Введение к работе
Актуальность диссертационной работы. Проблема обучения человека сложным поведенческим навыкам, таким как вождение современного танка или самолета, на начальном этапе обучения требует использования тренажеров. Построение реального физического тренажера под современную конкретную технику приводит к огромным финансовым и инженерным затратам. Создание аппаратно-программного комплекса для моделирования и представления визуальной информации, а также управления объектом на экране монитора позволяет существенно снизить эти затраты. Более того, этот подход обеспечивает большую гибкость и легкую перенастройку функционирования тренажера с одной задачи на другую.
Очевидно, что для повышения качества обучения необходимо создание имитационной среды с высокой детализацией и масштабируемостью. Однако представление изображения на обычном экране монитора (пусть даже очень большого размера) не отвечает современным требованиям, предъявляемым к большинству объектов современной техники.
Основной проблемой тренажеров является невозможность одновременного отображения на экране, как всей панорамы, так и отдельных деталей, что является основным свойством и потребностью визуального восприятия человека для принятия решения, следовательно, и требований к рабочему тренажеру. Иначе говоря, современные одиночные мониторы не в состоянии обеспечить психологический комфорт оператору, а значит и качественное выполнение функций, возложенных на него.
Выходом из положения является объединение мониторов в систему, обеспечивающую нужный для человека угол горизонтального и вертикального обзора (широта зрения) при отображении необходимых (с точки зрения возможностей разрешающей способности глаза) деталей, по наличию которых оператор и принимает решение.
Однако наличие мест «стыков» двух соседних мониторов существенно понижает комфорт восприятия визуальной информации человеком. Особенно это сказывается, когда мелкие детали попадают на границы мониторов. Это не только приводит к психологическому дискомфорту, но может вызвать неправильное принятие решения из-за неадекватного восприятия деталей, расположенных в этих местах. Поскольку цена такого решения может быть очень велика, применение таких систем для ответственных объектов весьма ограниченно.
Другим решением является использование мультипроекторных систем. Здесь процесс отображения информации является более сложным, в сравнении с технологией обычного дисплея или LCD монитора, так как общее изображение формируется в пространстве экрана из отдельных меньших изображений.
Одной из главных проблем, которые возникают при создании такой системы, является обеспечение восприятия составного экрана, как единого, без каких либо искажений цвета, яркости, а также без разрывов или наложений в изображении. Основой создания иллюзии единого экрана является корректное отображение итогового изображения, из которого удалены все геометрические, цветовые и яркостные искажения.
Таким образом, решение задачи по разработке методов, алгоритмов и программ коррекции параметров изображений при создании мультипроекторных тренажеров с единым экраном представляется весьма актуальной задачей, решение которой может быть использовано как в гражданских, так и в военных целях.
Целью исследования является повышение качества изображения, позволяющее в мультипроекторных компьютерных тренажерах создавать иллюзию единого экрана из нескольких фрагментов одного изображения.
В соответствии с этим в диссертационной работе поставлены и решены следующие основные задачи по:
изучению методов отображения информации и принципов построения динамических тренажерных систем;
анализу методов создания сцен визуализации в мультипроекторных системах;
анализу геометрических искажений, возникающих в мультипроекторных системах при создании единого изображения;
разработке метода синтеза функции цветопередачи для создания заданной цветовой и световой равномерности в пространстве экрана;
разработке метода и алгоритма попиксельной динамической коррекции параметров изображения на основе синтезированных функций цветопередачи;
исследованию методов оценки качества сформированного изображения;
Методы исследования основаны на теории алгоритмов, теории цифровой обработки изображений, методах дифференциальной и проективной геометрии, колориметрии, методах динамической визуализации, свойствах и параметрах цифровых изобра-
жений, используемых при их формировании и отображении.
Научная новизна диссертационной работы обусловлена следующими факторами:
разработан метод синтеза функций цветопередачи мультипроекторных тренажеров, обеспечивающих заданную цветовую и световую неравномерность на всем пространстве экрана;
разработаны методы и алгоритмы попиксельной динамической коррекции параметров изображения на основе полученных функций цветопередачи;
разработан метод оценки качества сформированного изображения;
Практическая ценность работы. Разработанные методы повышают качество сформированного изображения в мультипроекторном тренажере при создании иллюзии единого экрана, исправляют в динамическом режиме цветовые и световые искажения, связанные с методами совмещения изображений в рамках использованной цветовой модели RGB, убирают жесткие условия к качеству однотипных проекторов и облегчают их точную настройку.
Разработанные методы и алгоритмы коррекции и совмещения изображений позволяют добиться требуемой иллюзии погружения в имитационную среду в динамических мультипроекторных тренажерах.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены при построении системы визуализации в Научно технологическом центре РАН и используются в учебном процессе в МГУПИ, что подтверждено актами внедрения.
Апробация работы. Основные результаты неоднократно докладывались и обсуждались на семинарах в Московском государственном университете приборостроения и информатики, Научно технологическом центре РАН, Международной научно практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте».
Публикации. По результатам диссертационного исследования опубликовано 6 печатных работ. В работах с соавторами вклад автора является определяющим.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 67 наименований. Содержит 92 страницы машинописного текста, 30 рисунков и 2 таблицы.
