Разработка методики и алгоритмов имитации местности и мишенной обстановки в стрелковых тренажерах

• Автор: Смирнов, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.13.18, 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 163 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ И ОБОСНОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ПОДСИСТЕМЕ ВИЗУАЛИЗАЦИИ СТРЕЛКОВОГО ТРЕНАЖЕРА.

1.1 Анализ методов отображения местности и мишенной обстановки.

1.2 Анализ методов моделирования рельефа местности.

1.3 Анализ методов определения точки наведения.

1.4 Анализ методов определении точки попадания.

1.5 Цели и задачи исследования.

1.6 Выводы по первой главе.

2 МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕСТНОСТИ, МЕСТНЫХ ПРЕДМЕТОВ, ЦЕЛЕЙ И ТРАЕКТОРИИ СТРЕЛЬБЫ

2.1 Система координат стрельбища.
2.2 Задание и учет рельефа местности.
2.2.1 Представление рельефа
2.2.2 Расчет высоты произвольной точки.
2.3 Отображение целей и местных объектов.
2.3.1 Отображение фона.
2.3.2 Огображсние плоских целей
2.3.3 Оценка ошибки позиционирования изображений целей.
2.3.4 Отображение трехмерных целей и пост роение сцены.
2.4 Определение точки наведении
2.5 Решение задачи встречи.
2.6 Создание сценариев.
2.7 Выводы по второй главе.
3 АЛГОРИТМЫ ОТОБРАЖЕНИЯ МЕСТНОСТИ И МИШЕННОЙ ОБСТАНОВКИ
3.1 Алгоритм задания рельефа местности.
3.2 Алгоритм отображения цели
3.3 Алгоритм определения точки попадания.
3.4 Алгоритм управления ходом сценария.
3.5 Выводы по третьей главе
4 И ССЛЕДОВАН ИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ
РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ.
4.1 Исследование алгоритма масштабировании.
4.2 Визуальная оценка качества отображения неподвижной цели при различных коэффициентах масштабирования
4.3 Оценка быстродействия алгоритма поиска точки попадания.
4.4 Выводы но четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Научная новизна: в результате проведенных исследований были разработаны методика и алгоритмы отображения местности и мишенной обстановки для компьютерных стрелковых тренажеров, позволяющие добиться высокой степени реалистичности изображения в условиях ограниченного быстродействия, низкого разрешения устройств отображения, позволяющие работать в реальном времени. Предложен и исследован алгоритм вывода изображений целей и местных объектов, использующий двумерное изображение объекта и структуру, описывающую видимость каждого пикселя изображения из точки наблюдения («матрицу видимости») и положение объекта в трехмерном пространстве стрельбища («зону видимости»). Алгоритм содержит специальные процедуры обработки «зон видимости», позволяющие получить описание видимой части цели при любом положении объектов и рельефе стрельбища, что позволяет достичь высокой реалистичности элементов сцены при низких требованиях к быстродействию. Предложена методика описания и учета рельефа местности, использующая представление информации о рельефе в виде матрицы (карты) высот и ориентированная на экранирование плоских целей, позволившая обеспечить реалистичность изображения местности и мишенной обстановки в целом при работе в режиме реального времени. Предложен и исследован алгоритм решения задачи встречи, позволяющий определять координаты точки попадания как для моделируемой (описанной матрицей (картой) высот) поверхности стрельбища, так и для пораженных целей с учетом рассеивания точек попадания имитируемого образца вооружения, при использовании разработанного метода моделирования мишенной обстановки в режиме реального времени. Методика повышения реалистичности отдельных элементов изображения путем использования алгоритмов масштабирования изображений со сглаживанием, способ сокращения объема вычислений при масштабировании, позволяющие добиться высокой степени реалистичности при низких требованиях к быстродействию за счет использования фотоизображений объектов и специальной структуры данных, позволяющей «экранировать» цели другими объектами и деталями рельефа. Разработанная структура, описывающая видимость цели - «зона видимости», позволяющая выводить изображения целей в любой последовательности без предварительной сортировки с экранированием целей рельефом местности и другими объектами и методика ее использования. Методика описания рельефа и алгоритм расчета высоты произвольной точки рельефа использующие матрицу (карту) высот, позволяющие учесть рельеф большого участка местности при низких требованиях к объему памяти и быстродействию. Алгоритм определения точки попадания, учитывающий используемые методы описания рельефа и моделирования целей, рассеивание точек попадания имитируемого образца вооружения, работающий в реальном времени. ЭВМ. На основе разработанных алгоритмов было создано программное обеспечение подсистемы визуализации оптикоэлектронного стрелкового тренажера, разрабатываемого ИПМ УрО РАН в рамках НИР но теме «Ингибитор», позволяющего проводить групповую тренировку стрелков при обучении обращению с различными типами современного стрелкового оружия. Использование разработанных алгоритмов позволило достичь высокого качества отображения неподвижных и движущихся целей, местных объектов, обеспечить контроль за правильностью действий стрелков и фиксацию попаданий в режиме реального времени. При отображении мишенной обстановки в тренажере используется три ЬСО-просктора с разрешением x8 точек каждый для формирования панорамного экрана. Формирование панорамною изображения местности и размещение изображений целей и местных объектов производится на одной ЭВМ, выполняющей, помимо этого, функции пульта управления ходом учебного занятия. Это позволило существенно снизить сложность и повысить надежность вычислительной системы по сравнению с мультимашинной конфигурацией []. Публикации: по теме диссертационной работы опубликовано 9 работ. Апробации работы: основные положения работы докладывались на научно-технических конференциях с международным участием «Информационные технологии в инновационных проектах» (г. Ижевск, - апреля г. ИжГТУ «Приборостроение в XXI веке Интеграция науки, образования и производства» (г. Ижевск, - апреля г. Российской университетско-академической научно-практической конференции в УдГУ (г. Вычислительная техника» ИжГТУ, на предприя тиях отрасли производства стрелкового оружия.