автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Технология построения математического и программного обеспечения генерации окружающей обстановки для тренажерных комплексов

На правах рукописи

ИЛЬИН Алексей Михайлович

003171040

ТЕХНОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОГО И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГЕНЕРАЦИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ ОБСТАНОВКИ ДЛЯ ТРЕНАЖЕРНЫХ КОМПЛЕКСОВ

05 13 11 - Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей (технические науки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 9

'1 3

Тула 2008 0

003171040

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Тульский государсгвенный университет»

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

доктор технических наук, профессор ЛАРКИН Евгений Васильевич доктор технических наук, профессор ТОКАРЕВ Вячеслав Леонидович кандидат технических наук, доцент ПРИВАЛОВ Александр Николаевич ОАО «Тулаточмаш»

Защита состоится «2.5 »ИЮНД. 2008 г В 12^'° часов на заседании диссертационного совета Д 212 271 07 при ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300600, Тула, проспект им Ленина, 92, 9-101)

■С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300600, Тула, проспект им Ленина, 92)

Автореферат разослан «<?/ » <МА$ 2008 г Ученый секретарь

диссертационного совета ^^__? ^ Данилкин

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы В связи с совершенствованием современной вычислительной техники возникает необходимость в улучшении и развитии математического и программного обеспечения для прикладных задач, решаемых в различных областях науки и техники К ресурсоемким относятся задачи формирования виртуальной окружающей обстановки для тренажерных комплексов нового поколения Тренажер - сложное аппаратно-программное вычислительное устройство, требующее специального математического и программного обеспечения Использование тренажеров, как устройств, представляющих физические модели реальных объектов, высокая степень статического, динамического и информационного подобия тренажеров реальным объектам и пониженные затраты на обучение, делает их важнейшим звеном в системе подготовки кадров Имитируемая техника, как правило, включает использование точного позиционирования на местности, соответственно для работы с ней используются цифровые карты местности (ЦКМ)

Для обеспечения информационного подобия в тренажере на основании цифровой карты местности предъявляется оператору синтезированное объемное изображение окружающей обстановки Если учесть, что большинство тренажеров используется для подвижных наземных объектов, где осуществляется прямой контакт с окружающей обстановкой, синтезированное изображение, представленное оператору, должно быть высокого качества и обладать достаточной степенью достоверности согласно цифровой карте местности с реальным • ландшафтом От точности воспроизведения характеристик зависит качество подготовки операторов и точность их работы на реальных объектах Задача генерации обстановки является ресурсоемкой и сводится к составлению формального описания среды по ЦКМ Так как тренажер работает в реальном времени, а участок местности оперативно меняется при воздействии обучаемого оператора на имитаторы органов управления тренажера, задача автоматической генерации формального описания окружающей среды, используемого для синтеза окружающей обстановки, является актуальной Методология проектирования программного обеспечения для синтеза обстановки по ЦКМ, реализующего принципы информационного подобия для реальных систем, проработана слабо, что объясняет необходимость и актуальность исследований, проведенных в диссертации

Общими вопросами теории подобия занимались П М Алабужев, В Б Геронимус, В А Веников, Г В Веников, М В. Кирпичев, М А Мамонтов, Л М Минкевич и др Вопросы обеспечения подобия в тренажерных комплексах засчет информационных систем разрабатывали А С Бабенко, В А Боднер, Р А Закиров, В С Шукшунов, и др Психологическими аспектами подобия занимались В Ф Венда, В С Зайцев и др Теорией математического и программного обеспечения занимались А В Скворцов, А Маргалит, Д Роджерс, Е А Никулин

Объектом исследования диссертационной работы является аппаратно-программный комплекс тренажера, воспроизводящий условия функционирования реального объекта и за счет этого, обеспечивающий информационное подобие

условиям работы оператора

Предметом исследования диссертационной работы являются математические методы и программные средства синтеза внешней обстановки и характеристики данной среды обеспечивающие информационное подобие в тренажерах по цифровым картам местности

В диссертации исследуется подход к разработке, который опирается на аналитические методы математического моделирования и методы дискретной математики для описания фоно-целевой обстановки

Для этого используются теория подобия, теория случайных процессов, аналитическая и вычислительная геометрия, булева алгебра

Цель диссертационной работы состоит в разработки моделей, алгоритмов и программных средств автоматического синтеза виртуальной сцены по цифровым картам местности, обеспечивающих улучшение технических характеристик тренажеров и качества представляемого изображения обстановки оператору

Задачи исследований

1 Классификация существующих систем формирования окружающей обстановки, анализ систем формирования синтезированной обстановки по цифровым картам местности, определение недостатков и достоинств, анализ цифровой карты местности, выявление взаимосвязей объектов ЦКМ

2 Определение зависимости для оценки информационного подобия изображения сцены, формируемого на экране средства отображения тренажера и реальной системы наблюдения за окружающей средой

3 Решение задачи получения синтезированного изображения по виртуальной окружающей среде, определение способа задания обстановки и расчета цвета точки изображения в зависимости от условий среды

4 Построение связи критерия информационного подобия с параметрами виртуальной и реальной сцены

5 Разработка метода общей последовательности синтеза виртуальной сцены, определение основных этапов построения

6 Построение модели высокоточного рельефа, позволяющей описывать систему высот ЦКМ и всех объектом влияющих на нее, определение операций по его формированию, разработка метода построения трехмерной поверхности по модели рельефа с учел ом критерия подобия и назначение признака материала

7 Формирование математических моделей объектов ЦКМ с учетом критерия подобия при синтезе внешней обстановки, разработка методов и алгоритмов построения объектов ЦКМ, решение задач взаимодеиствия и влияния объектов ЦКМ друг на друга

8 Решение задач закрашивания объектов синтезированной обстановки с учетом критерия подобия

Научная новизна диссертации заключается в следующем

1 Разработана технология построения синтеза виртуальной окружающей обстановки по ЦКМ с учетом критерия информационного подобия, включающая общую методику последовательного синтеза обстановки, модель формирования высокоточного рельефа, метод построения трехмерной поверхности рельефа на нерегулярной сетке

2 Разработаны методы и алгоритмы автоматического синтеза основных типов объектов со связями между ними по цифровой карте местности и рельефу с учетом критерия информационного подобия

3 Установлено соответствие критерия информационного подобия тренажера с параметрами виртуальной и реальной сцены точками поверхности, и индикатрисами рассеивания поверхностей в этих точках

Практическая ценность работы заключается в том, что разработана общая технология и инструментальная программа синтеза виртуальной сцены ориентированная на использование для разрабатываемых, так и модернизируемых тренажеров, что позволяет повысить уровень их информационного подобия при сокращении сроков разработки, так же результаты работы можно использовать в области развлечений (в играх) и портативных навигаторах

Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается результатами апробаций методологии при решении практических задач синтеза окружающей обстановки и ее использования в ряде тренажеров

Положения, выносимые па защиту

1 Технология построения синтеза виртуальной окружающей обстановки по ЦКМ с учетом критерия подобия, включающая общую методику последовательного синтеза обстановки, модель формирования высокоточного рельефа, метод построения трехмерной поверхности рельефа на нерегулярной сетке

2 Методы и алгоритмы автоматического синтеза основных типов объектов со связями между ними по цифровой карте местности и рельефу с учетом критерия информационного подобия

3 Соответствие критерия информационного подобия тренажера с параметрами виртуальной и реальной сцены точками поверхности, и индикатрисами рассеивания поверхностей в этих точках.

Реализация и внедрение результатов Предложенное в диссертации математическое и программное обеспечение использованы автором в процессе выполнения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ОАО "Центральное конструкторское бюро аппаратостроения"

Ряд теоретических положений внедрен в учебный процесс Тульского государственного университета на кафедре «Робототехника и автоматизация производства» в лекционных курсах по дисциплинам «Информатика», «Алгоритмизация и программирование», «Вычислительные машины, комплексы системы и сети»

Апробация работы По теме диссертации опубликовано 11 работ, включенные в список литературы 8 статей (3 опубликованы в ВАК сборниках), 3 тезиса докладов на конференции Межрегиональная научно-технической конференции / Тульский государственный университет, 2004, 2007 гг Ежегодные конференции проф/препод состава ТулГУ, 2005-2008 г

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов и заключения, изложенных на 181 страницах машинописного текста и включающих 83 рисунка, заключения, приложения на двух страницах, содержащего акты внедрения результатов исследований, и списка использованной

5

литературы из 123-х наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении к диссертации отражена актуальность темы, определены объект, предмет, методы и задачи исследования, дана общая характеристика работы, обозначены основные положения, выносимые на защиту, а также приведены краткие аннотации разделов диссертации

В первом разделе исследуются существующие методы обеспечения подобия в тренажерах, дано общее понимание о цифровых картах местности, рассмотрены ошибки и недочеты существующих подходов синтеза сцен

Отмечено, что в задачу тренажера входит создание у оператора иллюзии управления объектом за счет воспроизведения условий, в которых находится оператор в процессе выполнения задания Типовой тренажер, как правило, включает рабочее место инструктора, рабочее место оператора (РМО) и управляющие ЭВМ Получая информацию о режимах функционирования объекта и о внешней обстановке, оператор в своем сознании формирует информационную модель состояния объекта, его ориентацию в окружающем пространстве и взаимодействие с окружающей средой Тренажер информационно подобен реальному объекту тогда, когда оператор по всем каналам на тренажере получает такую же информацию, как и на объекте Основным каналом, по которому информация поступает к оператору, является визуальный канал восприятия По указанному каналу в объекте и тренажерах к оператору приходит информация о показаниях приборов и окружающей обстановке

В качестве универсального средства отображения информации в тренажерах используется растровый дисплей, изображение которою формально представлено множеством элементов (пикселей), каждый из которых характеризует отдельную точку плоскости изображения Одним из важных условий обеспечения информационного подобия при синтезе изображений в тренажерах является воспроизведение изображения (окружающей обстановки), наблюдаемого оператором в режиме реального времени подобному реальному по цифровой карте местности Отмечается, что в комплексных тренажерах, состоящих из нескольких РМО, связанных по локальной сети, необходимо достичь минимальной задержки при передаче данных об изменении окружающей обстановки

Определено, что информационное подобие изображения оригиналу зависит от степени соответствия пикселей синтезированного и,,{{) изображения на экране устройства отображения, пикселям и"и(1) исходного изображения Общая величина ошибки при достижении информационного подобия изображения для цветного устройства отображения* = £ «-<(')], Л-1 |>| /»I

где 11,1(1) - пиксель синтезированного изображения, и "„{/) - пиксель исходного изображения, Ск - коэффициенты, учитывающие важность погрешностей программной обработки изображений на степень информационного подобия,

соответственно в красной, зеленой и синей областях частотного спектра, |л( ) -соответствующая неотрицательная мера

В общем виде ЦКМ представлена набором векторных объектов разделенных на слои и имеющих характеризующие их данные Каждый слой определяет функции, возложенные на объекты, которые он представляет рельеф суши -объекты в данном слое представляют линии уровня рельефа, растительность -площадь заполнения растительностью, населенные пункты - места расположения зданий, дорожная сеть - набор дорог, дорожные сооружения - набор дорожных сооружений (мостов и т п), гидрография - набор рек Объекты на карте местности подразделены на

- линейные - представлены сегментной линией (полилиния) - незамкнутая линия, состоящая из точек А],А2, ,А„, где N - количество точек,

- площадные - представлены набором многоугольников {А} = {А',А2, ,А"}, где N -количество многоугольников, каждый многоугольник представляет собой замкнутую линию (сложный многоугольник),

- векторные - представленные двумя точками А„А2,

- точечные - представ тены одной точкой А,

Произведена классификация существующих систем создания синтезированных сред Отмечено, что в имеющихся системах используется минимальное информационное подобие между синтезированной средой и ЦКМ, не учитывается связь между объектами как в одном слое, так и между слоями

Поставлена задача разработки математических и программных средств , построения изображения по ЦКМ подобного тому, которое наблюдается в реальных средствах наблюдения визуальной обстановки прицелах, смотровых щелей и т д

Окружающая обстановка представлена комбинацией объектов целей и местности (сцена) Они подразделены на «примитивы», для каждого из которых определены яркостные характеристики (материал) Примитивом названа часть пространства, ограниченная одной или несколькими поверхностями Рассмотрены существующие примитивы, обоснован выбор треугольника как базового примитива, отмечается, что он представляет часть плоскости и может формировать различной сложности объекты

Во втором разделе исследуются модели построения изображения и виртуальной сцены, определяется связь между ними через критерий подобия

Отмечается, при синтезе изображения используется комбинации двух главных типов проекций параллельной и перспективной (центральной) Положение плоскости проецирования Р{х ,у,г) = 0 (представляющей экран устройства) относительно системы координат сцены задается ортогональным базисом трех векторов е0,е„ег, где е0 = (х ,у ,г ) - направление линии визирования, преобразование определено как

х,=х„ с®(0,5 0л )!г„, у3 =у„ 0,5 &„)/:„,

(V / \ *г„ У'. г<„ / \ *г (х Л

V,/ = *е, У,, (р-о), Р = Ур , о= Уо

V2» Л )

где Р - точка в сцене, (хэ, у,) - местоположение точки Р на экране, О - центр проекции (положение наблюдателя в сцене), ®„, Э„ - поле зрения имитируемой оптической системы

Определена упрощенная модель расчета яркости пикселя изображения как спроецированного элемента поверхности сцены зависящая от освещенности (Е), индикатрисы рассеяния поверхности (i//2), угла (а) между направлением на источник освещения и нормалью к поверхности, и угла (р) наблюдения за поверхностью

В=Е i//2 (а,/?), dE = y/,(i ')|r|~2 cosa dS, г = Р, -Р,Р, = (xPi ,yPí,zh У , где В - яркости данного участка, (г)' = г/|г|, |r|-(v,2 + у* + z,2)°5, у/, - индикатриса излучения, PL - местоположение источника освещения, dS - элемент поверхности осветителя

Яркость поверхности моделируются с помощпо текстуры Текстура в диссертации формируется как рисунок по моделируемой поверхности сделанный, точками одного цвета на фоне другого цвета, и представляет собой специфическое изменение цвета при отображении отражающей поверхности

Определена модель связи критерия подобия с параметрами сцены £ = |||i//2(a-,/?)cose-ц/2(а ,/} )cosa |,

X

где х " площадь изображения, ц/г - индикатриса реальной поверхности, а , f) -углы а, [i при реальном наблюдении

Отмечается, дач выполнения критерия подобия при совпадении точек освещения Р, - PL и наблюдения 0 = 0 , необходимо выполнение критериев |Р - -» muí,

где Р - точка реальной поверхности, у2(Р') - индикатриса рассеяния реальной поверхности в точке Р, где речь идет о моделировании некоторой среднестатистической яркости для данной области сцены Предложен принцип задания высокоточного рельефа /;(д. J = Í Ккм о. v), при s0(x,y) > О,

[Объекта (*> У\ "Р" so (х, У) < О, где Sa (х, у) - 0 - граница области объекта, к,ил, - значение высоты по ЦКМ, кОЬШ11 -значение высоты объекта (используется локальная высота объекта, которая может отличаться от значений по ЦКМ)

Показано, что необходимо обеспечить неразрывность высот между объектом и рельефом hm,(x,y) = h0ElEkU(x>y),npuSo(x,y) =0, для этого переход между высотами осуществляется в заданной области перехода - 0,5£„, < S0 (х, у) < 0,5£„, через функцию смешивания 0< f„(x,y)< 1, где - минимальная пространственная точность ЦКМ Соответственно любой сложный объект на карте можно задать множеством областей S со связанными данными L-=<hOEÍtm, /„, ¿¡„>, где ¿¡„ -минимальная точность по высоте для данной области (область высокой точности) Приведена функция высоты для N объектов

К =й,-| Л,(х,у), )б[1 ЛГ], /)„ =/!„„,,при 1 = 0 (1)

Для задания пространственных данных, определена операция нанесения области с данными на уже имеющуюся композицию (множество областей с данными) Фактически нанесение представляет собой геометрическое пересечение

а

множества областей где данные для з пересечения формируются

А-1

объединением данных в порядке операции нанесения

Определено понятие верхний слой, как множество непересекающихся областей с данными Рельеф хранится в верхнем слое "Рельеф", где начальными данными является область в виде прямоугольника размером с ЦКМ и данными Ицш, материал покрытия ландшафта хранится в слое "V", где начальными данными

является такая же об пасть с базовым магериалом

Сформирована общая последовательность синтеза виртуальной сцены разделенная на два этапа начальная генерация (рис 1) и операционный этап На первом этапе происходит построение поверхности из примитивов и назначения им признака материала, при преобразовании учитываются информационное подобие На втором этапе происходит отображение примитивов с соответствующими материалами и условиями освещения через центральную проекцию

Поверхность 1 / Материал I

Поверхность 2 /

Рис 1 Последовательность синтеза сцены Определены основные шаги первого этапа

1 Чтение данных с ЦКМ Коррекция данных с учетом информационного подобия и влияния других объектов

2 Построение областей с данными для верхних слоев

3 Выполнение операции нанесения для верхних слоев

4 По верхнему слою "Рельеф" строится поверхность из примитивов

5 По верхнему слою "V" вырезаются из примитивов области заданные в слое "V" и им назначаются материалы, заданные в этих областях

Показано, что при построении поверхности для обеспечения критерия подобия между высотами рельефа и сгенерированным рельефом, необходимо решение системы

tKÁP)-WP)\<í,ÁP)'N, (2)

где р = (х,у) - некоторая точка в пространстве ЦКМ, hfn(p) - высота в точке р заданного рельефа (1), hs(p) - сгенерированная высота рельефа местности для точки р. (р) " точность в точке р с учетов всех объектов, ■>> - область построения поверхности по ЦКМ, N - количество используемых замеров высот

Определено, что с учетом необходимости высокой скорости генерации рельефа и его отображения на разной дальности, использование нерегулярной сетки предпочтительней Показано, что решением (2) является генерация рельефа путем тесселяции поверхности с постоянным перестроением Тесселяция сводится к разбиению поверхности на треугольники Ак ={Plt,Pu,P4}, где PJt =(x]i,yli,zjk), до тех пор, когда \/к, А,, выполнится условие

\hf,„ÍP)-\(р)| <<?„(р), при ре Д, (3)

Базовая операция тесселяции (БОТ), определена, как разбиение каждой стороны треугольника пополам для увеличения скорости по сравнению с делением одной стороны - дополнительной операции тесселяции (ДОТ) Перестроение необходимо для предотвращения вырождения, когда наименьший угол Д4 ->-0 Показано, что скорость вырождения зависит от порядка выбора треугольника, определено, что необходимо использовать Д4, для которого SJS(At)>Si(AJ), j = [1 С(Л)],А * у, где С(Д) - количество элементов во множестве треугольников д, SA - площадь треугольника

Определяется, что для построения тесселяции, после которой никаких действий с триангуляцией не потребуется, необходимо, чтобы каждый следующий шаг тесселяции основывался на триангуляции, приближенной к триангуляции Делоне, которую можно получить из любой триангуляции по той же системе точек, перестраивая (смена ребра) пары соседних треугольников, определены критерии необходимости перестроения по длине общего ребра и противоположного угла Определено, что использование операции Делоне необходимо только для соседних треугольников по ребрам тесселируемого треугольника

Отмечается, что использование БОТ на границах или при вырождении не целесообразно, из-за лишнего порождения треугольников, поэтому при пш!(Р„Рп (,(Л21 Р^ Ця,, Рп!) < 0 3 необходимо использовать ДОТ, где

/П,5Ч =max(|^/,24|,J/'2<P,t|,|P,tí;í|) При /„,„<£, где £ - минимальная точность для поверхности, следует оставить треугольник и далее не делить Разработан общий алгоритм генерации-

1 Удаление готовых треугольников через список на удаление

2 Проверка треугольников на условие Делоне через список на проверку

3 Выбор треугольника с наибольшим размером

4 Проверка на необходимость тесселяции (3)

- Добавление треугольников в список готовых при выполнении условия (3)

- БОТ / ДОТ (добавление треугольников в списки на удаление/проверку)

5 Переход на п 1

Для определения условия (3), используется слой "Рельеф" {Qt, Q„ =<A',L>, где А' - многоугольник, определяющий область объекта Решением является определение Q„ как A'(Q„)r\Ak ф0 (пересечение по области), далее для площади Д, рассчитывается положение р с учетом £„(1), при ре/Г и вычисляется разность высот Область А' может содержать несколько объектов с разной 40, поэтому определено что для Q„ f„(p) = const и 4„{р) = тт(^)

Для быстрого определения Л' riAt*0, многоугольник А' преобразуется в множество треугольников A'={A'i, ,Д'»} Определяется геометрическое пересечение треугольников Ак пД'/ если Р,к(Ак) е A'i,i t [1 3], или ^,(Д'/)е Д,,;еЦ 3], или 3],уе[1 3] Проверяется (3) для Л, и Д\, при

peA'i, положение р определено как

Р = Р, (l-'2) + P2 '2. h =J'Ci, У/, 7 е[1, ,с2], с2 =]/„„2/^,(р)[ ,

c = L»'i//(P)[. ,с], V,, ( = //с, р,=?я (1-1) +г,Р2=Яв (l-0 + f,

где /]тч2 - длина следующей большой стороны, />„, Л, - вершины Д4,

принадлежащие большему ребру, длиной /ю„ч, Р„, PL - вершины Ак,

принадлежащие следующему по длине ребру, he (р) = z;

Разработан метод разрезания поверхности (Рис 1) по множеству многоугольников (по областям заданных в верхнем слое "V") Операция разделена на две части отбор треугольников, полностью попадающих в многоугольник, и последующая триангуляция При использовании длинных сегментов многоугольника новые треугольники не удовлетворяют условию (3) и как следствию критерию подобия Поэтому, разработана методика учета пересечения треугольников с многоугольниками и добавления новых точек пересечения Усовершенствован алгоритм триангуляции с ограничениями (границей является сложный многоугольник, внутри которого находятся треугольники), за базу взят пошаговый алгоритм При построении учитываются две разновидности неправильных построений треугольника Д, (образованный точкой и базовой линией), чтобы избежать этого, проверяется каждая точка позволяющая образовать Д, на условия Д,г\а = 0 (исключая граничные) и Д, г^Д=0, где а - граница триангуляции Отмечается, что в проверке не участвуют точки тех треугольников, которые имеют смежные треугольники по всем сторонам

В третьем разделе на базе сформированных подходов разрабатываются методы и алгоритмы построения водных объектов, сети дорог и сторонних объектов с учетом критерия подобия, определен алгоритм операции нанесения

Показано, что операция нанесения представляет собой последовательность действий удаление зазоров меньших, чем I, между многоугольниками, определение точек пересечения многоугольников, построение сегментов из отрезков образованных многоугольниками, набор из сегментов новых многоугольников и связка с ними данных

Отмечено, что при закрашивании поверхности текстурой можно задать определенный тип рельефа, поэтому используется несколько самых необходимых типов трава ((), земля (;,), горы (л), песок (г4) В яркостной модели можно создать подобие комбинаций типов, путем смешивания яркостных компонент, задавая коэффициенты смешивания в вершинах поверхности При таком расчете яркости на нерегулярной сетке может возникнуть неоднородность смешивания, поэтому дополнительные коэффициенты смешивания задаются через текстуру, определен общий вид функции расчета яркости в закрашиваемой точке '(«>) = (<. кг +/, k,+it A4)(1-/j"-tf-t?-t?) + t? t6+i" i7+<5" tt+i' Л,,

где t, - текстуры необходимых типов, - коэффициенты смешивания (КС) для текстур t3 - текстура для смешивания текстур t(,,, де = (<г,, ) - текстурные координаты в закрашиваемой точке Р

Текстурные координаты в вершинах поверхности определены как Gr,(P,t) = (.xft,yft)Jsl, где s, - размер изображения текстуры в метрах Отмечено, что значение дг в точке Р определяется по значениям ^ в вершинах д,, через барицентрическую систему координат, при Р с Gp =Ср„ С1"0".-a^ + SpVx +«>„<Ti>

= St> «Г ;'г*Йг "V^YM (4)

<tJ |Й,хй2| {-h,.h2 ЛлJ' UJ UwJ'

где Ре Ак> при <г1 >0, аг >0, <х, +<т2 <1

Переход от изображения тексгуры травы к гористой местности задается

через нормаль поверхности =(z„,0,l-z;i,0), где п = (x„,y„,z„)T - единичная

нормаль поверхности в вершине

Разработан метод устранения заметности регулярного рисунка текстуры

(тайлинг), при помощи усреднения яркости пикселя типовой текстуры, которое

происходит по трем значениям цвета из одной текстуры с разным уровнем

масштаба Из-за усреднения цвета детализация теряется вблизи, где тайлинга не

наблюдается, поэтому вблизи усреднение не производится

Л =/,(?,) ß + {tAcP/s>) 05 + !,(?,/*,) 05) (1-/J), 1],

где С, - исправленная текстура типа рельефа, - оригинальная текстура, -коэффициенты масштабирования, ß - коэффициент усреднения, d - расстояние от точки визуализации текстуры до точки наблюдения, d^ - расстояние потери первичной детализации

При закрашивании единой водной поверхности для выполнения критерия подобия используется имитация индикатрисы рассеяния водной поверхности

Определено, что имитации волн и течения для больших пространств воды обеспечиваются за счет изменения нормали поверхности воды, общий расчет освещения в точке Р

/ / \ -1 ^

У;.

с = с„ Е (1 -к,)1 к/ >у„ У', г', Мп'.е)

ч Л У' . )

пу =М'1п\ к, =/,(<?',«'), е =(0-Р)\ где /я{п,е') = е'-2(е' *п) п, п" - нормаль к поверхности воды, с„ - цвет воды, к) -коэффициент смешивания при наложении водной поверхности на рельеф, /г(е*,п) = Л + (1-Л) (1 -е'»п)5, X = (1-т?)2 /(У + г]У (функция Френеля), т) - коэффициент преломления среды, М - базис треугольника (ориентация заданная единичными векторами) в системе координат наблюдателя, м>„ - текстура изображения неба представленная виде куба, где на каждой стороне нанесено изображение неба в данном направлении от центра куба, выборка осуществляется по единичному вектору направленного из центра куба.

Определено, что из-за существования множество типов волн, целесообразно использовать заранее подготовлешгую текстуру, содержащую направление нормалей некоторой области воды и нерегулярную сетку поверхности Отмечается, что необходимо различать течение воды с определенной скоростью и без течения Определено, что в области смешивания нескольких водных потоков, их область пересечения необходимо пометить как стоячая вода, общий расчет нормали воды и" (1-А„) + *2"(<г2)

+ + (0,у„ г *,)) ^/5,(11',)) (к\,к\,к'4) + (0Д^15))',

+ 1е1((<г2+(г V,,0)) S1/sl(w1)) (к2г,к2г,к1,) + (0,0,кг5)), где п" - нормаль к поверхности воды с течением, п" - нормаль к поверхности воды без течения, 6„ - коэффициент смешивания стоячей воды с течением, задается в вершинах водной поверхности, и>, - текстура воды, = {£",,?2} - текстурные координаты для воды с течением - перпендикулярна линиям тока течения воды), V, - скорость течения воды (м/с), г - текущее время, 5, - размер текстуры в метрах, к', - коэффициенты веса, - коэффициенты масштабирования текстуры, ^2(д) -многослойная текстура воды (содержит анимацию нормалей), у, - коэффициент скорости изменения воды, д2 - текстурные координаты для воды без течения, направлены по осям координат карты (м)

Отмечается, что в ЦКМ присутствует два типа водных объектов линейные (ЛР) и площадные реки (ПР), для них разработаны индивидуальные методы и алгоритмы построения и один общий для соединения водной поверхности разных объектов При построении ЛР и ПР используется общая последовательность действий построение топологии рек, выравнивание рек, построение и нанесение

(задание профиля рельефа и текущего уровня воды) При построении рек используются параметры ширина, глубина, наличие бродов и течений

Определено, что топология ЛР представляет собой граф, где вершины точки слияния рек или начато/конец реки, а дуги - реки между ними (состоящие из опорных точек) Выравнивание рек необходимо, так как они не отмечены на карте высот ЦКМ и, как следствие, опорные точки и пи точки между ними могут иметь противоречащую высоту, необходимо

Я(Л1Ч) а ЩА,) г Н(АЫ), Я(4) > Ятп (А, ,АМ)> нц,41), где И (А,) - высота в /-опорной точке реки, /7пиг, - функция, возвращающая

минимальную высоту между опорными точками А„АЫ

Опорные точки реки располагаются по убыванию высоты, течение реки определяется по разности высот в узлах, если высота узла была изменена, реки, соединенные с этим узлом, проходят повторное выравнивание

Площадные реки в ЦКМ имеют острова, разную ширину и течение, представлены как сложные многоугольники Топология ПР представлена, как и у ЛР графом, где узел представляет собой площадь воды определенного радиуса, дуги соединяют узлы и показывают направления течения Для построения топологии необходимо построить среднюю линию, определить ключевые точки (узлы) Точка является ключевой, если на ней происходит смена направления средней линии, изменение нарастания/уменьшения дальности до берега (радиуса) или она является пересечением с другой средней линией Разработан алгоритм построения средней линии При выравнивании ПР, принцип остается такой же как и в ЛР, за исключением того, что узлы, находящиеся в связи с узлом пересечения, должны иметь общую высоту Определен расчет высот воды и глубин в точке р реки /,,„(р) = М6) (1-*) + М<0 к; с1и (р) = с1а,(Ь) (1 -*) + </„ (а) к,

где а, Ь - точки вершин двух соседних узлов топологии, и, пь - биссектрисы углов, задаваемые единичными векторами, углы образованы между точками вершин соседних узлов

Для построения ПР используется набор многоугольников (рис 2), £?17 ={(?!» >С?\'} - надводная часть берега, <21'' = {О,, } - подводная часть берега V/.V/, п=п(А/),к= 05 (1-Лп, (я')Д кг =02 + 06 к ,

Ц ' =)+(]-Л), И'/ =/ 0 5 (1-/(2), «V =1 +к, IV=г 05 если 7 = 1,то =Д' 4-л (У,у =А;-п И/,' , если у> 1,то а'' = /4/-я »у, о1;' = л;+п и^ ,

где / - радиус узла для точки А! (расстояние до берега), „ (п*) = (у„ ,-хп), п -внешняя нормаль Л/, РУ' - ширина надводной части берега, - ширина подводной части берега (рис 2)

Область перехода представляет собой сложный многоугольник {<2и',<2а'}, определен расчет высоты и функции перехода для четырехугольного сегмента области при ре«?0',

при ре(д0',,дь'„1,А'„,А'1),то А0ЬМПЧ(Р) = (АП -¿„) (1-/ь(р)) + К /"(р), /„(р) = 1, при реО^Л'ы.ОЧ*,ТО /Ьжгл(Р) = Ьг» /я(Р) = /'(Р), где Л„ - высота воды, </„ - глубина в точке р, //,с' - функция расчета данных в точке р, использует данные, находящиеся в вершинах четырехугольника (четырехугольник разбивается на два треугольника, и используется функция (4), где вместо данных текстурных координат используются необходимые данные) Данные в вершинах многоугольника. {О?= (йи',«) = 0,1" (А',= {А',) = \, /Л(А',) = \, /а(А',„) = ], /'<(£?|^>) = 0>/'1(£?','') = 0 При наложении ПР друг на друга используется расчет высоты Л, =тах(Л,(1 - Л(р)) + Ь'0БЪЕкГА(р) /,',(р))

На этапе построения ЛР происходят аналогичные действия как у ПР, исключение составляет средняя линия представляющие собой промежуточные точки между опорными построенные с помощью дискретизации кубического сплайна построенного по ним Река представляется тремя многоугольниками дно и два берега Дно имеет абсолютные высоты, а берега — задаются как высота дна с функцией перехода до высоты рельефа, поэтому при наложении двух водных объектов друг на друга используется функция высоты А, =шт(Ам,й,_1 (1-/"А(р)) +

(р) ЛСр))

Для водных объектов определена методика построения общей поверхности воды (усреднение высот в местах разрыва разных поверхностей рек), бродов (изменение глубины реки в местах бродов) и алгоритм общего выравнивания ЛР и ПР (определение точек слияния рек ЛР и ПР с последующем циклическим выравниванием рек, до совпадения высоты в данных точках)

Определено, что топология дорожной сети представляет собой граф, где узлы перекрестки дорог или мосты, а дуги - дороги Сначала рассчитывается положение узлов, а далее по их данным дороги Разработаны этапы построения сети дорог

предварительна! коррекция данных дорог ЦКМ - исправление ситуации, когда на карте дороги не доведены до других дорог (не образуют перекрестков),

построение топологии дорог - методика построения аналогична, методике построения ЛР (мосты не учитываются),

коррекция топологии - из-за схематичности и ошибок карты ЦКМ необходимо откорректировать положение координат дорог и перекрестков,

добавление мостов и бродов — в топологию добавляются новые узлы (мосты и

броды) в соответствии с ЦКМ и по сложившейся ситуации (когда мост не отмечен на карте, но необходим),

предварительное построение контуров и коррекция - на данном этапе подбираются мосты (направление, длина), определяются столкновения/пересечения объектов и их фиксация (при помощи сдвигов объектов),

конечное построение - осуществляется генерация объектов, для дорог и перекрестков строятся системы высот и наносятся в слой рельеф

Определены основные критерии дороги, влияющие на геометрию и как следствие на критерий подобия - наименьший выпуклый радиус дороги (в продольном профиле), - наименьший вогнутый радиус дороги (в продольном профиле), Д£„ - наименьший радиус в плане дороги, та - максимальный угол продольного уклона Также определены характеристики дороги и^ - ширина проезжей части, >с„ - ширина обочины, А„ - высота насыпи Насыпи и выемки для дорог имитируются областью перехода от дороги к рельефу, шириной у/г

Построение дороги, сводится к трем этапам получение промежуточных точек по опорным, выравнивание координат точек дороги с учетом критериев, построение системы высот Расчет координат промежуточных точек дороги по опорным

/>Лс=/,('.Д.4+|.'„гг), Ад, =К (1-'2) + (а(рДс) + А/,) /2, 1 = с <Ш,с = \0, Мй\\

Ля (',. V, Пднв), 1г = 1С! , если 1С < Я'т„,

К Ч/и, С/Ч.Аде,Ида, ),/!=(// если/, > I, - Я^,

0,*2=1 иначе,

1ю, (/Дя) = А + / у„/х„,

/,О, А,Л.Л.К) = А(2*5 -3(2 +1)-2г2 + () + р2(-2(1 + З/2) + -/г),

'/=К-4|+ +К-Лм|»/ = К,-4|,/,=И2-л|+ +И-4-.1 + '

; /, ес/ш / > 1,

{ Пднг, иначе,

= - лн,)' + - А, у у I, если ,<N-1,

[ Пдкг иначе,

где А, - опорные точки, (рл,Ил) - промежуточная точка дороги, содержащая информацию о местоположении рд = (х,у) и высоте кд, с! - шаг дискретизации сплайна, Я'тп - наименьший критический радиус дороги в плане, АЛ„, Аж - высота дороги в начальной и конечной точке, пт, пт, - единичный вектор направления в начальной и конечной точке дороги в продольном профиле

Определено множество окружностей {С"), для аппроксимации кривизны в плане дороги, при резких поворотах дороги р\1 = д - 4-1 , р2! = ам - а, ,

ся = и+/и..(((Р12)'+(Р21)')1) Л™„> если\рпхр„\<0, И, -Л<.. (((Рц)' + (р*)')') Л™, и«аче.

если (pu)1 (р„)' < cos(90), то С" ->{CS}

Определена функция выпуклости/вогнутости fR{p,,Pi,ih) /л = ^,2/(8 vv2) + О5 /|2=|р,-р2|,/и=|р2~р,|, если /,2>/2,,то р, -(Р|-Р;)' /2)+р2, иначе р, =(р,-р2)' /12+р2, рп = р2~р„ Ри=Л-/>2> Р = (Р,г + Р21) O.S. w, =Н 2, Wj =|р-р|2| если |р12хр2,|<0,то fR = -/«

Методика выполнения критериев разделена на два последовательных этапа выполнение критериев в плане дороги и в профиле Для достижения радиуса дороги в плане V'> Рл. =Рд. +v>

где выход осуществляется, при |рд,' -рд\<0,001, рл' - предыдущие значение рД1 Расчет V для i -точки начальное значение v = 0,

если И</?1,то v = v + ((p4M+p;(Kl) 05-Рл) kv, к = ((RL - r)/RL„, если, > 0 и г < , " WL+rVRL,. еслиг<0иГ>-Я^а, если |рд,-рд,"|:> 0,001, то v = v+0,l \рд,"-рд,\ (рд,"-рд,)\ если !с <«„'„„ и /„ >0,С01,то v = v + (p„ -рд,)' /„2 0,01,

Рп =Рд I + пднп К , 1„ = К, - Рн I "Ч V >

если Ч < Л1 и 1К >0,001,то v = v + (pA -рд,)' /А2 0,01,

РА =Рдм-пды1 ('/-'<). 'а =|РД,-Р»| >

где рд" - значение рд,, до операции выравнивания, /е - длина от ра, до рд,, I, • длина от рд, до рдм , паш, пдая - единичный вектор направления начала и конца дороги в плоскости горизонта

При каждой итерации проверяется наличие резких поворотов V/, если

\с\-р„\<«;„> то »=о, рЛ1=с\+(рд,-сл,)

При коррекции высот для профиля дороги, высота проверяется на максимальный градиент наклона

is[l И -1], 5/(рЛ„Ад„рД|11,Лд„1), ie[M 2], g/(p^J, Нд„рд ,_„A„,„,),

где £/(/->,Л>/'2Л) если .MPiA.PzA)'« <cos(m„), ТО

Aj = /г, +/g(»)J |рг - р,| iig/7(/j2 - /г,)

Расчет высот для профиля дороги ;е|1 Л/J, Ад, = A„,+v

' = Л: (Рд ,-i. ''л -1. Рд,. Лд,. Рд ..IА), Ри=/р{Рл.-\'кд.-\'Ря.>Ьл,)> Рп =Л(Рд-.Лд,.Рды'Лд,+.). v = (hj,,"~h4f) |ЛЛ"-ЛЛ,| 0,01, ¿д=|А,-А2+(А,-А,) ((р12)Ч |р12|/(р,г, +р211)](, если / > 0 и г < Йп°,0, то v = v - - /■)/ ЛЦ,п, иначе

если г<0 и г>-я;,1Л,то V = V+а, + ;■)/,

где Ид" -значение кл 1, до операции выравнивания, /г{р^И1,р2,И1) = (|р2-р,|Д — /г,), функция /«(аЛлА.а.й,) - функция выпуклости/вогнутости для высоты (аналогична обычной), где р12 = Мр^,И1,р2,Н2), рг, = /,.(р2Л>лЛ)

Разработана методика построения перекрестков, которая позволяет использовать перекрестки, как неотъемлемую часть рельефа поверхности Для этого определяется центральная точка перекрестка и длина расходящихся лучей (центральные линии) с учетом ширины дороги и обочины, после этого строятся многоугольники для системы высот, переход между лучами сглаживается через кубический сплайн

Разработана методика построения домов и деревьев Построение домов включает алгоритмы коррекции (сдвигов) домов относительно уже построенных объектов Для деревьев определена коррекция (удаление) при попадании в построенный объект и распределение позиции мест с учетом угла наклона местности и минимального расстояния между деревьями заданного в ЦКМ

Четвертый раздел посвящен практическому применению разработанного математического и программного обеспечения (ПО) синтеза сцены, анализу распределения времени между этапами построения, расчету критерия подобия

Исследуется работа ПО с ЦКМ, размерностью 25x25 км2 масштаба 1 50000, местность равнинная, 4 поселения, площадь лесов 57 км2 при построении использовалось 9 ПР, 35 ЛР, дорожная сеть и инфраструктура 493 перекрестка, 839 дорог, количество деревьев 833223 Общее время построения и нанесения объектов 139 мин Общее время тесселяции рельефа 4371 сек (73 мин)

Количество треугольников 3391138 Время построения 27321 сек (7,58 ч) Общее время построения около 8 часов приемлемо, так как данную операцию производят один раз для заданного района работ, и все тренажеры поставляются с данной картой без возможности последующего повторного построения во время эксплуатации При сравнении с аналогичными программными продуктами отмечается общее повышение качества изображения за счет использования связей между объектами ЦКМ

Рассчитан критерий для реального изображения и синтезированного е1 использующего информационный критерий при построении, а также реального и синтезированного е2 не использующего Изменение критерия, составило е2 /гг, = 1,63 (для данного элемента сцены, с заданным углом наблюдения) При исключенном цвете и 5 изображения (учитываются классы элементов сцены) е21е^ = 4,45

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1 Предложена модель связи критерия информационного подобия с параметрами виртуальной и реальной сцены точками поверхности, и индикатрисами рассеивания поверхностей в этих точках

2 Сформирована модель высокоточного рельефа, позволяющая описывать систему высот ЦКМ и всех объектов, находящихся на ней и влияющих на нее с

высокой точностью, определены понятия областей переходов, позволяющие обеспечить плавный переход от высот карты к высотам объекта с определенной точностью

3 Разработана общая последовательная методика синтеза сцены по цифровым картам местности, подразделяемая на два этапа, начальной генерации и операционного этапа, на первом этапе производится преобразование данных с ЦКМ в набор примитивов с учетом критерия информационного подобия, на втором этапе производится визуализация данных во время работы на тренажере

4 Решена задача построения трехмерного рельефа поверхности с учетом критерия подобия по сформированной модели рельефа, основанная на операции тесселяция на нерегулярной сетке с меняющейся пространственной точностью, зависящей от объектов, находящихся на ней

5 Разработан алгоритм разрезания поверхности сложным многоугольником учитывающий критерий информационного подобия и включающий в себя модифицированный алгоритм триангуляции с ограничениями, что позволило вырезать части поверхности и назначить им необходимый тип рельефа

6 Сформирована модель закрашивания рельефа использующая несколько типов рельефа с учетом информационного критерия, разработан метод удаления эффекта "тайлинга", сформирована модель имитации единой водной поверхности для больших пространств с учетом информационного критерия и определена методика объединения разных потоков воды в единую нерегулярную поверхность

7 Сформированы модели площадных и линейных рек, с учетом информационного критерия, разработаны методики построения рек и водоемов, модель учитывает рельеф дна, берегов и местоположение бродов, что повышает качество изображения и функциональность, определены топологии рек для карты, механизмы взаимодействия и общего выравнивания рек с учетом перепадов высот

8 Сформирована модель дорожной сети и ее инфраструктуры, с учетом информационного критерия, разработана методика построения; определена общая топология сети дорог, разработаны отдельные алгоритмы построения участков дорог, перекрестков, бродов, мостов и взаимодействия их с другими объектами.

9 Сформированы модели размещения сторонних объектов с учетом взаимодействия с другими объектами на карте

10 Разработано программное обеспечение с применением разработанной технологии, что позволило достигнуть повышения качества изображения представляемого оператору тренажера

11 Разработанные в диссертации подходы апробированы путем использования при проектировании реальных тренажерных систем, на предприятии ОАО "Центральное конструкторское бюро аппаратостроения", что подтверждается соответствующими актами использования

Публикации по теме диссертации 1 Ильин А М Алгоритм обнаружения попадания в область видимости произвольных триангулярных объектов / А М Ильин //Интеллектуальные и информационные системы Материалы межрегиональной научно-технической

конференции / Тульский государственный университет - Тула, 2004 С 107 -108

2 Ильин A.M. Исследование эффективности работы локальной сети для приложений реального времени / A.M. Ильин, С.А. Курочкин. // Известия ТулГУ. Серия: Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Вып. 1. Т. 1. Системы управления. - Тула: ТулГУ, 2004.-С. 81-86.

3 Ильин A.M. Концепция формирования фоно-целевой обстановки в тренажерах / A.M. Ильин, С.А. Курочкин. // Известия ТулГУ. Серия: Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Том 1. Вып. 2. Системы управления. - Тула: ТулГУ, 2005. С. 80 -82.

4 Ильин A.M. О базовой концепции тренажеростроения / A.M. Ильин, С.А. Курочкин, В.П. Ткач. // Известия ТулГУ. Серия: Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Том 1. Вып. 2. Системы управления. - Тула: ТулГУ, 2005. - С. 83 - 85.

5 Ильин А М. Моделирование области перехода двух материалов в фоно-целевой обстановке / А М Ильин // Приборы и управление Вып. 4 - Тула ТулГУ, 2006 - С 76-85

6. Ильин А М Моделирование рисунка области перехода двух материалов /АМ Ильин //Приборы и управление Вып 4 - Тула ТулГУ, 2006 - С 85-87

7 Ильин А М Влияние фоно-целевой обстановки на цели как элемент подобия / А М Ильин, С А Курочкин // Приборы и управление Вып 4 - Тула ТулГУ, 2006 - С 87-90

8 Ильин А М Базовая основа для создания местности по цифровым картам / А М Ильин, Е В Ларкин // Вестник ТулГУ Серия Вычислительная техника Выпуск 1. - Тула. Изд-во ТулГУ, 2007 - С 31-37

9 Ильин А М Построение рельефа фоноцелевой обстановки в вычислительных системах / AM Ильин // Вестник ТулГУ Серия Вычислительная техника Выпуск 1 - Тула Изд-во ТулГУ, 2007 - С 37-44

10 Ильин А М Освещение рельефа фоноцелевой обстановки / А М Ильин // Интеллектуальные и информационные системы. Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Интеллект-2007» - Тула Изд-во ТулГУ, 2007 - С 84 - 86

11 Ильин А М Освещение водной поверхности фоноцелевой обстановки в вычислительных системах / А М Ильин // Интеллектуальные и информационные системы Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Интеллект-2007» - Тула Изд-во ТулГУ, 2007 - С 86-87

Изд лиц ЛР№ 020300 от 1202 97 Подписано в печать 4(.»(.0% Формат бумаги 60x84 1/16 Бумага офсетная Уел печ л ^(Р Уч-изд л /, Д, Тиражэкз Заказ Тульский государственный университет 300600, г Тула, просп Ленина, 92 Отпечатано в Издательстве ТулГУ 300600 г Тула, ул Болдина, 151

ВВЕДЕНИЕ

1. ЗАДАЧА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОГО ПОДОБИЯ 11 В ТРЕНАЖЕРАХ

1.1. Введение

1.2. Тренажеры как информационные системы

1.2.1. Обобщенная структура тренажеров

1.2.2. Классификация тренажеров

1.3. Подобие тренажеров реальным наземным объектам

1.3.1. Типы подобия

1.3.2. Информационное подобие в тренажерах

1.4. Моделирование изображения окружающей обстановки

1.4.1. Классификация окружающей обстановки

1.4.2. Критерий оценки информационного подобия

1.4.3. Цифровые карты местности (ЦКМ)

1.4.4. Формирование изображений из примитивов

1.4.5. Примеры построений по ЦКМ

1.5. Выводы

2. ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ ОБСТАНОВКИ ПО 45 ЦКМ

2.1. Введение

2.2. Модель формирование изображения

2.3. Моделирование связи информационного критерия со сценой

2.4. Моделирование рельефа

2.5. Общая последовательность синтеза сцены

2.6. Задача построения рельефа

2.7. Задача разрезания рельефа

2.8. Выводы

3. ИНФОРМАЦИОННОЕ ПОДОБИЕ В РЕЛЬЕФЕ, ВОДОЕМАХ, ДО- 84 РОЖНОЙ СЕТИ, СТОРОННИХ ОБЪЕКТАХ

3.1. Введение

3.2. Задача построения рельефа

3.2.1. Построение поверхности рельефа

3.2.2. Операция нанесения

3.2.3. Закрашивание рельефа

3.3. Нанесение водных объектов и водной поверхности

3.3.1. Моделирование водной поверхности

3.3.2. Построение линейных рек

3.3.3. Построение площадных рек

3.3.4. Взаимодействие площадных и линейных рек

3.4. Нанесение дорожной сети и инфраструктуры

3.4.1. Построение дорожной сети

3.4.2. Построение мостов

3.4.3. Построение дорог

3.4.4. Построение перекрестков дорог

3.5. Нанесение сторонних объектов

3.6. Выводы

4. РЕЗУЛЬТАТ СОЗДАНИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

4.1. Введение

4.2. Построение окружающей обстановки по ЦКМ

4.3. Информационное подобие объектов ЦКМ

4.4. Сравнение и комплексная работа

4.5. Выводы

Актуальность темы. В связи с совершенствованием современной вычислительной техники возникает необходимость в улучшении и развитии математического и программного обеспечения для прикладных задач, решаемых в различных областях науки и техники. К ресурсоемким относятся задачи формирования виртуальной окружающей обстановки для тренажерных комплексов нового поколения. Тренажер - сложное аппаратно-программное вычислительное устройство, требующее специального математического и программного обеспечения. Использование тренажеров, как устройств, представляющих физические модели реальных объектов, высокая степень статического, динамического и информационного подобия тренажеров реальным объектам и пониженные затраты на обучение, делает их важнейшим звеном в системе подготовки кадров. Имитируемая техника, как правило, включает использование точного позиционирования на местности, соответственно для работы с ней используются цифровые карты местности (ЦКМ).

Для обеспечения информационного подобия в тренажере на основании цифровой карты местности предъявляется оператору синтезированное объемное изображение окружающей обстановки. Если учесть, что большинство тренажеров используется для подвижных наземных объектов, где осуществляется прямой контакт с окружающей обстановкой, синтезированное изображение, представленное оператору, должно быть высокого качества и обладать достаточной степенью достоверности согласно цифровой карте местности с реальным ландшафтом. От точности воспроизведения характеристик зависит качество подготовки операторов и точность их работы на реальных объектах. Задача генерации обстановки является ресурсоемкой и сводится к составлению формального описания среды по ЦКМ. Так как тренажер работает в реальном времени, а участок местности оперативно меняется при воздействии обучаемого оператора на имитаторы органов управления тренажера, задача автоматической генерации формального описания окружающей среды, используемого для синтеза окружающей обстановки, является актуальной. Методология проектирования программного обеспечения для синтеза обстановки по ЦКМ, реализующего принципы информационного подобия для реальных систем, проработана слабо, что объясняет необходимость и актуальность исследований, проведенных в диссертации.

Общими вопросами теории подобия занимались П.М. Алабужев, В.Б. Ге-ронимус, В.А. Веников, Г.В. Веников, М.В. Кирпичев, М.А. Мамонтов и др. Вопросы обеспечения подобия в тренажерных комплексах засчет информационных систем разрабатывали А.С. Бабенко, В.А. Боднер, Р.А. Закиров, B.C. Шукшунов, и др. Психологическими аспектами подобия занимались В.Ф. Венда, B.C. Зайцев и др. Теорией математического и программного обеспечения занимались А.В. Скворцов, А. Маргалит, Д. Роджерс, Е.А. Никулин, и др.

Таким образом, объектом исследования диссертационной работы является аппаратно-программный комплекс тренажера, воспроизводящий условия функционирования реального объекта и за счет этого, обеспечивающий информационное подобие условиям работы оператора.

Предметом исследования диссертационной работы является математическое и программное обеспечение синтеза внешней обстановки и характеристики данной среды обеспечивающие информационное подобие в тренажерах по цифровым картам местности.

В диссертации исследуется подход к разработке, который опирается на аналитические методы математического моделирования и методы дискретной математики для описания фоно-целевой обстановки.

Для этого используются теория подобия, теория случайных процессов, аналитическая и вычислительная геометрия, булева алгебра.

Цель диссертационной работы состоит в разработки моделей, алгоритмов и программных средств автоматического синтеза виртуальной сцены по цифровым картам местности, обеспечивающих улучшение технических характеристик тренажеров и качества представляемого изображения обстановки оператору.

Задачи исследований.

1. Классификация существующих систем формирования окружающей обстановки; анализ систем формирования синтезированной обстановки по цифровым картам местности, определение недостатков и достоинств; анализ цифровой карты местности, выявление взаимосвязей объектов ЦКМ.

2. Определение зависимости для оценки информационного подобия изображения сцены, формируемого на экране средства отображения тренажера и реальной системы наблюдения за окружающей средой.

3. Решение задачи получения синтезированного изображения по виртуальной окружающей среде; определение способа задания обстановки и расчета цвета точки изображения в зависимости от условий среды.

4. Построение связи критерия информационного подобия с параметрами виртуальной и реальной сцены.

5. Разработка метода общей последовательности синтеза виртуальной сцены, определение основных этапов построения.

6. Построение модели высокоточного рельефа, позволяющей описывать систему высот ЦКМ и всех объектом влияющих на нее; определение операций по его формированию; разработка метода построения трехмерной поверхности по модели рельефа с учетом критерия подобия и назначение признака материала.

7. Формирование математических моделей объектов ЦКМ с учетом критерия подобия при синтезе внешней обстановки; разработка методов и алгоритмов построения объектов ЦКМ; решение задач взаимодействия и влияния объектов ЦКМ друг на друга.

8. Решение задач закрашивания объектов синтезированной обстановки с учетом критерия подобия.

Научная новизна диссертации заключается в следующем.

1. Разработана технология построения синтеза виртуальной окружающей обстановки по ЦКМ с учетом критерия информационного подобия, включающая: общую методику последовательного синтеза обстановки, модель формирования высокоточного рельефа, метод построения трехмерной поверхности рельефа на нерегулярной сетке.

2. Разработаны методы и алгоритмы автоматического синтеза основных типов объектов со связями между ними по цифровой карте местности и рельефу с учетом критерия информационного подобия.

3. Установлено соответствие критерия информационного подобия тренажера с параметрами виртуальной и реальной сцены: точками поверхности, и индикатрисами рассеивания поверхностей в этих точках.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработана общая технология и инструментальная программа синтеза виртуальной сцены ориентированная на использование для разрабатываемых, так и модернизируемых тренажеров, что позволяет повысить уровень их информационного подобия при сокращении сроков разработки, так же результаты работы можно использовать в области развлечений (в играх) и портативных навигаторах.

Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается результатами апробаций методологии при решении практических задач синтеза окружающей обстановки и ее использования в ряде тренажеров.

Положения, выносимые на защиту.

1. Технология построения синтеза виртуальной окружающей обстановки по ЦКМ с учетом критерия подобия, включающая: общую методику последовательного синтеза обстановки, модель формирования высокоточного рельефа, метод построения трехмерной поверхности рельефа на нерегулярной сетке.

2. Методы и алгоритмы автоматического синтеза основных типов объектов со связями между ними по цифровой карте местности и рельефу с учетом критерия информационного подобия.

3. Соответствие критерия информационного подобия тренажера с параметрами виртуальной и реальной сцены: точками поверхности, и индикатрисами рассеивания поверхностей в этих точках.

Реализация и внедрение результатов. Предложенное в диссертации математическое и программное обеспечение использованы автором в процессе выполнения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ОАО "Центральное конструкторское бюро аппаратостроения".

Ряд теоретических положений внедрен в учебный процесс Тульского государственного университета на кафедре «Робототехника и автоматизация производства» в лекционных курсах по дисциплинам: «Информатика», «Алгоритмизация и программирование», «Вычислительные машины, комплексы системы и сети».

Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 11 работ, включенные в список литературы: 8 статей [36-43], 3 тезисов докладов [44-46] на конференции: Межрегиональная научно-технической конференции / Тульский государственный университет, 2004, 2007 гг. Ежегодные конференции проф/препод. состава ТулГУ, 2005-2008 г.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов и заключения, изложенных на 181 страницах машинописного текста и включающих 83 рисунка, заключения, приложения на двух страницах, содержащего акты внедрения результатов исследований, и списка использованной литературы из 123-х наименований.

5.5. Выводы

1. Приводятся временные характеристики и числовые данные синтеза сцены, отмечается, что затраченное время на генерацию сцены по цифровым картам местности удовлетворительно для решения подобных задач.

2. Приводятся результаты программного моделирования сцен, обеспечивающие информационное подобие в тренажере для оператора; приводятся сопоставления полученного изображения с информационной моделью.

3. Приводятся результаты сравнения одинаковых сцен с уже имеющимися аналогами, рассматриваются достоинства и недостатки.

4. Приводятся результаты расчета улучшения характеристик тренажера при использовании разработанной технологии учитывающий информационный критерий для изображения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В целом по работе можно сделать следующие выводы.

1. Предложена модель связи критерия информационного подобия с параметрами виртуальной и реальной сцены: точками поверхности, и индикатрисами рассеивания поверхностей в этих точках.

2. Сформирована модель высокоточного рельефа, позволяющая описывать систему высот ЦКМ и всех объектов, находящихся на ней и влияющих на нее с высокой точностью; определены понятия областей переходов, позволяющие обеспечить плавный переход от высот карты к высотам объекта с определенной точностью.

3. Разработана общая последовательная методика синтеза сцены по цифровым картам местности, подразделяемая на два этапа; начальной генерации и операционного этапа; на первом этапе производится преобразование данных с ЦКМ в набор примитивов с учетом критерия информационного подобия, на втором этапе производится визуализация данных во время работы на тренажере.

4. Решена задача построения трехмерного рельефа поверхности с учетом критерия подобия по сформированной модели рельефа; основанная на операции тесселяция на нерегулярной сетке с меняющейся пространственной точностью, зависящей от объектов, находящихся на ней.

5. Разработан алгоритм разрезания поверхности сложным многоугольником учитывающий критерий информационного подобия и включающий в себя модифицированный алгоритм триангуляции с ограничениями, что позволило вырезать части поверхности и назначить им необходимый тип рельефа.

6. Сформирована модель закрашивания рельефа использующая несколько типов рельефа с учетом информационного критерия; разработан метод удаления эффекта "тайлинга"; сформирована модель имитации единой водной поверхности для больших пространств с учетом информационного критерия и определена методика объединения разных потоков воды в единую нерегулярную поверхность.

7. Сформированы модели площадных и линейных рек, с учетом информационного критерия, разработаны методики построения рек и водоемов; модель учитывает рельеф дна, берегов и местоположение бродов, что повышает качество изображения и функциональность; определены топологии рек для карты, механизмы взаимодействия и общего выравнивания рек с учетом перепадов высот.

8. Сформирована модель дорожной сети и ее инфраструктуры, с учетом информационного критерия, разработана методика построения; определена общая топология сети дорог; разработаны отдельные алгоритмы построения участков дорог, перекрестков, бродов, мостов и взаимодействия их с другими объектами.

9. Сформированы модели размещения сторонних объектов с учетом взаимодействия с другими объектами на карте.

10. Разработано программное обеспечение с применением разработанной технологии, что позволило достигнуть повышения качества изображения представляемого оператору тренажера.

11. Разработанные в диссертации подходы апробированы путем использования при проектировании реальных тренажерных систем, на предприятии ОАО "Центральное конструкторское бюро аппаратостроения", что подтверждается соответствующими актами использования.

1. Автомобильные тренажеры / B.C. Гуслиц, и др... - М.: Транспорт, 1975.-97 с.

2. Алимов И.Д. Авиационные тренажеры для летного и технического состава / И.Д. Алимов, Р.А. Закиров. // Итоги науки и техники: Воздушный транспорт. М.: ВИНИТИ, 1976. - 206 с.

3. Аммерал Л. Машинная графика на персональном компьютере / Л. Аммерал. М.: Сол Систем, 1992. - 230 с.

4. Андриянов А.В. Цифровая обработка информации в измерительных приборах и системах / А.В. Андриянов, И.И. Шпак. Минск: Вышэйшая школа, 1987.- 176 с.

5. Артамонов Г.Т. Топология сетей ЭВМ и многопроцессорных систем / Г.Т. Артамонов, В.Д. Тюрин. М.: Радио и связь, 1991. - 248 с.

6. Бабенко B.C. Имитаторы визуальной обстановки тренажерных летательных аппаратов / B.C. Бабенко. М.: Машиностроение, 1978. - 142 с.

7. Компьютерная графика: первое знакомство / Боресков А.В., и др.. -М.: Финансы и статистика, 1996. 176 с.

8. Бобрышев Д.Н. Организация управления разработками новой техники / Д.Н. Бобрышев. М.: Экономика, 1971. - 167 с.

9. Боднер В.А. Авиационные тренажеры / В.А. Боднер, Р.А. Закиров, И.И. Смирнова. М.: Машиностроение, 1978. - 192 с.

10. Боднер В.А. Оператор и летательный аппарата / В.А. Боднер. М.: Машиностроение, 1976. - 222 с.

11. Бойко Е.И. Время реакции человека / Е.И. Бойко. — М.: Медицина, 1964.-440 с.

12. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем / Н.П. Бусленко. -М.: Наука, 1968.-356 с.

13. Бусленко В.Н. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем / В.Н. Бусленко. М.: Наука, 1977. - 239 с.

14. Бутаков Е.А. Обработка изображений на ЭВМ / Е.А. Бутаков, В.И.

15. Островский, JI.И. Фадеев. М.: Радио и связь, 1987. - 236 с.

16. Венда В.Ф. Инженерная психология и синтез систем отображения информации / В.Ф. Венда. М.: Машиностроение, 1975. - 395 с.

17. Венда В.Ф. Средства отображения информации / В.Ф. Венда. М.: Энергоатомиздат, 1969. - 304 с.

18. Венда В.Ф. Видеотерминалы в информационном взаимодействии: Инженерно-психологические аспекты / В.Ф. Венда. М.: Энергия, 1980. - 200 с.

19. Веников В.А. Применение теории подобия и физического моделирования в электротехнике / В.А. Веников. М.: ГЭИ, 1949. - 196 с.

20. Веников В.А. Теория подобия и моделирование / В.А. Веников, Г.В. Веников. М.: Высшая школа, 1984. - 440 с.

21. Вилкис Э.И. Решения: теория, информация, моделирование / Э.И. Вилкис, Е.З. Майминас. М.: Радио и связь, 1981. - 328 с.

22. Виттих В.А. Оптимизация бортовых систем сбора и обработки данных / В.А. Виттих, В.А. Цыбатов. М.: Наука, 1985. - 176 с.

23. Вунш Г. Теория систем / Г. Вунш. М.: Сов. радио, 1978. - 288 с.

24. Гольберг Л.М. Цифровая обработка сигналов / Л.М. Гольберг. М.: Радио и связь, 1990. - 325 с.

25. Грановский В.А. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях / В.А. Грановский, Т.Н. Сирая. Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 288 с.

26. Гухман А.А. Введение в теорию подобия / А.А. Гухман. М.: Высшая школа, 1973. - 206 с.

27. Даджион Д. Цифровая обработка многомерных сигналов / Д. Дад-жион, Р. Мерсеро. М.: Мир, 1988. - 488 с.

28. Денисов В.Г. Инженерная психология в авиации и космонавтике / В.Г. Денисов, В.Ф. Онищенко. М.: Машиностроение, 1972. - 316 с.

29. Динамическое моделирование и испытания технических систем / И.Д.Качубиевский, и др.. М.: Энергия, 1978. - 302 с.

30. Долгоносов Н.С. Участковые тренажеры регулирования технологических параметров энергоблока / Н.С. Долгоносов, Р.Д. Ципцюра. Киев: Знание. 1978.-40 с.

31. Журавлев Г.Е. Модель работы оператора в режиме дизъюнктивного реагирования / Г.Е. Журавлев. // Проблемы инженерной психологии. Вып. III. -М.: Изд-во АН СССР, 1968. С. 70 - 79.

32. Загляднов И.Ю. Построение изображений на экране персональной ЭВМ / И.Ю. Загляднов, В.Н. Касаткин. Киев: Тэхника, 1990. - 116 с.

33. Зайцев B.C. Системный анализ операторской деятельности / B.C. Зайцев М.: Радио и связь, 1990. - 120 с.

34. Закиров Р.А. Какими быть тренажерам? / Р.А. Закиров, В.М. Рубин // Авиация и космонавтика. № 10. - 1978. - С. 46 - 47.

35. Иванов В.П. Трехмерная компьютерная графика / В.П. Иванов, А.С. Батраков. М.: Радио и связь, 1995. - 224 с.

36. Игнатьев В.М. Системы отображения, записи и ввода видеоинформации повышенных объемов и плотности / В.М. Игнатьев Саратов: СГУ, 1990. - 160 с.

37. Ильин A.M. Концепция формирования фоно-целевой обстановки в тренажерах / A.M. Ильин, С.А. Курочкин. // Известия ТулГУ. Серия: Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Том 1. Вып. 2. Системы управления. Тула: ТулГУ, 2005.

38. Ильин A.M. Моделирование области перехода двух материалов в фоно-целевой обстановке / A.M. Ильин. // Приборы и управление. Вып. 4. Тула: ТулГУ, 2006. С. 76- 85.

39. Ильин A.M. Моделирование рисунка области перехода двух материалов / A.M. Ильин. // Приборы и управление. Вып. 4. Тула: ТулГУ, 2006. -С. 85 - 87.

40. Ильин A.M. Влияние фоно-целевой обстановки на цели как элемент подобия / A.M. Ильин, С.А. Курочкин. // Приборы и управление. Вып. 4. Тула: ТулГУ, 2006. - С. .87 - 90.

41. Ильин A.M. Базовая основа для создания местности по цифровым картам / A.M. Ильин, Е.В. Ларкин. // Вестник ТулГУ. Серия: Вычислительная техника. Выпуск 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. - С. 31 - 37.Ильин A.M.

42. Ильин A.M. Построение рельефа фоноцелевой обстановки в вычислительных системах / A.M. Ильин. // Вестник ТулГУ. Серия: Вычислительная техника. Выпуск 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. - С. 37 - 44.

43. Ильин A.M. Освещение рельефа фоноцелевой обстановки / A.M. Ильин. // Интеллектуальные и информационные системы: Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Интеллект-2007». Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. - С. 84 - 86.

44. Иовенко О.В. Подготовка оперативного состава с помощью тренажеров / О.В. Иовенко, А.Г.Чачко. // Теплоэнергетика. № 11. - 1973. - С. 25 - 28.

45. Катыс Г.П. Обработка визуальной информации / Г.П. Катыс. М.: Машиностроение, 1990, - 320 с.

46. Кирпичев М.В. Теория подобия / М.В. Кирпичев. М.: Изд. АН СССР, 1953.-94 с.

47. Кирпичев М.В. Математические основы теории подобия / М.В. Кирпичев, П.К. Конаков М.: ГЭИ, 1949. - 87 с.

48. Клайн Д.С. Подобие и приближенные методы / Д.С. Клайн М.: Мир, 1968.-302 с.

49. Кондратенко Г.С. Прикладные модели управления случайными процессами / Г.С. Кондратенко — М.: Машиностроение, 1993. 224 с.

50. Котик М.А. Краткий курс инженерной психологии / М.А. Котик -Таллинн: Валгус, 1971. 292 с.

51. Котик М.А. Саморегуляция человека-оператора / М.А. Котик Таллинн: Валгус, 1971. - 164 с.

52. Копылов И.П. Математическое моделирование асинхронных машин / И.П. Копылов, Ф.А. Мамедов, В .Я. Беспалов М.: Энергия, 1969. - 97 с.

53. Коутс Д. Интерфейс "Человек-компьютер" / Д. Коутс, И. Влейминк. -М.: Мир, 1990. 501 с.

54. Кошкарёв А.В. Геоинформатика / А.В. Кошкарёв, B.C. Тикунов. -М.: Картгеоиздат-Геодезиздат, 1993. 213 с.

55. Краснощекое П.С. Принципы построения моделей / П.С. Краснощекое, А.А. Петров. М.: Изд-во МГУ, 1983. - 264 с.

56. Краус М. Измерительные информационные системы / М. Краус, Э. Вошни. М.: Мир, 1975. - 312 с.

57. Курочкин С.А. Математическое моделирование тренажерных систем / С.А. Курочкин, Е.В. Ларкин. // Математические методы в технике и технологиях. ММТТ-16. XVI Международная научная конференция. СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2003. - С. 201 - 202.

58. Курочкин С.А. Моделирование движения наземного объекта в тренажере / С.А. Курочкин, Е.В. Ларкин. // Проблемы специального машиностроения. Вып. 6. Т. 2. -Тула: ТулГУ, 2003. С. 190 - 197.

59. Курочкин С.А. Тренажер подвижного наземного объекта / С.А. Курочкин, В.Г. Нуждихин. // Приборы и управление. Тула: ТулГУ, 2003. - С. 57 -50.

60. Курочкин С.А. Об одном подходе к разработке тренажеров наземных комплексов / С.А. Курочкин. // Приборы и управление. — Тула: ТулГУ, 2003.-С. 41-47.

61. Курочкин С.А. Создание моделей объектов при проектировании тренажеров / С.А. Курочкин, А.В. Пушкин. // Проблемы специального машиностроения. Вып. 6. Т. 2. -Тула: ТулГУ, 2003. С. 188 - 190.

62. Ларкин Е.В.Отображение графической информации / Е.В. Ларкин, И.Е. Первак. Тула: ТулГУ, 2000. - 109 с.

63. Лапшин Е. Графика для IBM PC / Е. Лапшин М.: Солон, 1995. - 228с.

64. Леонов М.В. Эффективный алгоритм, реализующий замкнутый набор булевых операций над множествами многоугольников на плоскости / М.В. Леонов, А.Г. Никитин. / Препринт Института систем информатики СО РАН № 46. 1997.20 с.

65. Леонтьев А.Н. Переработка информации человеком в ситуации выбора / А.Н. Леонтьев, Е.П. Кринчик. // Инженерная психология. М.: МГУ, 1964.-с. 295 -325.

66. Литвак И.И. Основы построения аппаратуры отображения в автоматизированных системах / И.И. Литвак, Б.Ф. Ломов, И.Е. Соловейчик. М.: Советское радио, 1975. - 353 с.

67. Ломов Б.Ф. Человек и техника / Б.Ф. Ломов. М.: Советское радио, 1966. -464 с.

68. Мамонтов М.А. Аналогичность / М.А. Мамонтов. М.: Изд-во МО СССР, 1971.- 60 с.

69. Марасанов В.В. Модели связи человека с внешней средой / В.В. Ма-расанов. Кишинев.: Штиница, 1982. - 183 с.

70. Медведев С.С. О некоторых закономерностях в работе оператора / С.С. Медведев. // Автоматика и телемеханика. 1956. - Т. 17. - № 11. - С. 985

71. Мельник А.А. Тренажеры для обучения водителей / А.А. Мельник. -Киев: Техника, 1973. 140 с.

72. Месарович М. Общая теория систем: математические основы / М. Месарович, JI. Такахара. М.: Мир, 1978. - 312 с.

73. Методы инженерно-психологических исследований в авиации // Ред. Ю.П. Добро ленского. М.: Машиностроение, 1975. - 280 с.

74. Моделирование в тренажерных системах // Сб. Ин-та проблем моделирования в энергетике АН УССР. Киев: Наукова Думка, 1990. - 156 с.

75. Мозжечков В.А. Моделирование технических систем / В.А. Мозжечков. Тула: ТулГТУ, 1992. - 96 с.

76. Натурный эксперимент / Н.И. Баклашов, и др.. М.: Радио и связь, 1982.-300 с.

77. Никулин Е.А. Компьютерная геометрия и алгоритмы машинной графики / Е.А. Никулин. БХВ-Петербург, 2005. - 560 с.

78. Новик И.Б. О моделировании сложных систем / И.Б. Новик. М.: Мысль, 1965. - 325 с.

79. Очин Е.Ф. Вычислительные системы обработки изображений / Е.Ф. Очин. Л.: Энергоатомиздат, 1989. - 132 с.

80. Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений / Т. Павлидис. М.: Радио и связь, 1986. - 400 с.

81. Подчуфаров Ю.Б. Физико-математическое моделирование систем управления и комплексов / Ю.Б. Подчуфаров. М.: Физматгиз, 2002. - 168 с.

82. Подов Г.П. Инженерная психология в радиолокации / Г.П. Попов. -М.: Советское радио, 1971. 186 с.

83. Присняков В.Ф. Математическое моделирование переработки информации оператором человеко-машинных систем / В.Ф. Присняков, Л.М. Присняков. М.: Машиностроение, 1990. - 247 с.

84. Птачек М. Цифровое телевидение. Теория и техника / М. Птачек. -М.: Радио и связь, 1990. 528 с.

85. Роджерс Д. Математические основы машинной графики / Пер. с англ. / Д. Роджерс, Дж. Адаме. М.: Машиностроение, 1980. 204 с.

86. Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики / Д. Роджерс. М.: Мир, 1989. - 504 с.

87. РСН-88. Региональные нормы. Проектирование и строительство автомобильных дорог в Нечерноземной зоне РСФСР (с изм. 1990).

88. Седов Л.И. Методы подобия и размерностей в механике / Л.И. Седов. М.: Наука, 1981.-447 с.

89. Сипайлов Г.А. Математическое моделирование сложных машин / Г.А. Сипайлов, А.В. Лоос. М.: Высшая школа, 1980. - 175 с.

90. Скворцов А.В. Построение объединения, пересечения и разности произвольных многоугольников в среднем за линейное время с помощью триангуляции / А.В. Скворцов. // Вычислительные методы и программирование. 2002. Т.З. С. 116-123.

91. Скворцов А.В. Триангуляция Делоне и её применение / А.В. Скворцов. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. - 128 с.

92. Теория подобия и размерностей: Моделирование / П.М. Алабужев, и др.. М.: Высшая школа, 1068. - 208 с.

93. Трембан В.В. Физическое и математическое моделирование световых приборов /В.В. Трембан. М.: Энергия, 1977. - 144 с.

94. Тренажерные системы / В.Е.Шукшунов, и др.. М.: Машиностроение, 1981.-256 с.

95. Токарев В.Л. Выбор признаков в задаче идентификации сложного объекта / В.Л. Токарев // Научная сессия МИФИ 2008. Сборник научных трудов. - М. : МИФИ, 2008. - Т.11: Технологии разработки программных систем. Информационные технологии. - С. 53-55.

96. Фрейдзон И.Р. Математические модели в судовых обучающих комплексах / И.Р. Фрейдзон, Л.Г. Филиппов. Л.: Судостроение, 1972. - 350 с.

97. Хромов Л.И. Видеоинформатика. Передача и компьютерная обработка видеоинформации / Л.И. Хромов, А.К. Цыцулин, А.Н. Куликов. М.:

98. Машиностроение, 1990. 320 с.

99. Человеческий фактор: Эргономика комплексная научно-техническая дисциплина / Т. 1. / Ж. Кристенсен, и др.. - М.: Мир, 1991. - 599 с.

100. Человеческий фактор: Моделирование деятельности, профессиональное обучение и отбор операторов / Т. 3. / Д. Холдинг и др.. М.: Мир, 1991.-302 с.

101. Человеческий фактор: Эргономическое проектирование деятельности и систем / Т. 4. / Дж. О'Брайен, и др.. М.: Мир, 1991. - 496 с.

102. Шаракшанд А.С. Испытания сложных систем / А.С. Шаракшанд, И.Г. Железнов. М.: Высшая школа, 1974. - 180 с.

103. Шикин Е.В. Кривые и поверхности на экране компьютера: Руководство по сплайнам для пользователей / Е.В. Шикин, А.И. Плис. М.: Диалог МИФИ, 1996.-240 с.

104. Юб.Штейнбух К. Автоматы и человек / К. Штейнбух. М.: Советское радио, 1967. - 490 с.

105. Boisvert D. An integrated control view of synthetic actors / D. Boisvert, S. Mgnehat-Thalmann, D. Thalmann. // Theoretical foundations of computer graphics and CAD. Berlin: Springer-Verlag, 1988. - Pp. 277 - 283.

106. Brown D.A. Military use seen for visual simulators / D.A. Brown. // Aviation Week and Space Technology. N. 23. - Vol. 107. - 1977. - Pp. 60-63.

107. Brown D.A. Simulator aids aircraft / D.A. Brown. // Aviation Week and Space technology. Vol. 96. - N. 6. - 1972. - Pp. 38 - 41.

108. Brown L.L. Visual elements in flight simulation / L.L. Brown. // Aviation, Space and Environmental Medicine. N. 9. - Vol. 47. - 1976. - Pp. 19 - 28.

109. Grigoriadis K.M. Low order comtrol design for LMI problems using alternating projection methods / K.M. Grigoriadis, R.E. Skelton. // Automatica. 1995. -V. 32.-N. 8. Pp. 1117-1125.

110. Handberg C.O. Advanced CGI Visual technology reshapes pilot training possibilities / C.O. Handberg. // ICAO Bulletin. N. 4. - 1977. - Pp. 11 - 19.

111. Haxthausen B. Toward the zero hour what next for flight simulators / B.

112. Haxthausen. // Airline Management. N. 4. - 1972. - Pp. 18 - 22.114.0'Rourke J. A new linear algorithm for intersecting convex polygons / J. O'Rourke, C.B. Chi en, T. Olson. // Computer Graphics and Image Processing. 1982. V.19. P. 384-391.

113. Jacobs R.S. Simulator motion as a factor in flight director display evaluation / R.S. Jacobs, R.C. Williges, S.N. Poscol. // Humanity factor. - 1973. -Vol. 101.-Pp. 569-582.

114. Lee J. Comparison of existing methods for building triangular irregular network models of terrain from grid digital elevation models / J. Lee. // Int. Journal of GIS. 1991. Vol. 5. N. 3. P. 267-285.

115. Margalit A. An algorithm for computing the union, intersection of difference of two polygons / A. Margalit, G.D. Knott. // Computers & Graphics. 1989. Vol. 13. №2. P. 167-183.

116. McPhail G.D. Apollo External visual simulation display systems / G.D. McPhail. //AAIA Paper. N. 253. - 1967. - Pp. 61 - 74.

117. Rogers G.F. Techniques for computer graphics / G.F. Rogers, R.A. Earn-shaw. Berlin: Springer-Verlag, 1987. - 512 P.

118. Silveron S. Image processing / S. Silveron. // Computer Design 1995. -№ 10.-Pp. 137 - 139.

119. Stein K.J. USAP plans new stress an simulators / K.J. Stein. // Aviation Week and Space Technology. Vol. 96. N. 26. - 1972. - Pp. 147 - 154.

120. Welford A.T. On the human demands of automation, mental work, conceptual model, satisfaction and training / A.T. Welford. // Proc. of the XIV intern. Congress of Applied Psychology. Copenhagen, 1961. - V.5.

121. Yamaguchi F. Curves and surfaces in computer aided geometric design / F. Yamaguchi. Berlin: Springer-Verlag, 1988. - 378 p.