Реферат роботи "Розробка тренажерних комплексів бронетанкової техніки з використанням сучасного математичного І програмно-апаратного забезпечення", що подана Зуєвим Андрієм Олександровичем




Скачати 192.78 Kb.
Дата конвертації25.04.2016
Розмір192.78 Kb.
РЕФЕРАТ

роботи

"Розробка тренажерних комплексів бронетанкової техніки з використанням сучасного математичного і програмно-апаратного забезпечення", що подана

Зуєвим Андрієм Олександровичем,

Гапоном Дмитром Анатолійовичем

на здобуття премії Президента України для молодих вчених

Актуальність теми. Потреба в якісному, надійному та відносно дешевому навчанні навичкам управління складними транспортними засобами визначає необхідність дослідження альтернативних варіантів навчання, які виключають безпосереднє використання техніки. Найбільш актуальним напрямком навчання є тренажерні комплекси (ТК), які використовують комп'ютерний синтез навколишнього середовища для проведення навчання. Такі комплекси позбавлені більшості недоліків інших методів навчання, мають невисоку вартість, безпечні для людини і дозволяють моделювати широке коло ситуацій, що виникають при експлуатації техніки.

Найважливішою складовою будь-якого ТК є візуальна складова процесу навчання, саме вона дозволяє донести до оператора принципи управління транспортним засобом, дозволяє йому реагувати на різні ситуації, що виникають у процесі роботи, і відображає результати його дій. Основою візуалізації є моделювання позакабінної обстановки, максимально реалістичним чином. Суттєвим обмеженням комп'ютерного синтезу позакабінної обстановки є недостатня реалістичність синтезуємих зображень. Існує низка задач синтезу зображень: розрахунок освітленості, накладення спецефектів, моделювання ландшафту та інші, які вимагають подальшого вдосконалення і опрацювання, спрямованого на поліпшення якості зображень, що синтезуються. Потрібна розробка нових методів та алгоритмів, а так само вдосконалення існуючих інформаційних технологій з використанням новітніх засобів обчислювальної техніки та комп'ютерної графіки.

Таким чином, виникає важлива науково-технічна задача - синтезувати максимально достовірне зображення навколишнього середовища, з урахуванням рельєфу місцевості та об'єктів ландшафту, умов освітлення, специфіки виконуваного завдання та особливостей управління транспортним засобом.

Мета і завдання досліджень. Метою роботи є розробка нових і вдосконалення існуючих методів, моделей і алгоритмів формування зображень позакабінної обстановки в реальному масштабі часу і створення на їх основі програмно-технічних систем для тренажерних комплексів об’єктів броньованої техніки. Для досягнення поставленої мети треба вирішити наступні задачі:

- розробити метод автоматичної побудови ландшафтів з урахуванням параметрів рельєфу місцевості, ерозії, розподілу рослинності і грунтів, який би дозволив автоматично будувати моделі різноманітних реально існуючих ландшафтів;

- створити систему компактного зберігання та комп'ютерної візуалізації ландшафту в реальному масштабі часу, яка дозволила б знизити необхідний для зберігання ландшафту об’єм оперативного запам’ятовуючого пристрою (ОЗП);

- розробити система синтезу сіток трикутників для опису ландшафту, яка б працювала в реальному масштабі часу з використанням можливостей прискорювачів тривимірної графіки загального призначення, що дозволило б скоротити потрібну кількість модулів в обчислювальній системі ТК до 1-2 ЕОМ за рахунок того, що синтез ландшафту та його візуалізація виконуються на одному обчислювальному модулі з іншими підсистемами ТК;

- вдосконалити методи моделювання природного та штучного освітлення ландшафту та об'єктів на ньому, що дозволило би підвищити якість та природність освітлення об’єктів, які моделюються;

- розробити метод розрахунку кутів орієнтації спостерігача і фізичного моделювання руху гусеничної машини по поверхні ландшафту, з урахуванням особливостей динамічних платформ і пристроїв відображення графічної інформації, який би дозволив застосувати в составі ТК різноманітні типи екранів та динамічних платформ;

- вдосконалити методи комп'ютерного моделювання і накладення спецефектів, димо-пилових хмар, вибухів і джерел горіння з метою підвищення їх швидкодії і реалістичності одержуваного результату;

- провести розрахунок економічної ефективності використання ТК.



Наукова новизна роботи полягає в теоретичному узагальненні та вдосконаленні методів синтезу та візуалізації ландшафту у реальному масштабі часу за допомогою обчислювальної техніки з урахуванням особливостей зорового сприйняття оператора, характеристик освітленості і рішення на їх основі актуальної задачі моделювання позакабінної обстановки для тренажерних комплексів об’єктів броньованої техніки.

Основні наукові результати дослідження:

- розроблено метод автоматичного формування ландшафту з урахуванням основних параметрів рельєфу місцевості, водної ерозії, рослинного покриву і розподілу грунтів, який дозволив, виходячи з початкових параметрів відтворювати реалістичні моделі широкого переліку існуючих ландшафтів;

- вперше запропоновано метод стиснення і компактного зберігання полів висот, який забезпечує зменшення розміру, займаного полем в ОЗП, що дозволяє зберігати ландшафтні дані з більш високою частотою дискретизації або використовувати для цього в чотири рази менший об’єм ОЗП;

- розвинуто методи розрахунку кутів орієнтації спостерігача і фізичного моделювання руху техніки по складному ландшафту, які дозволяють коректно моделювати пересування транспортних засобів на нерівних поверхнях, з урахуванням обмежень динамічної платформи, і підвищити точність відображення позакабінной обстановки з урахуванням особливостей зору людини;

- вдосконалено методи візуалізації ландшафтів та розрахунку освітленості від природних і штучних джерел світла, запропонована система кешування фрагментів ландшафту в реальному масштабі часу дозволяє знизити обчислювальну навантаження на центральний процесор обчислювальної системи тренажерного комплексу;

- розвинуто метод формування димо-пилових хмар і ефектів горіння з використанням геометричних об'єктів, що дозволило підвищити якість комп'ютерного моделювання цих явищ і одночасно збільшити швидкодію системи візуалізації.

По матеріалах роботи опубліковано 16 статей в збірниках наукових праць, які входять до Переліку ВАК України.

Практичне значення отриманих результатів. Розроблені й удосконалені в роботі методи доведені до практичного втілення, що дозволяє створювати системи візуалізації для тренажерних комплексів різноманітних транспортних засобів, застосування яких дозволяє підвищити якість і знизити вартість навчання, а також підвищити безпеку управління транспортними засобами.

Практична цінність роботи полягає в наступному:

- розроблено та впроваджено систему візуалізації і формування ландшафту для тренажерних комплексів танка Т-64Б і бронемашини БМП-2 (м. Харків, КП ХКБМ), які успішно пройшли Державні випробування та впровадження;

- результати роботи використовувалися в системах візуалізації тренажерних комплексів танків: Т-80УД, Т-72, розроблених відповідно до державних контрактів для іноземних замовників з Пакистану, Алжиру і М'янми.



Основний зміст роботи
У вступі обгрунтована актуальність теми, сформульовані мета і завдання дослідження, визначена наукова новизна і практична цінність результатів досліджень.

У першому розділі розглянуто призначення та область застосування тренажерних систем і комплексів. Проведено огляд існуючих рішень, як за кордоном, так і на території країн СНД і в Україні, відзначені їхні переваги й недоліки. Наведена і детально розглянута структура типового ТК та визначено вимоги, яким повинен задовольняти сучасний ТК.



У другому розділі розглянуті питання, пов'язані з отриманням полів висот, матеріалів і рослинності, які потрібні для моделювання ландшафту та синтезу видимої частини ландшафту з заданої точки спостереження. Для зменшення вимог до обсягу ОЗП, який використовується для зберігання опису ландшафту, запропоновано метод кодування поля висот, при якому блок з сусідніх висот поля кодується таким чином, що у кожному блоці зберігається номер набору опорних висот, який використовується для кодування, мінімальна висота і різниця висот у блоці, а також набір кодів для отримання опорних висот:

, , . (1)

Для обчислення набору за допомогою методів кластерного аналізу визначається найкращий набір для кожного блоку, а потім з них за допомогою методу К-середніх вибирається найоптимальніша для кодування обмежена множина. При декодуванні опорні висоти обчислюються наступним чином:



, (2)

де - номер набору, який використано для кодування (і декодування); - номер опорної висоти; - величина коефіцієнта -го набору для -ої висоти.

У роботі проведено розрахунок похибок, що виникають при кодуванні поля, та визначено їх величину (в середньому не перевищує 4 см), яка є прийнятною для використання в системах візуалізації та фізичного моделювання. Метод кодування з вибором набору на основі методу К-середніх є найбільш переважним і характеризується оптимальним зменшенням середньої і максимальної похибки кодування. Застосування такого методу кодування дозволило в два рази збільшити дискретізацію поля висот по горизонталі при тих же витратах пам'яті для зберігання, як і для некодованого поля.

У роботі так само розглянуті питання практичної реалізації методу, проведена оцінка швидкодії, в результаті якої було визначено, що запити висот з кодованого поля здійснюються швидше (більш ніж на 10%), ніж у разі некодованого поля.

У другій частині розділу, запропоновано метод автоматизованого отримання вихідних даних для моделювання ландшафту: полів висот, матеріалів і рослинності, а так само метод поліпшення якості ландшафту шляхом накладення водної ерозії. Початкове поле висот будується за допомогою шумовий функції Перлина, на яке накладається ерозія згідно запропонованому алгоритму. Для розрахунку величини ерозії в кожній точці полігону проводиться трасування водних потоків, і сукупна величина обчислюється як суперпозиція кількості грунту, який змивається потоками в даній точці. Отримана ерозія використовується для подальшої модифікації поля висот. Залежно від типу ландшафту процес накладання ерозії повторюється кілька разів.

Отримання карт грунтів і рослинного покриву відбувається таким чином: для кожної точки полігону обчислюється грунт, який враховує такі параметри: висоту щодо рівня моря, нахил поверхні і величину ерозії. Кожен грунт описується набором обмежень: діапазоном висот, ерозії і нахилів, що визначають умови необхідні для появи грунту.

Якщо за умовами в точці полігону можуть виникнути кілька грунтів, то для кожного з них обчислюється вагова функція, яка дозволяє знайти найбільш вірогідний грунт, для якого в заданій точці відхилення властивостей ландшафту від найбільш сприятливих є найменшим. Аналогічним чином працює алгоритм отримання рослинного покриву, але додатково для кожного типу рослинності перевіряється, чи може він виростати на отриманому грунті.

Запропонований метод побудови ландшафтів дозволив значно поліпшити якість полів висот і ландшафтів, які синтезуються, наблизити їх візуальні і фізичні характеристики до реально існуючих ландшафтів, поліпшити суб'єктивне сприйняття візуальної картини. Крім того, методу властива велика гнучкість, яка дозволяє отримувати ландшафти в різних погодно-кліматичних умовах з різноманітним ерозійним і рослинним покривом, що особливо актуально для ТК військової техніки, які розробляються для іноземних замовників.

Також у цьому розділі розглянуто метод отримання сіток трикутників, який описує візуальне уявлення ландшафту в системі візуалізації, яке складається з трьох частин: вибір найбільш відповідного рівня деталізації ландшафту, відсікання трикутників пірамідою видимості і отримання пов'язаного набору трикутників, призначеного для обробки прискорювачем тривимірної графіки.

Запропонована в роботі система візуалізації ландшафту будується з використанням двох вдосконалених методів: дискретної і безперервної деталізації. Для отримання в реальному масштабі часу рівня деталізації із заданою дискретизацією використовується алгоритм ROAM, який вдосконалено так, що він проводить побудову сітки трикутників (тріангуляцію) тільки з урахуванням нерівності ландшафту, іншою мовою, відбувається мінімізація похибки, яка виникає при тріангуляції ландшафту. Для безпосередньої візуалізації ландшафту використовується алгоритм дискретної деталізації Chunked LOD, який модифіковано таким чином, що він використовує сітки, отримані алгоритмом ROAM, як дискретні рівні деталізації. Таке рішення дозволило мінімізувати витрати обчислювальних потужностей центрального процесору обчислювальної системи і знизило вимоги до обладнання для системи візуалізації, при одночасному збереженні високої якості вихідного синтезованого зображення.

Для зберігання рівнів деталізації фрагментів ландшафту, використовується дворівнева схема кешування, яка зберігає попереднє створені сітки трикутників в системному ОЗП та ОЗП прискорювача тривимірної графіки. На рис. 1 наведена ​​структурна схема системи кешування.

В процесі візуалізації проводиться рекурсивний процес розбиття ландшафту з відсіканням невидимих ​​фрагментів, який триває до деякого заздалегідь заданого рівня. Для фрагментів значно віддалених від спостерігача, розбиття триває до меншого рівня, порівняно з областями розташованими безпосередньо навколо спостерігача. Величина розбиття є функцією від відстані до спостерігача, і зменшується за віддаленням фрагменту:



, (3)

де - максимальний рівень розбиття; - дистанція до небокраю; - параметр, що визначає якість розбиття.

Після завершення процесу розбиття проводиться пошук видимих фрагментів в системі кешування, якщо вони не знайдені, проводиться їх тріангуляція методом ROAM, потім вони зберігаються в системі кешування і надходять у систему візуалізації.

Рис. 1. Структурна схема системи візуалізації ландшафту


У цьому розділі розглянуті питання стикування частин ландшафту з різною деталізацією, вибір рівня деталізації, модифікація ландшафту в реальному масштабі часу, пристрій ефективної системи кеш-пам'яті.

Вагомою особливістю запропонованого методу є те, що обчислювальні ресурси центрального процесору використовуються тільки для побудови сіток яких немає в системі кешування, реалізації запитів висот і безпосередньо роботи системи в момент видалення і додавання нової сітки трикутників в систему кешування. Це дозволило формувати зображення ландшафту площиною більш ніж 36 кв.км з частотою зміни кадрів 85 Гц при віддаленості лінії небокраю від спостерігача більш ніж на 4 км, з деталізацією переднього плану ландшафту в 0,5 метра по горизонталі. У середньому, наведений метод забезпечує швидкодію на рівні методу Chunked LOD, при цьому, використовуючи в кілька разів менший обсяг пам'яті для зберігання сіток ландшафту.

Використання обчислювальних потужностей центрального процесора методом, який наведено у роботі, не перевершує 15%, що дозволило проводити обчислення, які необхідні для фізичної і тактичної підсистем ТК, на тій же ЕОМ, на якій будується сітка трикутників і проводиться синтез зображення, що в цілому призвело до загального зниження вартості ТК.

У третьому розділі розглянуто метод розрахунку освітлення штучним і природним світлом у реальному масштабі часу, в основі якого лежить формування видимого з позиції спостерігача образу фрагменту ландшафту, який візуалізується (координати, властивості поверхні), у допоміжному буфері, що дозволило скоротити кількість операцій по перетворенню геометрії та розрахунку освітлення до мінімально можливого. Кількість операцій, які необхідні для розрахунку освітлення в такому випадку, не залежить від складності геометрії об'єктів, які становлять тривимірну сцену, що дозволило істотно підвищити деталізацію і достовірність ландшафту, який візуалізується, а так само застосувати для розрахунку освітлення комплексні методи Орена-Наяра і Кука-Торренса, при одночасному збереженні постійної частоти зміни синтезованих кадрів.

Наведена модель дозволила у реальному масштабі часу отримати апроксимацію освітлення, передати характер поверхонь об'єктів для різних умов освітлення, і при цьому обчислювальні витрати не залежать від складності подання геометрії сцени. Всі запропоновані методи були реалізовані з використанням сучасних прискорювачів тривимірної графіки, що дозволило підвищити якість синтезованого зображення, при одночасному зниженні вартості ТК.

У роботі одержали подальший розвиток методи видалення ступінчастості на синтезованих зображеннях, методи розрахунку фонового затінення, а також методи моделювання спеціальних ефектів, таких як пилові та димові хмари, туман та мряка, ефекти вибухів та пострілів.

При моделюванні пилових і димових хмар їх форма задається за допомогою невеликої кількості геометричних об'єктів, що дозволило коректно розрахувати освітлення і усунути ефект "розрізання" геометрії, який виникає при застосуванні широко розповсюдженого методу моделювання за допомогою плоских часток. Запропонований метод дозволив синтезувати різні типи екрануючих об'єктів: пилові хмари, дим, штучні пилові хмари (димові завіси), вибухи різних типів боєприпасів. Наведені модифікації методів були реалізовані з використанням прискорювача тривимірної графіки, що дозволило їх застосовувати без істотного впливу на швидкодію системи візуалізації. При цьому, застосування методів дозволило значно підвищити якість синтезованого зображення.

У четвертому розділі розглянуто питання фізичного моделювання руху гусеничної техніки. Для побудови фізичної моделі розроблено алгоритм, що враховує низку факторів і властивостей рушія, підвіски і грунту, по якому здійснюється рух. Метод, засновано на простих залежностях та проведена оптимізація для застосування в цифрових обчислювальних пристроях. Всі сили, що діють в рушії, розділені на сили реакції підвіски і сили тертя. Перші знайдені в якості сімейства рішень диференціальних рівнянь, а момент, прикладений в напрямку руху, може бути знайдений за формулою:

, (4)

де - момент інерції обертових частин двигуна, - момент інерції техніки, що визначається її масою і радіусом кочення колеса, - результуючий передавальний коефіцієнт трансмісії, - швидкість обертання рухомих частин силової установки, - швидкість обертання рушія, яка приведена до обертів силової установки.

Сили тертя обчислюються як функції моментів, що розподілені по поверхні зіткнення рушія з грунтом, які залежать від властивостей грунту і питомого тиску на грунт. Система рівнянь обчислюється з урахуванням обмежень за допомогою ітеративного модифікованого методу Зейделя.

Основною вимогою до системи фізичного моделювання була необхідність працювати в реальному масштабі часу разом із системою візуалізації, що різко обмежує допустимий обсяг обчислень, і, як наслідок, - і математичний апарат, який застосовується. Але накладення таких обмежень дозволило використовувати недорогі і широко поширені обчислювальні ЕОМ загального призначення.

У цьому розділі розглянуто метод розрахунку кутів спостереження при використанні у складі тренажера динамічної платформи (ДП). Показано, що в деяких випадках діапазон кутів, які може відпрацювати ДП (звичайно не перевищують 15-30 градусів), недостатній для коректного моделювання характеру руху транспортного засобу. Такі випадки виникають на критичних кутах при підйомі та спуску транспортного засобу, та при моделюванні аварійних ситуацій. Запропоновано алгоритм корекції зображення при перевищенні критичного кута нахилу. У реальних умовах на існуючих тренажерах, при нахилі ДП на критичний кут (платформа знаходиться на упорах) коректно не відпрацьовуються переміщення по нерівностях ландшафту. Для мінімізації пов'язаних з цим помилок за кутом, також запропоновано алгоритм корекції кутів нахилу ДП.

Запропонований метод здатен до застосування як при використанні внутрішнього екрану, так і при використанні зовнішнього проектора, що дозволяє гнучко конфігурувати систему відображення візуальної інформації відповідно до вимог замовника і істотно підвищити безпеку ТК.

У п'ятому розділі розглянута економічна ефективність застосування ТК. Для цього проведено порівняння двох варіантів вирішення навчального завдання: перший - традиційний, коли навчання екіпажу відбувається з використанням звичайних технічних засобів, і другий - коли професійні навички екіпаж набуває, використовуючи в процесі навчання ТК, який моделює об'єкт управління, умови роботи екіпажу та позакабинну обстановку в якій відбувається навчання.

Показано, що при використанні ТК для навчання, потрібна в 4 рази менша кількість танків, що дозволить мати їх в боєготовності у більшій кількості, або закуповувати меншу кількість при незмінному складі боєздатних машин. Також для підготовки з використанням тренажерного комплексу потрібна менша кількість площ і відчужуваних територій під полігони для стрільб.

По ряду економічних категорій проведена оцінка динаміки зростання витрат на навчання з плином часу із застосуванням тренажерів та бойової техніки відповідно. Визначено, що за сукупністю характеристик, ТК з використанням обчислювальної техніки є найбільш доцільним засобом для навчання. Існують підстави для припущення, що така тенденція збережеться й надалі.
Загальна кількість публікацій (за темою роботи):

1. Зуев А.А. Метод построения и визуализации реалистичных ландшафтов для тренажерных комплексов наземной техники / П.А. Качанов, О.Г. Васильченков, А.А. Зуев - Збірник наукових праць Харківського військового університету. – Харків: ХВУ, 2003. – Вип. 1. – С. 10-16.

2. Зуев А.А. Построение сцен трехмерной графики при помощи системы нелинейной перспективы / П.А. Качанов, О.Г. Васильченков, А.А. Зуев - Механіка та машинобудування. – Харків, 2003. – №1 – том 2. – С. 96-100.

3. Зуев А.А. Метод улучшения качества сцен трехмерной графики / П.А. Качанов, О.Г. Васильченков, А.А. Зуев - Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2003. – №21. – С. 79-84.

4. Зуев А.А. Синтез реалистичных ландшафтов для тренажерных комплексов / П.А. Качанов, О.Г. Васильченков, А.А. Зуєв - Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2004. – №17. – С. 101-107.

5. Зуев А.А. Методика определения степени фотореалистичности зображений / П.А. Качанов, А.А. Зуев - Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2005. – №7. – С. 73-76.

6. Зуев А.А. Метод построения сеток треугольников для визуализации ландшафта в реальном времени / П.А. Качанов, А.А. Зуев - Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2005. – №17. – С. 43-46.

7. Зуев А.А. Алгоритм расчета освещения сцен трехмерной графики в реальном масштабе времени / А.А. Зуев - Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2006. – №9. – С. 46-51.

8. Зуев А.А. Модифицированная методика расчета атмосферных явлений при формировании освещенности трехмерной сцены / П.А. Качанов, А.А. Зуев - Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2006. – №31. – С. 63-66.

9. Зуев А.А. Методика определения углов ориентации наблюдателя в тренажерных комплексах / А.А. Зуев - Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2007. – №10. – С. 96-99.

10. Зуев А.А. Метод упаковки полей высот / А.А. Зуев - Вістник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2007. – №36. – С. 44-48.

11. Зуев А.А. Компрессия полей высот при помощи полиномов / П.А. Качанов, А.А. Зуев - Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2007. – №37. – С. 52-55.

12. Зуев А.А. Методы расчета позиции и ориентации наблюдателя в системах визуализации тренажерных комплексов / П.А. Качанов, А.А. Зуев - Інтегровані технології та енергозбереження. – Харків: НТУ «ХПІ», 2007. – Вип. №2. – С. 159-162.

13. Зуев А.А. Метод сглаживания границ на компьютерно-синтезированных изображениях / П.А. Качанов, А.А. Зуев - Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2008. – №31. – С. 71-76.

14. Зуев А.А. Использование методов кластерного анализа для оптимизации процесса кодирования полей высот / П.А. Качанов, А.А. Зуев - Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2009. – №23. – С. 85-88.

15. Зуев А.А. Метод временного сглаживания границ на синтезированных изображениях / П.А. Качанов, А.А. Зуев - Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. – Харків: УкрДАЗТ. – 2011. - № 2. - С. 45-47.

16. Гапон Д.А. Особенности физического моделирования гусеничного движителя в тренажерных комплексах / А.А. Зуев, Д.А. Гапон - Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ», 2011. – №57. – С. 97-102.
Основні науково-технічні результати:
В роботі вирішено актуальне науково-практичне завдання з удосконалення методів і засобів формування зображень в системах комп'ютерної візуалізації тренажерних комплексів. Проведено дослідження, які спрямовані на вдосконалення зображень в системах візуалізації тренажерних комплексів, що дозволило вирішити та вдосконалити ряд задач та методів з розрахунку освітленості, накладення спецефектів і моделювання ландшафту та руху транспортних засобів по ньому. Розроблені моделі, методи та засоби розширили науково-технічну базу комп'ютерного формування зображень та моделювання ландшафтів та руху транспортних засобів в реальному масштабі часу. Основні наукові і практичні результати роботи полягають у наступному:

1. Для отримання реалістичного ландшафту запропоновано автоматично синтезувати модель ландшафту з урахуванням водної ерозії поверхні, коли в якості вхідних даних використовуються такі величини, як діапазон висот, нерівність ландшафту, величина і характер ерозії, розподіл рослинності і грунтів. Показано, що запропонований метод побудови моделі ландшафту дозволяє значно поліпшити реалістичність полігонів, де проводяться навчання, дозволяє наблизити їх візуальні і фізичні характеристики до реально існуючих ландшафтів, покращує суб'єктивне сприйняття візуальної картини, і відповідно підвищує якість навчання.

2. Отримали подальший розвиток методи фізичного моделювання руху і розрахунку позиції і орієнтації спостерігача в системах візуалізації тренажерних комплексів, які використовують динамічну платформу. Застосування цих методів дозволяє коректно відображати характер пересування транспортних засобів на нерівних поверхнях і в разі виникнення нештатної ситуації, з урахуванням обмежень динамічної платформи, і також при застосуванні зовнішнього екрана, що дозволяє підвищити якість та безпеку навчання.

3. Отримав подальший розвиток метод розрахунку освітленості від природних і штучних джерел світла, що веде до спрощення розрахунку освітленості та синтезу і накладення спецефектів. Показано, що метод розрахунку освітлення з використанням додаткового буфера геометрії дозволяє моделювати атмосферні явища, розраховувати взаємне затінення об'єктів, а так само передавати різні ефекти в реальному масштабі часу. Для розрахунків використовуються обчислювальні ресурси прискорювачів тривимірної графіки. Застосування методу спільно з методами взаємного затінення об'єктів і видалення ступінчастості на синтезованих зображеннях дозволяє видалити артефакти затінення і зменшити кількість розрахунків, що дозволило істотно збільшити якість зображень які синтезуються, та як наслідок – підвищити якість навчання.

4. Запропоновано метод кодування полів висот і їх компактного зберігання, який дозволяє збільшити в два рази роздільну здатність поля висот в горизонтальній площині при тих же обсягах пам'яті, яке займає некодоване поле або в два рази збільшити його розміри. Проведений розрахунок похибок кодування показав, що спотворення, що вносяться при кодуванні поля, відповідно до запропонованого методу, некритичні для навчання і дозволяє застосовувати метод в системах візуалізації та фізичного моделювання, що веде до зменшення вимог до обчислювальної системи та, як наслідок, дозволяє знизити ціну тренажерного комплексу.

5. Удосконалено систему візуалізації ландшафту так, що ландшафт синтезується з використанням двох модифікованих методів: дискретної і безперервної деталізації, що дозволяє проводити ресурсномісткі розрахунки освітлення за допомогою прискорювача тривимірної графіки в реальному масштабі часу. Показано, що використання запропонованого методу візуалізації ландшафту дає прийнятне по співвідношенню швидкодія / якість для розбиття трикутників, дозволяє уникнути затримок при великих кількостях тріангуляції в кадрі, і створити ілюзію безперервності ландшафту. Застосування цього методу дозволяє проводити обчислення для фізичної та тактичної підсистем сумісно з системою візуалізації, що дозволяє скоротити потрібну кількість ЕОМ у складі тренажерного комплексу та, як наслідок, веде до зниження його собівартості.

6. Отримав подальший розвиток метод моделювання димо-пилових хмар, вибухів, джерел загоряння, та наведена система візуалізації таких ефектів. Запропоновані методи дозволили розраховувати щільність і освітлення димо-пилових хмар; відтворювати будь-які екрануючі об'єкти в реальному масштабі часу; скоротити кількість об'єктів, які необхідні для імітування, що значно зменшує навантаження на центральний процесор обчислювальної системи. І як наслідок підвищує якість зображень, які синтезуються при одночасному зниженні собівартості тренажерного комплексу.

7. Результати роботи впроваджено в КП ХКБМ в рамках робіт з розробки систем візуалізації для тренажерних комплексів танків Т-64Б, Т-72, Т-80УД і бронемашини БМП-2.



Таким чином, актуальність використання ТК у Збройних силах України полягає в тому що, тренажер це засіб, який дозволяє не тільки підняти рівень бойової підготовки, але й забезпечити економію бюджету оборонного відомства. Загальний економічний ефект становить 39976,92 тис.грн.



Здобувачі

Зуєв А.О.





Гапон Д.А







Вчений секретар НТУ "ХПІ"

Зайцев Ю.І.







База даних захищена авторським правом ©mediku.com.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка