Исследование и разработка методов стереовизуализации аналитических машинных моделей

• Автор: Верхов, Павел Андреевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 158 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава I. Проблемы геометрического моделирования и визуализации динамических трехмерных сцен

1.1. Математические модели объектов и сцен

1.2. Формирование и преобразование моделей

1.3. Динамика объектов и сцен

1.4. Визуализация моделей

1.4.1. Методы проецирования и типы изображений

1.4.2. Методы вывода изображений на экран и особенности развития технических средств визуализации графических станций

1.5. Выводы Глава 2. Методы и алгоритмы визуализации структурноаналитической

модели
2.1. Моно изображения
2.1.1. Очерковые линии поверхности
2.1.2. Линия пересечения поверхностей
2.1.3. Окраска освещенных поверхностей
2.1.4. Определение видимости
2.1.5. Построение теней
2.2. Стерео изображения
2.2.1. Цветовое разделение пары изображений
2.2.2. Оптические затворы
2.3. Выводы
Глава 3. Использование средств визуализации динамических трехмерных
сцен в практических системах
3.1. Автоматизированная система формирования объекта в пространственной сцене
3.1.1 Описание системы
3.1.2. Алгоритмы визуализации геометрических объектов в сис теме
3.2. Автоматизированная система проектирования деталей гидравлики
3.2.1. Описание системы
3.2.2. Алгоритмы визуализации в системе
3.3. Комплекс компьютерных стерео игр
3.3.1 Описание комплекса
3.3.2. Описание игры Воздушная акробатика
3.3.3. Описание стерео игры Летающие шары
3.3.4. Особенности визуализации стерео игр
3.4. Анализ программ преобразования и визуализации поверхностей 2го порядка в практических системах
3.5. Выводы
Глава 4. Стерео визуализация в медицине
4.1. Проблемы создания компьютерного стерео эндоскопа
4.2. Формирование трехмерной машинной модели для сложных 8 поверхностей
4.3. Библиотека поверхностей компьютерного стерео эндоскопа
4.4. Стерео визуализация поверхностей, описываемых уравнениями высших порядков
4.5. Выводы
Заключение
Литература


Все многообразие существующих моделей можно представить в четырех группах и определить их как точечная, векторная, аналитическая и кинематическая. Точечная модель представляет собой последовательную запись значений координат (в любой системе) всех точек, составляющих проектируемую деталь. А = {хо,уо,7-о; хьуьгц . Для получения точного описания дегали необходимо иметь огромный массив записи координат точек. Такой метод записи (как частный случай) имеет применение в Z-бyфepax при определении невидимых линий или поверхностей [] и в видео моделях с последующим формированием страниц видео адаптера. Из-за большого объема записи для трехмерных деталей практически не используется. Ввод информации об объекте требует большого ручного труда оператора. Векторная модель. Простота обработки геометрической информации, представленной в памяти ЭВМ в виде точечных множеств, дала толчок к разработке методов описания геометрической информации цифровыми множествами. В работах С. И. Хмельника [,] представлен способ построения позиционных кодов векторов, основанный на объединении позиционных кодов чисел - проекций векторов. Алгоритмы этих операций технически легко реализуются. А, которым приписано единичное значение. Простым видом записи информации является запись множеств А. Более экономным видом записи является описание фигур геометрическим кодом, имеющим структуру дерева, ветви которого составлены из позиционных кодов. Свойства геометрических ккэдов имеют подробное описание в работе []. Исследования в этом направлении в дальнейшем приняли широкий размах. В работе [1] даны примеры практической реализации описаний геометрических фигур с помощью кодов в современных графических системах. Недостатком метода является то, что он использует линейную аппроксимацию, требует создания промежуточной каркасной модели и больших объемов памяти при записи объектов сложной геометрической формы. Для создания реалистических изображений при визуализации используются сложные алгоритмы сглаживания плоскостных аппроксимаций для формировании полутоновых изображений. По сравнению с точечной моделью векторная модель более компактна. Ввод информации о геометрическом объекте в векторной модели, как и в точечной модели трудоемок. Аналитические модели. Алгебрологический способ описания геометрических объектов рассмотрен в работах [3,]. П, Г2, . П = Р(,, . Бп), использующим операции объединения, отрицания и замкнутого пересечения. Г)ЗаВ9л((д(ул((1л0)- 1))уГ)7)уГ)4) представляет собой теоретико-множественное описание объекта О. Алгебраические и канонические параметры сводятся в таблицу заданий. Для определения видимости линий при построении проекций детали алгебрологический способ используется совместно с способом задания геометрических объектов О в виде пространственного топологического ориентированного графа С(В), представляющего собой объединение топологических ориентированных графов С(П) всех граней объекта. Каждый топологический ориентированный граф С(П) записывается в виде матрицы смежности вершин и матрицы смежности дуг. При описании деталей, ограниченных поверхностями 2-го порядка, дуги графов 0(П) аппроксимируются отрезками прямых, а запись дуги должна содержать несколько точек. Это приводит к увеличению объема записи исходной информации. При довольно большом объеме записи информации об объекте Э в виде матриц смежности вершин и матриц смежности дуг каждой грани, таблиц алгебраических, канонических заданий и формул теоретико-множественного описания объекта в работах [3,] не дается никакого подхода к составлению этих видов записей машинными способами. Кусочно-аналитический способ записи информации о геометрическом объекте изложен в работе []. Описание деталей ведется в декартовой системе координат, которая расположена по отношению к детали всегда в определенном положении. Пусть РЦ1=1,2,. Коэффициенты уравнения поверхности Р1 обозначаются в системе координат через А]0=1,2,. Э-ой линии пересечения двух элементарных поверхностей, лежащей целиком на поверхности детали, обозначается Вг(г=1Д.