). Monterrey, California.

33. Card, S., Robertson, G., and Mackinlay, J. (1991). The information visualizer. In Proceedings of CHI '91: ACM conference on Human Factors in Computing Systems, (pp. 181-194).

34. Sollenberger, R. L. (1993) Combining depth information: theory and implications for design of 3D displays. Ph.D Thesis, University of Toronto, Department of Psychology.

35. Smets, G. J. F. (1992). Designing for telepresence: the interdependence of movement and visual perception implemented. In Proceedings of 5th

36. AC/IFIP/IFORS/IEA symposium on analysis, design, and evaluation of man-machine systems, The Hague, The Netherlands.

37. Funkhouser T. Overview of 3D object representations: Tech. rep.: Princeton University, 2002.

38. Кудрявцев А.С. Система отображения и наблюдения для тренажерного комплекса // Известия Вузов. Приборостроение — 2009. — №8. С.49-52.

39. Шмидт В. К., Кудрявцев А. С., Горбацевич Ф. Ф. Система отображения и наблюдения тренажера для экипажа подводного аппарата // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2011. по. 8.

40. Wenbi Wang and Paul (>2003) Milgram Viewpoint Optimisation for Virtual Environment Navigation Using Dynamic Tethering A Study of Tether Rigidity.

41. Аносов Д.В. Динамическая система // Математическая энциклопедия. М.: Сов. энциклопедия, 1979.

42. Метод проектирования систем отображения и наблюдения / В. К. Шмидт, Ф. Ф. Горбацевич, А. С. Кудрявцев // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ», -2010. №6. С. 30-34.

43. Chang A. Y. A survey of geometric data structures for ray tracing: Ph. D. thesis / Department of Computer and Information Science, Brooklyn Polytechnic University. 2001.

44. Эйнджел Э. Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе OpenGL. М.: Изд. дом «Вильяме», 2001.

45. Diehl S. Distributed virtual worlds: foundations and implementationtechniques using VRML, Java, and CORBA. Secaucus, NJ, USA: Springer-Verlag New York, Inc., 2001. ISBN: 3-540-67624-4.

46. Strauss P. S., Carey R. An Object Oriented 3D Graphics Toolkit // Computer Graphics (Proceedings SIGGRAPH). 1992. Vol. 26, no. 2. P. 341.

47. Е. П. А., Труфанов В. Ф. Мировое вещательное телевидение. Стандарты и системы. Справочник. Горячая Линия Телеком, 2008.

48. ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207-99. Процессы жизненного цикла программных средств.

49. Ларман К. Применение UML 2.0 и шаблонов проектирования. М: Вильяме, 2008.

50. Мацяшек Л. А. Анализ и проектирование информационных систем с помощью UML 2.0. М: Вильяме, 2008.

51. Роджерс Д., Адаме Д. Математические основы машинной графики. М.: Мир, 2001.

52. Perlin К. Making noise // GDCHardcore. 1999.

53. Frakes, William and Carol, Terry. (1996) "Software Reuse: Metrics and Models. "ACM Computing Surveys 28(2).