Введение к работе
Одной из подсистем авиационного тренажера (Рис. 1), воздействующей на зрительный аппарат человека, является имитатор визуальной обстановки (ИБО). Его назначение - дать экипажу тренажера летательного аппарата (ЛА) представление об окружающем пространстве Rx(t), получаемого в реальных условиях наблюдением через остекление кабины и различные оптические устройства. При этом должно выполняться соответствие параметров Rx(t) с другими параметрами информационной модели полета Cx(t), что вызывает у обучаемого чувство нахождения в реальной обстановке. Для достижения этой цели в ИБО решается задача - сформировать максимально насыщенное различными объектами изображение в реальном масштабе времени (РМВ). Упрощение видимой картины, облегчающее обработку изображения в РМВ, может привести к привитию у обучаемых ложных навыков. Усложнение этой картины или увеличение числа видимых , объектов может привести к рассогласованию параметров Rx(t) и Cx(t), что приводит к невозможности использовать этот тренажер для обучения.
—г-за»
Динамическая модель ПОЛЕТа
ХСЮ
Информационная модель
полета
А А Л
ити-гатор ногрызки на ву/іи управления
Rx(t>
Имитатор визуальной овогановки
Рис.1. Структурная схема включения имитатора визуальной обстановки в состав тренажера
Современный имитатор визуальной обстановки, как правило, состоит из трех основных частей:
компьютерного генератора изображения (КГИ), синтезирующего П( ипу^є^-^мипт. -«япоженной в базе данных (БД), и"срйзшние, которое обучаемы* должен видеть в соответствии с его положением в сцене визуализации;
устройства индикации, формирующего оптическими методами, пере; обучаемым объемное изображения, по сгенерированной ранее плоской моделі: видимого изображения;
базы данных КГИ выполняющей двойную задачу - хранение полного описания объектов сцены визуализации (СВ), по которому синтезируются плоская двухмерная картина видимой части СВ, и управление процессом синтеза, с использованием невидимых, управляющих примитивов (УП), так же хранящихся в БД
Существует три основных направления дальнейшего развития имитаторов визуальной обстановки:
разработка более производительных систем синтеза;
разработка новых типов индикаторов;
разработка методик построения БД для КГИ, ориентированная на управление генерацией картин в реальном масштабе времени.
Из этих трех направлений последнее до настоящего времени являлось минимально изученным в силу концентрации усилий специалистов на разработку все более производительных КГИ. В то же время, анализ возможностей этого направления и применение его на практике показал, что в ряде случаев развитие этого направления дает возможность применить уже разработанный КГИ для решения более сложных задач, чем это планировалось ранее. Это дает основание сч*і.«тц_ что разработка баз данных для компьютерных генераторов изображения имитаторов визуол^-лт", обстановки авиационных тренажеров (AT) является, в настоящее время, одной из актуальных аЯлач построения обучающих систем.
Непосредственно разработка БД сводится к созданию информационною массива, разделенного на части УП, по требованиям аппаратной части КГИ и управляющей программы реального времени (УПРВ). Такие файлы хранятся в специальной памяти КГИ.
Анализ требований к БД различных КГИ показал, что существует ряд закономерностей в организации и сортировке информации в базах данных, влияющих на управление генерацией изображения. Эти закономерности сводятся к возможности предварительного распределения ресурсов КГИ между отдельными частями БД.
Распределение ресурсов КГИ в БД новое, еще недостаточно изученное направление. Попытка создать БД, без предварительного распределения ресурсов КГИ между ее отдельными частями (сегментами), как правило, приводит к превышению цикла РМВ, выделенного на обработку СВ.
Целью настоящей работы является создание методики разработки и оптимизации баз данных для компьютерных генераторов изображения, обеспечивающих управление процессом синтеза изображения для получения максимального числа наблюдаемых, отдельных объектов, при работе тренажера в реальном Масштабе времени.
Методологической реповой работы являются: использование методов теории множеств, аналитической геометрии и линейного программирования применительно к задачам распределения ресурсов компьютерного генератора между отдельными сегментами двоичного файла БД
Научная повязка работы заключается в следующем:
- впервые в мировой практике поставлена задача получения в. РМВ
максимально насыщенного видимыми объектами изображения, за счет введения
дополнительных показателей ресурса КГИ и их перераспределения между
отдельными сегментами БД;
предложен и обоснован метод подсчета производительности компьютерного генератора изображения, увеличивающий число переменных, обычно используемых для анализа КГИ;
разработан математических аппарат, отражающий суть процесса построения баз. дашок с решением двух задач - генерации узнаваемого, изображения и обеспечение цикла реального времени.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
разработан метод зксперимеїггальной оценки производительности КГИ, позволивший ввести дополнительные характеристики ресурсов КГИ, что улучшило возможности его анализа;
показана возможность распределения ресурсов КГИ между отдельными сегментами БД, что позволило управлять процессом синтеза изображения и перераспределять имеющиеся ресурсы, обеспечивая синтез узнаваемых изображений в РМВ, что подтверждено результатами испытаний при создании и разработке БД нескольких тренажеров;
разработана методика и одна из реализующих ее технологий создания БД,' позволяющая сократить время разработки за' счет исключения этапа экспериментальной проверки отсутствия превышения цикла РМВ;
скорректированы требования к методу реализации пирамиды видимости при моделировании оптических приборов, исключающие возможность нарушения правила ортоскопичности.
Внедрение результатов работы. Основные практические результаты выполненной работы внедрены в Пензенском конструкторском- бюро моделирования (ПКБМ), в Пензенском институте биосоциальных исследований (ИБСИ).
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждалис на научной гонферешйш общества имени Попова (г. Таганрог, 1986), на научно семинаре "Прикладная математика и программирование" (г. Рига,1980,1981), и научном семинаре кафедры "ВТ и АСУ Шахтинского технологического институї (г. Шахты,1987), на научно-практических конференциях молодых специалисте ГШО "ЗРА" (г. Пенза,1987,1988,1989,1990),,на 2 Всесоюзной. конференции п тренажеростроению "Тренажеры формировании профессиональных навыков пр подготовке специалистов" (г. Ульяновск, 1988), на научной конференции ЦНИ] ХМ "Проблемы полунатурного моделирования" (г. Москва,1989), на Ш и Г Всесоюзной конференции "Теория и практика имитационного моделирования : создания тренажеров" (г. Пенза 1988,1991), на научном семинаре кафедрі Робототехнические системы и комплексы Пензенского технического государственного университета (г. Пенза.1992,1993,1994), на международно] конференции Трафикон-92" (г. Москва,!992),- на технических советах НИО-41 і 4-го отделения ПКБМ (г. Пенза,1988,1989,1990,1991,1992,ШЗ,1994), Г Всероссийской научно-методической конференции "Тренажеры і компьютеризация профессиональной подготовки"(г.Москва, 1994).
Объем работы. Диссертационная работа объемом в 147 страниц состоит и: введения, четырех глав, заключения, списка литературы (83 наименований) приложений и содержит 25 рисунков.
