Исследование и разработка методов визуализации деформируемых поверхностей в стерео-проекционных системах

• Автор: Сенин, Михаил Андреевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил.

1 Крупномасштабные стереопроекционные системы

1 Аппаратные конфигурации.

1.1 .
1.2 i.
1.3 iv .
1.4 . .
1.5 V.

2 Программная среда v

2.1 Основные принципы

2 Методы визуализации в стереопроекционных системах, разработанные автором

1 Деформация поверхностей.

1.1 Обзор
1.2 Деформация поверхности с использованием .
1.3 Описание алгоритма.
1.4 Программное обеспечение .
1.5 Результаты.
1.6 Заключение.
2 Реконструкция поверхностей
2.1 Введение.
2.2 Обзор.
2.3 Алгоритм корректировки поверхности.
2.4 Алгоритм восстановления поверхности
2.5 Результаты
3 Сглаживание поверхностей.
3.1 Сглаживание поверхности
3.2 Обзор
3.3 Алгоритм
3.4 Результаты.
4 Регистрация столкновений деформируемых поверхностей
4.1 Введение
4.2 Предыдущие работы.
4.3 Алгоритм
4.4 Программная реализация
4.5 Отклик
4.6 Результаты
3 Примеры использования разработанных методов
1 ПО для выполнения СЗШРдеформаций
2 ПО для регистрации столкновений
3 Редактор деформаций
4 Комплекс ПО для подготовки моделей
5 Редактор деформаций
6 ПО для восстановления фотографий.
Введение


Каждый процесс обладает локальной копией графа сцены и содержащейся в нем информации о состоянии, которая поддерживается синхронизированной. Разработка таких распределенных приложений особенно необходима для реализации виртуальных окружений на кластерах ix . Основная цель нашей работы разработка комплекса ПО, который может быть использован при создании недорогой стереопроекционной системы для лекторского зала на базе 1лпих кластера. Применение таких систем в учебном процессе позволяет существенно обогатить лекционный материал. Установки такого типа, разработанные для них методы визуализации и программное обеспечение могут быть использованы в научноисследовательских институтах, образовательных центрах для решения самых разнообразных задач моделирование чрезвычайных ситуаций визуализация моделей космических аппаратов, создание моделей лабораторий и их дистанционное управление визуализация в авиационной, автомобильной, судостроительной промышленности обтекание, окраска, интерьер и пр. Одним из главных требований, предъявляемых к таким приложениям, является высокая скорость графической обработки. В случае недорогих стереопроекционных систем, вычислительная мощность весьма ограничена. Возникает необходимость создания более эффективных алгоритмов графической обработки. Перечисленные выше приложения имеют демонстрационный характер. Поэтому не обязательно выполнять точное физическое моделирование сцены. Достаточно добиться узнаваемости демонстрируемых объектов и правдоподобности их поведения. В связи с этим математическая модель демонстрируемых объектов может быть упрощена. За счт этого может быть увеличена скорость графической обработки. Математическая модель объекта, демонстрируемого в стереопроекциошюй системе состоит из описания поверхности этого объекта и правил изменения формы этой поверхности. Поверхность аппроксимируется треугольными гранями. Изменение формы определяется скелетом и локальными деформациями. Локальные деформации определяются перемещением контрольных точек. Выбор контрольных точек и их перемещений является в общем случае итерационной процедурой в ходе которой создатель сцены добивается правдоподобия деформаций. Таким образом точное физическое моделирование заменяется набором эвристических правил. Большинство операций с моделями сводятся к изменению формы, деформации поверхности модели. В перечисленных выше приложениях необходимо выполнять эти операции в режиме реального времени. Для правдоподобности достаточно, чтобы деформация была гладкой, локальной и интуитивно ожидаемой, т. Алгоритмы, описанные в литературе, не удовлетворяют в полной мере перечисленным требованиям. С другой стороны, быстрые алгоритмы, описанные в литературе, или не являются локальными, или приводят к неправдоподобным деформациям. В главе 2, разделе 1 описан разработанный автором метод вычисления деформаций поверхности модели, позволяющий выполнять гладкие локальные и правдоподобные деформации в режиме реального времени. При построении ЗЭ сцен, демонстрируемых в стереонроекционных системах, также возникает задача устранения дефектов моделей и восстановления неполных моделей. Одним из способов получения моделей реальных объектов является лазерное сканирование. Сканирование позволяет быстро получать модели сложных объектов. Однако, изза затенения одних частей другими, полученные модели могут быть неполными, а также содержать дефекты, связанные с неточностью сканирования. Кроме того, сами сканируемые объекты иногда имеют дефекты, которые желательно устранить перед размещением на сцене. Одним из популярных применений стерсопроекционных установок является создание археологических реконструкций. Предметы, найденные в результате археологических раскопок, обычно имеют повреждения. В главе 2, разделе 2 данной работы мы описываем реализацию алгоритма реконструкции поверхностей полигональных моделей. В процессе создания моделей часто требуется производить сглаживание их поверхностей. В главе 2, разделе 3 данной работы представлен алгоритм сглаживания поверхности полигональной модели.