Методы компьютерного синтеза изображений для решения задач управления космическими аппаратами

• Автор: Олейник, Александр Георгиевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 131 с. : ил

Содержание
Введение

Слава 1. Введение в ТВР.

1 1 Определение термина виртуальная реальность

1.2 Основные этапы возникновения и развития технологии виртуальной реальности

13 Основные компоненты систем, основанных на технологии виртуальной реальности

1.4 Классификация систем, основанных на ТВР .5 1 5 Цели и задачи систем, основанных на ТВР

16 Применение ТВР в космической науке и промышленности

1 7 Определение направления исследований в ТВР

Глава 2. Алгоритмы и методы компьютерного синтеза изображений.

2.1 Критерии сравнения алгоритмов и методов построения изображений

2.2 Алгоритмы и методы генерации изображений
2.2.1 Метод трассировки лучей
2.2.1.1 Метод прямой трассировки лучей
2.2. .2 Метод обратной трассировки лучей
22.1.3 Определение освещенности
22. .4 Достоинства и недостатки метода трассировки лучей
22.2 Метод излучательности
22.2.1 Разбиение поверхности на фрагменты
22.2.2 Вычисление формфакторов
22.2.3 Решение уравнения излучательности.
22.2.4 Храпение рассчитанных значений формфакторов
22.2.5 Сходимость и измерение ошибки
2.2.6 Методы сохранения результатов вычисленных значений излучательности
2.2.7 Изменение окружения и уточнение изображения
228 Использование многопроцессорных ЭВМ

2.2.2.9 Рендеринг
2.2.2. Достоинства и недостатки метода излучательности
2.2.3 Метод буфера
2.2.4 Метод преобразования модели на землю и отрисовка ее как тени
2.2.4.1 Бесконечно удаленный источник света
2.2.4.2 Источник на конечном расстоянии
2.2.5 Метод теневых объмов
2.3 Сравнение эффективности алгоритмов и методов генерации изображений
2.4 Выводы Глава 3. Разработка обобщенной математической модели движения КА
3.1 Модель движения относительно центра масс
3.2 Механический момент
3.3 Уравнения движения центра масс
3.4 Использование кватернионов для решения системы уравнений
3.5 Реализация математической модели движения КА ОкеаиО Глава 4. Применение ТВР при управлении движением КА ОкеанО
4.1 Краткое описание КА ОкеанО
4.2 Управление КА ОкеанО в нештатной ситуации
4.3 Исследование различных режимов движения КА ОкеанО
4.4 Использование ТВР для анализа движения КА ОкеанО
4.5 Алгоритм управления КА ОкеанО с помощью СБ и ТВР
Заключение
Литература


Во второй главе проводится анализ существующих методов генерации изображений и дается их классификация. Формулируются критерии для сравнения различных алгоритмов и методов построения изображений. Даются рекомендации по использованию технологии компьютерного синтеза изображений для различных задач космонавтики. Проводится сравнительный анализ эффективности алгоритмов генерации изображений, на основании которого делается выбор алгоритма, удовлетворяющего требованиям, выдвигаемым для решения практических задач управления полетом КА. Третья глава диссертации посвящена разработке программы, реализующей модель движения КА «Океан-О», которая затем использовалась для анализа характера движения КА в виртуальной среде. Описываются уравнения движения и математические модели моментов, входящих в уравнение. Рассматривается программная реализация математической модели движения КА относительно центра масс для спутника ДЗЗ «Океан-О». Описываются структура и основные компоненты программы. Описывается созданный на основе технологии клиент-сервер интерфейс взаимодействия программы, реализующей математическую модель движения КА, и программы, осуществляющей визуализацию полученных результатов. Четвертая глава посвящена практическому применению разработанных в диссертации моделей и программ визуализации и расчетов движения КА «Океан-О» для управления его полетом в нештатном режиме с помощью СБ. Теоретически обосновывается способ управления КА «Океан-О» в нештатном режиме с помощью периодической коррекции положения СБ. В заключении приводятся основные результаты работы. Разработанные в диссертации математические модели, алгоритмы и программы использованы специалистами ЦНИИМАШ, НПО «ЮЖМАШ» при решении задач визуального анализа нештатного режима управления полетом КА «Океан-О» с помощью изменения положения солнечной батареи. Кроме того, результаты работы использованы з качестве учебных пособий в Самарском государственном аэрокосмическом университете имени академика С. П. Королева и Московском государственном университете леса на кафедре САУ. Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на научных семинарах в ЦНИИМАШ и в процессе подготовки научно-технических отчетов по темам «ОРЕЛ» и «ГРИФ», выполняемых предприятием ЦНИИМАШ-ЭКСПОРТ в рамках ФКП России. Результаты исследований были опубликованы в отечественных и зарубежных специализированных изданиях, а также докладывались и получили одобрение на всероссийских и международных научных конференциях (всего публикаций). Проведен анализ применимости различных алгоритмов компьютерного синтеза изображений для решения задачи визуализации модельных исследований в области динамики движения КА. В результате анализа показана эффективность применения технологии компьютерного синтеза изображений для решения задач управления движением КА. Сформулированы критерии выбора алгоритмов генерации изображений применительно к решению задач управления КА в режиме реального времени. На основании выбранных критериев сделаны выводы о возможности применения алгоритмов визуализации для решения задач управления КА. Создана программа на языке С++, реализующая математическую модель движения КА «Океан-О» относительно центра масс. Разработаны алгоритм и проірамма трехмерной визуализации результатов численных исследований движения КА относительно центра масс с применением технологии клиент-сервер в качестве интерфейса. По результатам модельных исследований движения КА относительно центра масс с помощью ТВР проведен анализ и разработан алгоритм управления КА «Океан-О» в нештатном режиме эксплуатации. Математическую модель, алгоритм и программу, реализующие компьютерную визуализацию результатов расчетов движения КА относительно центра масс. Рекомендации по использованию технологии компьютерного синтеза изображений для решения различных задач космонавтики. Программу, реализующую модель движения КА относительно центра масс и исследование с ее помощью различных режимов движения КА «Океан-О». Результаты анализа движения и алгоритм управления КА «Океан-О» с использованием ТВР.