Использование индуцированной виртуальной среды для анализа взаиморасположения объектов

• Автор: Подшивалов, Алексей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 77 с. : ил.

Введение

Глава 1. Проблемы анализа взаиморасположения объектов в системах

моделирования

1.1 Определение пространственного положения объектов.

1.2 Анализ взаиморасположения для ЗЭ объектов.

1.2.1 Трехмерные модели объектов.

1.2.2 Обзор методов анализа взаиморасположения объектов.

1.2.3 Метод ориентированных ограничивающих объемов ОВВ.

1.3 Виртуальная среда ВиС в системах моделирования. Автономная ВиС, индуцированная ВиС.

Глава 2 Методы идентификации пространственного положения объектов на основе

регистрации координат опорных узлов

2.1 Развитие концепции управления с обратной связью с использованием индуцированной виртуальной среды ИВиС.
2.1.1 ИВиС носитель обратной связи.
2.1.2 Роль априорной информации при реконструкции ИВиС.
2.1.3 Применение ИВиС в системах управления.
2.2 Определение пространственного положения объектов в ИВиС с использованием высокоточных маркеров.
2.2.1 Определение положения объектов методом минимизации функции невязки координат маркеров.
2.2.2 Исследование условий применимости метода.
2.3 Алгоритмы анализа взаиморасположения для объектов высокой
сложности.
2.3.1 Применение метода ОВВ для анализа взаиморасположения ЗОобъектов в условиях бортовых систем.
2.3.2 Адаптация алгоритмов анализа взаиморасположения для деформируемых объектов.
2.3.3 Оценки качества предложенных методов.
Глава 3 Инструментальные средства анализа взаиморасположения объектов
3.1 Подсистема хранения трехмерных моделей объектов.
3.2 Библиотеки для решения задач определения положения объектов и
анализа их взаиморасположения.
3.3 Подсистема визуализации.
Глава 4 Применение методов идентификации пространственного положения
объектов с использованием инструментальных средств
4.1 Проведение испытаний по анализу взаиморасположения элементов космических станций.
4.2 Интерпретация результатов испытаний.
Основные результаты работы
Литература


Физическая система и система моделирования функционируют параллельно, а состояние и поведение моделей объектов воспроизводится на основе информации, поступившей на текущий момент времени. Характерным примером является моделирование процессов стыковки и сборки сложных элементов орбитальных станций. Использование существующих подходов далеко не всегда позволяет решать подобные задачи за приемлемое время. Актуальным на сегодняшний день является проблема создания и применения новых подходов к построению таких систем моделирования. Новые подходы к построению систем могут быть получены с использованием методов технологии "виртуальная реальность" [, ]. Рассмотрим подробнее основное понятие, присущее системам моделирования, а именно, понятие «виртуальная среда» (ВиС). В виртуальную среду помещены модель наблюдаемой среды и модели находящихся в ней объектов. Виртуальная среда может существовать независимо от существования реальной среды - в этом случае будем называть ее автономной. К этому классу относятся разнообразные тренажерные системы, предназначенные, как правило, для обучения навыкам вождения, управления летательными аппаратами и т. Существует большое количество систем имитационного моделирования для изучения поведения так называемых «больших систем» из областей экономики, экологии, а также военных областей [8, ]. Кроме того, к системам с автономной ВиС можно отнести и средства для создания виртуальных миров []. В рамках данной работы больший интерес представляют системы, в которых виртуальная и реальная среды функционируют параллельно. В случае, если виртуальная среда воссоздается на основе информации, поступающей из реальной системы, будем называть ее индуцированной. К классу систем с индуцированной ВиС относятся медицинские системы, позволяющие с помощью специальных инструментов наблюдать за состоянием внутренних органов без оперативного вмешательства []. К этому классу относятся большинство систем телеприсутствия. Они делятся на системы удаленного присутствия, в которых виртуальная среда отражает состояние удаленных объектов, например, роботов, работающих в опасных для человеческой жизни условиях [7, ], и системы телеобщения, в которых человек тем или иным образом представлен в виртуальном пространстве и может взаимодействовать с искусственными агентами или личностями []. Наблюдается следующая картина использования существующих систем моделирования. То есть основой большинства систем является система отображения, предназначенная для создания визуальных, звуковых, тактильных, гравитационных эффектов. Однако индуцированные виртуальные среды могут быть использованы не только как средство отображения состояния объектов, но и как основа при создании систем управления зтими объектами. Рассмотрим подробнее процесс воссоздания состояния моделей объектов в виртуальной среде. В классической постановке в системах управления сигнал обратной связи целиком извлекается из физической системы [9]. Это означает, что в систему управления необходимо передавать всю информацию, необходимую для формирования управляющего воздействия, что может быть неэффективно при высокой сложности управляемых объектов. В технических системах большой процент информации о свойствах моделей объектов часто известен заранее (например, конструкторская документация). При совместном использовании априорной и апостериорной информации методы слежения за объектами и воссоздания их состояния могут быть упрощены, а объемы информации, передаваемой из физической среды в систему управления, радикально понижены. Таким образом, индуцированная виртуальная среда может быть использована для создания принципиально новых подходов при моделировании и управлении объектами. Отметим, что в данной работе не рассматриваются традиционные аспекты систем моделирования, связанные с отображением. В разделе 2. Одной из актуальных проблем при реконструкции индуцированной виртуальной среды (то есть восстановлении состояния объектов и окружающей среды) является задача определения положения объектов в пространстве.