Введение к работе
Актуальность темы. Современные графические системы помимо обработки двумерных изображений оперируют трехмерными фафическими моделями. Разработка профаммных средств компьютерной фафики для формирования трехмерных изображений является достаточно дорогостоящим и очень трудоемким процессом.
Наиболее эффективными для автоматизации деятельности, связанной с трехмерным моделированием, служат постоянно развивающиеся интерактивные средства, обеспечивающие процессы моделирования и визуализации объектов в режиме диалога «человек-компьютер». В сложной системе с большим числом процедур обработки визуальной информации фафическая база данных (ГБД) является её ценфальным узлом. Интефированная фафическая база представляет собой совокупность сфуктурированных фафических библиотек, состоящих из фафических, числовых, символьных типов данных и принципов их организации.
На сегодняшний момент в большинстве профаммных средств машинной графики реализовано получение любых двумерных проекций, в том числе стандартных видов и изометрии, а также разрезов и сечений по имеющейся трёхмерной модели с сохранением ассоциативной связи между моделью и её двумерным представлением. Пространственные модели необходимы для получения виртуального представления о материальных объектах, поэтому задача восстановления и визуализации трехмерных объектов по накопленным ранее ортогональным проекциям в настоящее время очень актуальна. Однако универсальной профаммной системы обработки изображений, обладающей данным функционалом, на данный момент не установлено.
Так как большое количество видов проекций материальных объектов выполнено с пофешностями, возникает необходимость в предварительной подготовке электронных изображений для корректной работы алгоритмов программных средств машинной фафики по восстановлению просфанственных моделей.
Таким образом, актуальность темы исследования обусловлена необходимостью разработки математических и профаммных средств универсальных интефированных систем, использующих человеко-машинный интерфейс, производящих комплексный контроль и коррекцию электронных изображений с учетом пофешности, а также восстановление и визуализацию просфанственных фафических моделей.
Тематика диссертационной работы соответствует одному из основных, научных направлений ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Вычислительные комплексы и проблемно-ориентированные системы управления».
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка математического и профаммного обеспечения интерактивных систем восстановления и визуализации просфанственных моделей по чертежам
ортогональных проекций с применением комплексного контроля и коррекции исходных изображений, находящихся в графических базах данных.
Для достижения поставленной цели в работе определены следующие задачи исследования:
провести комплексный анализ и оценку качества программного обеспечения графических систем с точки зрения наличия подходов, методов и алгоритмов средств машинной графики на возможность восстановления и визуализации трехмерных объектов по ортогональным проекциям;
разработать алгоритмы, методы, структуру подсистемы комплексного контроля и коррекции неточных электронных изображений, создать математическое обеспечение восстановления пространственных моделей по данным изображениям;
разработать обобщенную структуру человеко-машинного интерфейса, позволяющего организовать оперативный доступ к графическим библиотекам, поиску, модулям комплексного контроля и коррекции, а также подсистеме восстановления и визуализации пространственных моделей;
- на основе системы управления ГБД разработать методы, алгоритмы и
. программные инструменты для взаимодействия различных графических систем
с универсальным интерактивным программным комплексом.
Методы исследования. В качестве теоретической и методологической основы диссертационного исследования использованы методы теории графов, систем управления базами данных, математического моделирования, объектно-ориентированного программирования, математического программирования, компьютерной графики.
Научная новизна работы. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
алгоритм восстановления пространственной модели, отличительной особенностью которого является применение в качестве входных данных неточных изображений проекций;
модифицированный язык последовательного описания проекций для системы восстановления пространственных моделей по ортогональным проекциям на основе грамматики по Хомскому, отличающийся наличием функций обработки несогласованных видов проекций;
графическая база данных, отличающаяся возможностью манипулирования различными классами графических библиотек, поддерживающих работу с различными типами графических данных и возможностью гибкого, многовариантного поиска по информационным полям;
структура программного обеспечения с использованием средств человеко-машинного интерфейса, отличающаяся возможностью применения в качестве ядра визуализации широкого круга графических систем и наличием модулей контроля, коррекции и восстановления пространственных моделей.
Результаты соответствуют следующим пунктам паспорта специальности:
п. 3 «Модели, методы, алгоритмы, языки и программные инструменты для организации взаимодействия программ и программных систем»;
п. 7 «Человеко-машинные интерфейсы; модели, методы, алгоритмы и программные средства машинной графики, визуализации, обработки изображений, систем виртуальной реальности, мультимедийного общения».
Практическая значимость работы. В работе предложен комплекс программных средств, позволяющий оперировать графическими библиотеками, имеющий возможность выбора графического ядра, производящий комплексный контроль и коррекцию для выявления погрешности построения изображений, осуществляющий экспорт видов ортогональных проекций в графические системы с целью восстановления и визуализации трехмерных моделей.
Реализация и внедрение результатов работы. В рамках диссертационной работы реализовано программное обеспечение «Система восстановления пространственных графических моделей по ортогональным проекциям». Разработанные средства внедрены в деятельность ОАО «ВАСО», ООО «Интеллектуальные системы», 000 «Композит-Авиа» в интересах комплексного контроля, коррекции электронных изображений и восстановления пространственных моделей графического объекта по ортогональным проекциям. Часть модулей программного обеспечения, касающегося управления графическими базами данных, в рамках системы «Модуль автоматизированного адаптивного тестирования знаний» внедрено в учебный процесс по ряду дисциплин на кафедре автоматизированных и вычислительных систем ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: Международной выставке в рамках XIV открытой Международной конференции «Современные проблемы информатизации-2009» (Воронеж, 2009); IX Международной конференции «Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации. Распознавание 2010» (Курск, 2010); Международной открытой научной конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, 2010); Международной конференции «Актуальные проблемы прикладной математики, информатики и механики» (Воронеж, 2010).
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
В работах, опубликованных в соавторстве и приведённых в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: [1] - описание подходов восстановления трехмерных объектов; [2] - описание структуры PLM; [5] -программная реализация системы; [6,7] - разработка универсальной графической системы; [4,8,9,10] - разработка алгоритмов и программного обеспечения восстановления пространственных моделей по чертежам
ортогональных проекций; [11,12] - разработка структуры систем управления графическими базами данных.
