Математическое и алгоритмическое обеспечение для системы визуализации в САПР

• Автор: Котов, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 197 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ В ОБЛАСТИ АЛГОРИТМОВ И МЕТОДОВ ВИЗУАЛИЗАЦИИ В САПР

1.1 Введение в системы визуализации для САПР.

1.2 Уравнении визуализации и метод глобального освещения

1.3 Введении в трассировку лучей.

1.3.1 Радиометрические величины

1.3.2 Свойства светимости

1.3.3 Взаимодействие света с поверхностями.

1.3.4 Алгоритмы трассировки лучей

1.3.5 Алгоритм обратной трассировки лучей

1.4 Обзор методов и подходов решения уравнения визуализации

1.4.1 Методы и подходы повышения скорости решения уравнения визуализации и отдельных его частей
1.5 Обзор методов и подходов нахождения точки пересечения луча с треугольником
1.5.1 Нахождение точки пересечения в 3с1 пространстве
1.5.2 Нахождение точки пересечения в пространстве.
1.6 Классификация стратегий выбора точек на плоскости создаваемого изображения.
1.6.1 Равномерная трассировка
1.6.2 Адаптивная трассировка.
1.6.3 Иерархическая трассировка
1.6.4 Стохастическая трассировка.
1.6.5 Со случайным распределением
1.6.6 С разделением на ячейки
1.6.7 Случайное распределение по Пуассону
1.7 Методы и подходы ускорения трассировки лучей.
1.7.1 Структуры пространственной сортировки и разбиения
1.7.1.1 Иерархия ограничивающих объемов.
1.7.1.2 Регулярная сетка
1.7.1.3 Восьмеричное дерево.
1.7.1.4 КОдерево.
1.7.2 Объединение лучей в наборы.
1.7.3 Трассировка лучей по УиттедуТ.ТпИес1 и метод распределнной трассировки лучей.
1.7.4 Обзор последних наработок в области ускорения трассировки лучей
1.8 Цель и постановка задачи исследований
1.9 Выводы.
2 РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕССА ВИЗУАЛИЗАЦИИ.
2.1 Обобщнная модель процесса определения областей проявления
СТУПЕНЧАТОГО ЭФФЕКТА ЦВЕТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ НА ИЗОБРАЖЕНИИ ПРИ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ТРХМЕРНОЙ СЦЕНЫ
2.1.1 Алгоритм определения областей проявления ступенчатого
ЭФФЕКТА ЦВЕТОВЫХ ПЕРЕХОДОВ НА ИЗОБРАЖЕНИИ ПРИ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ТРХМЕРНОЙ СЦЕНЫ.
2.2 Метод хранения и повторного использования информации о вкладе ИС в освещение трхмерной сцены
2.3 Подход компактного представления кэдерева для систем трхмерной визуализации.
2.4 Метод кластерной трассировки лучей для систем визуализации, основанных на трассировке лучей 1
2.5 Выводы
3 АЛГОРИТМЫ РЕАЛИЗАЦИИ ПРЕДЛОЖЕННЫХ МЕТОДОВ.
3.1 Алгоритм определения областей проявления ступенчатого эффекта цветовых переходов па изображении при визуализации трхмерной СЦЕНЫ
3.2 Алгоритм реализации подхода храпения и повторного использования информации о вкладе ИС в освещение трхмерной сцены
3.3 Алгоритм построения компактного кодерева для систем трхмерной визуализации
3.4 Алгоритм кластерной трассировки лучей
3.5 Выводы.
4 ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ
4.1 Структура и организация взаимодействия блоков разработанной системы визуализации для САПР
4.2 Условия тестирования.
4.3 Исследование алгоритма определения областей проявления ступенчатого эффекта цветовых переходов на изображении при визуализации трхмерной сцены
4.4 Исследование метода хранения и повторного использования информации о вкладе ИС в освещение трхмерной сцены
4.5 Исследование затрат памяти и скорости трассировки лучей с использованием предложенной структуры компактного кодерева для систем трхмерной визуализации.
4.6 Исследование алгоритма кластерной трассировки лучей
4.7 Сравнение времени визуализации со временем визуализации при использовании существующих подсистем визуализации
4.8 Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Приведено описание аппаратного обеспечения системы, на которой осуществлялось исследование производительности всех методов, с которыми производилось сравнение, а также предложенных методов. Приведено описание алгоритма сохранения и повторного использования информации о вкладе ИС в результат визуализации. Приведено описание алгоритма построения компактного кс1дерева для систем трхмерной визуализации для САПР. Дано описание алгоритма кластерной трассировки лучей. В четвртой главе описаны условия тестирования проведено исследование скорости работы алгоритма определения областей проявления ступенчатого эффекта цветовых переходов на изображении при визуализации трхмерной сцены. Приведены примеры результатов визуализации. Проведено исследование затрат памяти и скорости трассировки лучей с использованием предложенной структуры компактного кбдерева для систем трхмерной визуализации. Дано сравнение затрат памяти и скорости трассировки с использованием предложенного метода в сравнении с одним из новейших подходов представления кбдерсва. Проведено исследование алгоритма формирования кластеров в методе кластерной трассировки лучей. Приведены результаты сравнения времени выполнения трассировки лучей со временем пакетной трассировки. Показано, что применение разработанных методов, подходов и алгоритмов позволяет получать результат визуализации за меньшее время. В системах автоматизированного проектирования САПР, используемых в строительстве, архитектуре, дизайне, инженерных и конструкторских проектах есть функция визуализации моделирования освещения трхмерной сцены проекта с целью получения предполагаемого внешнего вида объекта без необходимости его физического воплощения. Архитектурные фирмы используют визуализацию для демонстрации разработанных ими проектов для привлечения потенциальных заказчиков на тендерах и конкурсах. Фирмызастройщики используют визуализацию для наглядной иллюстрации строящегося объекта в законченном состоянии своим потенциальным клиентам. Дизайнеры используют визуализацию для предоставления своим клиентам иллюстрации будущего жилого помещения или офиса, внешней отделки здания, подъезда, магазина, любого другого интерьера помещения или экстерьера какоголибо строения, а также для визуального отображения любого концептуального дизайнерского проекта. Инженеры и конструктора применяют визуализацию проектных решений в САПР для оценки визуального представления проекта а также для получения результата визуализации как разновидности результата выполнения проекта. В ходе работы над проектом производится ряд промежуточных визуализаций проектного решения, служащих для оценки внешнего вида проекта с конкретных ракурсов, для оценки освещения, материалов, используемых в проекте, а также, возможно, для ряда других целей. На конечных стадиях производства проекта производится финальная визуализация визуализация, выполненная в максимально достижимом соответствии с целями, поставленными при формулировании требований к проекту. Получение финальной визуализации является одной из основных целей создания трхмерной модели проекта. Результатом финальной визуализации является изображение в случае визуализации видеоряда производится визуализация более чем одного кадра, где количество кадров зависит от настроек, установленных специалистом по визуализации. Финальная визуализация отличается от промежуточной настройками, обеспечивающими вычислительную нагрузку, существенно превосходящую вычислительную нагрузку при промежуточных визуализациях, а также более высоким разрешением получаемого изображения. При производстве финальной визуализации проектного решения какоголибо инженерного или конструкторского проекта, архитектурного строения или дизайнерского проекта, в частности, интерьера жилого или нежилого помещения, фасада здания, подъезда, выставочного павильона, коттеджного послка, автостоянки, моста, памятника, железнодорожной станции или аэропорта, а также любого другого архитектурного объекта или сооружения основной проблемой являются чрезмерно большие затраты времени, требуемые на визуализацию.