Методы синтеза трехмерных сцен в информационно-измерительных системах на основе неявно заданных поверхностей

• Автор: Первак, Ирина Евгеньевна
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 142 с.

Содержание
Введение
1. Основы синтеза трехмерных изображений графических
интерфейсов информационно-измерительных систем
1.1. Формирование моделей изображений в информационно-измерительных системах
1.2. Способы описания поверхностей
трехмерных объектов
1.3. Основы моделирования свойств поверхностей
трехмерных объектов
1.3.1. Моделирование условий освещения
1.3.2. Закраска поверхности моделируемого объекта
1.3.3. Детализация поверхности
1.4. Исследование спектров синтезированных изображений
1.5. Выводы
2. Применение теории скалярных полей при моделировании поверхности пространственных объектов
2.1. Представление скалярного поля метабол-объекта
в виде суперпозиции скалярных полей его компонентов
2.2. Формирование метабол-объекта в результате взаимодействия полей компонентов
2.3. Компоненты метабол-объектов
2.4. Вычисление значений скалярного поля метабол-объекта
вдоль произвольного проецирующего луча
2.5. Выводы
3. Основные операции над метабол-объектами, расширяющие

возможности построения реалистичных сцен графических интерфейсов иформационно-измерительных систем
3.1. Метод деформации метабол-объектов на основе
аффинных преобразований его компонентов
3.2. Операции булевой алгебры над метабол-объектами
3.3. Метод двумерного текстурирования метабол-объектов
3.4. Выводы
4. Построение изображений метабол-объектов и расчет
их спектральных характеристик
4.1. Визуализация неявных поверхностей методом
трассировки лучей
4.2. Метод полигонализации поверхностей
метабол-объектов
4.3. Расчет спектра проекции трехмерного объекта,
заданного в виде треугольной сетки
4.4. Спектр Фурье ортогональной проекции
треугольной грани
4.5. Исследование производительности алгоритма триангуляции и выводы по спектральному
анализу изображения
4.6. Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение 1. Программа триангуляции неявно заданных
поверхностей
Приложение 2. Акты внедрения в промышленность и в
учебный процесс

Введение
Актуальность темы. Исключительно интенсивное развитие в настоящий момент получили интерфейсы информационно-измерительных систем, построенные с применением средств машинной графики [2, 21, 37,44].
Широкое внедрение подобных интерфейсов определяется тем, что информация, содержащаяся в изображении, представлена в наиболее концентрированной форме, и для ее восприятия пользователю достаточно иметь относительно небольшой объем специальных знаний. Но подобные интерфейсы (наряду со своей высокой информативностью) имеют принципиальные недостатки: большие вычислительные затраты и низкое быстродействие. С целью повышения скорости их функционирования и снижения вычислительных затрат необходимо усовершенствование методов и алгоритмов, лежащих в основе построения интерфейсов для формирования реалистических изображений трехмерных сцен.
Указанные обстоятельства обусловили выбор объекта исследования диссертации, которым является аппаратно - программный графический интерфейс информационно-измерительных систем.
При формировании реалистичных изображений должна обеспечиваться передача всей совокупности изобразительных свойств: объемность, расположение предметов в сцене, полутона, цвет, текстура поверхности [19, 20, 24]. Поэтому теоретические исследования последних лет в значительной мере были направлены на разработку методов и средств отображения характеристик сцен в синтезируемом изображении. Этой проблемой занимались отечественные и зарубежные ученые: В.В. Александров, В.П. Батраков, Д. Роджерс, У. Прэтт и другие, но предложенные ими алгоритмы зачастую отличались очень большими вычислительными затратами.

Изложенное может быть сформулировано в виде теоремы отсчетов.
Теорема 1.
При дискретизации сигнала л(?,х, у), имеющего область ненулевых значений спектра (ширину симметричного спектра), ограниченную параллелепипедом со сторонами Ь{, Ьх, Ьу, идеальным дискретизатором, измеряющим сигнал с периодами Т, X, У, должны выполняться неравенства: Ь{ <2%Т~1, Ьх < 2пХ~1, Ьу <2лУ~1 (в переводной литературе эти условия называются
условиями Найквиста).
В приведенных рассуждениях о дискретизации предполагалось, что функция 5'(/) является детерминированной. Подобный вывод справедлив и в случае дискретизации случайных сигналов. В этом случае вместо спектра речь, как правило, идет о спектральной плотности, которая выражается в виде:
[£((0,,со*,а»у)]2 = $К((,х,у)ехр11-]((д11 + (охх + 00уу)с?(<Тхс/у, (1.16)
где К(1, х, у) - корреляционная функция трехмерного случайного сигнала.
Следует отметить, что при дискретизации многомерных сигналов отсчеты дискретизирующей функции могут иметь регулярную структуру, но располагаться в узлах не прямоугольной, а, например, гексагональной решетки. В ряде случаев это позволяет понизить требования к частоте отсчетов при дискретизации, вследствие чего используется в системах с высоким разрешением.