РАЗДЕЛ 2
МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ СЦЕН В ГК РВ
Вопросам представления на экране динамической обстановки, отображаемой в виде движущихся символов на картографическом фоне, посвящено значительное количество работ как в странах СНГ [86-92], так и в странах далекого зарубежья [92-98]. Это не удивительно, т.к. спрос на геоинформационные комплексы реального времени постоянно растет, однако известные решения требуют значительных вычислительных и временных ресурсов. В то же время требования, предъявляемые к таким комплексам постоянно ужесточаются. Методы представления динамической обстановки в ГК РВ могут быть реализованы как с помощью аппаратных, так и программных средств [3,4,9]. Раньше при представлении обстановки чаще всего использовались программно-аппаратные способы, в основном содержащие схемные решения на медленнодействующей элементной базе, что при нынешнем темпе развития средств вычислительной техники не является удовлетворительным [3,4,9]. Поэтому нахождение новых более совершенных методов построения, преобразования и визуализации изображений в виде движущихся графических объектов является важной подзадачей при построении современных ГК РВ. Полученные решения могут быть использованы для того, чтобы освободить вычислительные ресурсы комплекса для решения других задач, в частности, анализа динамической сцены.
Рассматривается случай, когда для формирования и передачи изображения динамической сцены со сложными символами (сложным считается символ размером более 8х8 [4,27]) на экран используется матрица, элементы которой содержат значения цветов и яркости соответствующих точек символа [39,93]. Размеры этой матрицы (обозначим ее здесь и далее ) совпадают с размерами изображения окна в пикселях , а каждый элемент - это байт (или несколько байтов, в зависимости от требований к качеству изображения и величины разрешения экрана), который определяет цвет и яркость точки на окне отображения с координатами равными номерам ().
Предполагается, что изображения символов объектов, которые будут отображаться на экране, перед обработкой уже содержатся в памяти видеопроцессора комплекса в виде заданных в векторном или растровом виде изображений. Считается, что эти символы подаются в видеопроцессор от внешних устройств ввода изображений (дигитайзера, видеокамеры и др.) или с помощью какой-либо программы.
Как отмечалось в первом разделе, все изображения, представленные видеотерминалом комплекса условно можно разделить на две категории: статические и динамические. Динамические объекты представлены в виде небольших по размеру (по сравнению с окном экрана) изображений символов. Изображения статических объектов могут иметь размеры равные или большие чем размеры окна экрана. При этом динамические объекты отображаются на фоне статических. Формулировка "статические" несколько условна потому, что изображение фона также подвергается геометрическим преобразованиям, таким как преобразования подобия, но с гораздо меньшей частотой и скоростью, ограниченной, например одним шагом за кадр или 50 шаг/сек.
Заметим также, что карта-фон и динамические объекты отличаются еще и тем, что в процессе изменения динамической сцены весь динамический объект "перерисовывается" в некотором месте экрана, в то время как карта-фон отображается на экране лишь в виде некоторой ее части (одного листа) и при ее преобразовании изменяется изображение лишь части общей карты-фона.
На практике отображения этих двух классов объектов выгодно осуществлять разными программами и даже разными процессами, поскольку характер работы с этими классами различен [97]. Данное различие можно осуществить с помощью распараллеливания процессов преобразований и отображений этих типов объектов как в схемной, так и в программной реализации комплекса. Поскольку динамические объекты отображаются на фоне статических, предлагается сначала осуществлять отображение статических объектов, а затем уже динамических. В этом случае возможно будет адекватно воспроизводить обстановку и осуществлять ее анализ.
Ниже предлагаются методы генерации и преобразования как динамических, так и статических изображений.
2.1. Методы преобразования данных об изображениях сложных символов при построении динамических сцен в ГК РВ
Задача построения динамической сцены, т.е. отображения объектов, представленных в виде движущихся символов, является наиболее важной в ГК РВ. Поэтому рассмотрим результаты исследований, посвященных преобразованиям изображений сложных символов, представляемых в ГК РВ и опишем их основные недостатки, которые ликвидируют предлагаемые методы.
Поскольку одной из главных особенностей функционирования ГК РВ является синтез изображений на экране в реальном времени, при котором изображения на экране подвергаются различным преобразованиям, которые всегда можно привести к простейшим операциям. К ним относятся: параллельный перенос, поворот и изменение масштаба. При наличии большого числа различных символов, двигающихся, как правило, с различными скоростями, эти операции необходимо производить как можно быстрее, чтобы успеть осуществить эти операции для построения кадра за 20 мсек и освободить процессор системы для решения других задач, например, анализа динамической обстановки, расчетов, связанных с вычислением подлетного времени, и др.
Предлагаемые нами методы включают следующие критерии и ограничения, присущие используемому математическому аппарату аффинных геометрических преобразований, который используется для отображения движения сложных символов на экране [64-71].
Осуществление геометрических преобразований изображений символов, выдаваемых на экран, в двумерном случае (2D) совершается в евклидовом пространстве, представляемом ортонормированной декартовой системой координат, в которой координатные оси взаимно ортогональны, а соответствующие им единичные отрезки имеют одинаковую длину, причем каждой точке изображения ставится в соответствие упорядоченная пара чисел декартовых коорд