Вы здесь

Моделі і структури пристроїв фор-мування зображень світлових і тіньо-вих ефектів у системах візуалізації тренажерів транспортних засобів

Автор: 
Бугрій Андрій Миколайович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2005
Артикул:
3405U005042
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ СИНТЕЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ СВЕТОВЫХ ЭФФЕКТОВ
Одним из основных требований к системам визуализации тренажеров транспортных средств является реалистичность синтезируемого изображения. Выполнение этого требования можно обеспечить если математическая модель сцены и система визуализации точно передают условия освещения, геометрическую форму объектов, их взаимное расположение, передают размер и положение теней, а так же если сцена насыщена различными спецэффектами [2]. В разделе рассматривается математическая модель синтеза изображения источников света с учетом физиологии зрения человека, обоснована необходимость использования такой модели. Представлены математические модели синтеза изображений таких световых спецэффектов, как: 1) формирование изображения световых пучков от источников света с учетом атмосферных свойств; 2) эффект ослепления. Для устранения явления алиайсинга при синтезе изображения источников света предложен алгоритм "захват" источников света.
2.1. Особенности синтеза изображений световых эффектов
Комплекс упражнений на тренажерах транспортных средств, для качественного обучения должен включать упражнения в ночных условиях или условиях плохой видимости. На сегодняшний день успешное и безопасное управление транспортным средством в таких случаях возможно только с использованием светосигнального оборудования. Поэтому, в СВ часто возникает задача синтеза источников света, например огни транспортных средств, города, аэродрома и прочее. При формировании таких эффектов недостаточно отработать только геометрию источников света, так же необходимо учесть атмосферные условия. Атмосферные условия влияют на дальность видимости источника света, возникновение вокруг него ореолов или пучков лучей. Кроме этого, при попадании в поле зрения ярких источников света возникает эффект ослепления, когда в глазных средах рассеивается световой поток и объекты сцены наблюдаются менее четко.
Для синтеза изображений таких световых эффектов необходимо учитывать физиологические характеристики зрения человека, так как только в этом случае можно ответить на вопросы видимости объектов сцены. В связи с этим, при моделировании необходимо оперировать истинными значениями физических величин, характеризующих "поведение света в сцене". Другими словами, необходимо оперировать следующими физическими характеристиками: источники света задавать их истинной силой света в канделах; атмосферу рассматривать в виде совокупности частиц, которые обуславливают рассеяние и позволяют количественно определить рассеянный свет; поверхности характеризовать их коэффициентами отражения, поглощения и пропускания. Выполнение данных требований позволяет получить изображения световых эффектов, и как следствие повысить реалистичность изображения.
2.2. Видимость объектов сцены
2.2.1. Пороговая освещенность.
Если объекты сцены (источники света, искусственные объекты, рельеф и пр.) уверенно наблюдаются на некотором расстоянии, то по мере удаления от них, освещенность на сетчатке глаза будет уменьшаться и объекты сцены будут различаться менее уверенно [70,71]. На некотором расстоянии объект сцены перестает быть видимым, несмотря на то, что какое-то количество светового потока, правда, очень незначительное, еще будет попадать в глаз. Объясняется это тем, что в силу физиологического устройства глаза человека очень незначительный световой поток не может вызвать зрительное ощущение.
Объект виден с определенного расстояния, потому, что на этом расстоянии он создает освещенность на зрачке наблюдателя, достаточную для того, чтобы вызвать зрительное ощущение. Наименьшее значение освещенности на зрачке наблюдателя, при котором объект становится, хотя весьма слабо, но все же видимым, называется пороговой освещенностью и обозначается .
Наименьшая пороговая освещенность отмечается при наблюдении объекта сцены на совершенно черном фоне, соответствующем яркости меньше . Величина пороговой освещенности, полученная в таких условиях, носит название абсолютного светового порога. По данным различных исследователей, абсолютный световой порог колеблется от до лк. По мере увеличения яркости фона величина пороговой освещенности возрастает (чувствительность глаза падает).
На рис 2.1. представлена кривая, по которой определяют на значение пороговой освещенности .

На кривой можно выделить две области: область палочкового (при ) и колбочкового (при ) зрения. Палочки более чувствительны к свету, чем колбочки. При малой освещенности именно палочки обеспечивают чувствительность зрительной системы (ночное зрение). Колбочки же функционируют при большей освещенности (дневное зрение). Зависимость величины пороговой освещенности от яркости фона для разных типов зрения не одинакова. Для аналитического определения пороговой освещенности на зрачке наблюдателя, создаваемой окружающим пространством, на практике используют эмпирическое уравнение Гехта [72]:

, (2.1)
где Lф - яркость фона; параметры a и b различны для колбочкового и палочкового аппаратов зрения и определяются из неравенств:
.
2.2.2. Дальность видимости объектов сцены.
Дальность видимости объектов сцены зависит главным образом от силы света, излучаемой или отражаемой в сторону наблюдателя, расстояния от объекта до наблюдателя, величины пороговой освещенности, яркости фона, на котором наблюдается объект, и ослабления светового потока атмосферой [70-75].
Освещенность на зрачке наблюдателя с учетом поглощения света атмосферой определяется согласно закону Аллара [70]:

, (2.2)
где - сила света сигнала,
- расстояние до сигнала,
- показатель ослабления светового потока атмосферой.
Если создаваемая сигналом освещенность на зрачке наблюдателя больше пороговой освещенности, световой сигнал виден; если меньше - сигнал не виден.
Таким образом, можно сделать вывод, что для синтеза реалистичных изображений необходимо определить пороговое значение освещенности , освещенност