Введение к работе
"Актуальность проблеми. Прогресс в области вичислительной техники и информатики привел к проникновению компьютеров практически во все области человеческой деятельности. Потому в настоящее . время одной из важнейших характеристик компьютеров становятся их графические возможности, которые обеспечивают удобство пользователя в получении информации'.
В основе практически всех графических систем лежит отображение графических элементов в плоскости экрана, тогда как визуальное восприятие человеком реальних объемных объектов отличается от восприятия их образов на плоскости. Несмотря на то, что спроецированное на плоскость изображение пространственной сцены создает в сознании человека пространственный образ, основним недостатком такого способа представления является неоднозначность росприятия пространственной информации. Во многих случаях одни и те же изображения на плоскости создают в сознании человека несколько вариантов формы и взаимного расположения отображаемых объектов. Задача устранения-неоднозначности восприятия синтезированных плоских изображений наиболее эффективно решается формированием на экране дисплея стереоскопического изображения. В ;}Тон случае пользователь воспринимает пространственную картину практически аналогично восприятию внешнего мира, что позволяет упростить задачу получения однозначной информации о разнообразии форм и взаимной ориентации отображаемых объектов.
Современные разработки систем со стереоскопическим отображением объемной информации ориентированы, в основном, на использование функционально-ориентированных вычислительных структур, лощных универсальных или графических ЭВМ. 3 подобных системах уелью является отображение в реальном времени и с учетом изменения местоположения и ориентации оператора динамических пространственных сцен высокой степени реалистичности.
Массовое использование достаточно производительных персональных ЭВМ, ставшее реальностью в последние годы, позволяет поставить задачу исследования возможностей практического применения методов стереографического отображения информации на базе персональных профессиональных компьютеров.
Прикладными областями, наиболее явно предрасположенными к
использованию стереографики, являются архитектура и недицина. Для того, чтобы не ограничивать приненение методов стереоскопии какими-либо конкретними приложениями, следует дополнить огромное разнообразие программного обеспечения, созданного для персональных ЭВМ, мнструментальными интерактивными .средствами моделирования и стереографического отображения пространственных сцен.
Цель диссертационной работы. - комплексная разработка инструментальных средств моделирования и отображения пространственных сиен на ПЭВМ, способов подготовки данных для интерактивной обработки, а такхе методов использования этих средств в прикладных областях, обеспечивающих повышение эффективности и уровня интеллектуализации человеческой деятельности.
Основные задачи работы. .
разработать методы построения прикладных ноделей пространственных сцен;
исследовать методы создания динамических моделей пространственных сцен;
разработать структуру и алгоритмические основы для проектирования ядра стереографической системы;
провести- сравнительный анализ эффективности различных наборов средств управления программой Синтерфейса пользователя);
разработать способы управления стереомаркером, конструкцию специальных трехкоординатных манипуляторов, а также способы их включения в систему ПЭВМ;
Методы исследования. использованные при выполнении настоящей работы, основаны на положениях вычислительной математики, машинной графики«теории матриц, общей сенсорной физиологии. Использованы основы эргономики, проектирования РЭА. а такхе результаты наблюдений и экспериментов.
Научная новизна и основные положения, выносиные на защиту.
-
Совокупность методов и алгоритмов синтеза статических и динамических пространственных сцен
-
Методы построения прикладных моделей пространственных сцен .
-
Структура программного ядра стереографической системы.
-
Структура графического интерфейса пользователя для програми со стереоскопическим отображением .
-
Способы реализации трехкоординатных манипуляторов указателем стереомаркера .
Практическая ценность. Применение предложенных методов построения прикладних моделей и синтеза динамических моделей пространственных сцен позволяет: проектировать на базе инстру— ментальних средств моделирования и отображения пространственних сцен различнне прикладные системи для ПЭВМ; повысить информационную ценность данных и упростить восприятие пространственной информации путем построения пространственной модели; повысить эффективность работы специалистов прикладных.областей в процессе анализа и обработки диагностической информации.
Предложенная структура графического интерфейса пользователя для программ со стереоскопическим отображением позволяет: расширить возможности использования подобных систем на ПЭВМ с различными наборами устройств ввода информации; унифицировать подход к управлению программой в различных режимах отображения; сделать процесс взаимодействия человека с машиной более простым и эффективным.
Структура предложенного программного ядра стереографической системы позволяет: использовать генератор стереовекторов в качестве основи системы стереографического отображения; встраивать программу стереоскопического отображения в различные прикладные программы иного назначения, а также использовать ее в надстраиваемых оболочках.
Практическая полезность работы подтверждена использованием разработанных методов для стереоскопического отображения результатов психологического самоанализа.
Выполненные автором исследования проводились в рамках госбюджетной темы "Развитие теории цифровых молелируюцих автоматов, разработка и создание пакета прикладных программ и специализированного процессора для нини и персональних ЭВМ, ориентированного на реиение дифференциальных уравнений в частных производных и его применение для оценки технического состояния объектов энергетики", шифр темы 1.7.4, выполняемой по решению N1 бюро ОФТПЭ от 08.01.1990 года.
Внедрение. Частичные результаты работы внедрены в налом предприятии "Перспективные исследования и разработки" Сг.КневЭ.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы обсуждались на:
- Всесоюзной конференции "Математическое моделирование в энергетике" СЭНМО - 903. г.Киев, 1990 г.;
- і -
Всесоюзной научно-технической конференции "Перспективи развития и применения средств вычислительной техники для моделирования и автоматизированного исследования", г.Москва, 1991г.;
4-й Всесоюзной научно-технической конференции "Теория и практика имитационного моделирования и создания тренажеров", г.Пенза, 1991 г.;
X, Ы и XII отчетных конференциях Института проблем моделирования в энергетике АН Украйни Сг.Киев, 1990, 1991, 1992г.?;
научных семинарах "Нетодц математического моделирования", проводимых в отделе теории моделирования ИПМЭ АН Украины.
По теме диссертации опубликовано три печатних работы, две подготовлено к печати.
Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Всего 12Ь страниц машинописного текста, включая 39 иллюстраций.