Никеенков Л.В., Самсонов М.С. Центральные практические аспекты виртуальной реальности. "Демиург". Вестник Академии Технического творчества, №2, 1996. Стр. 18-21.
В этой статье излагается позитивный опыт, полученный в результате проектирования систем виртуальной реальности (СВР) морского тренажерного комплекса.
Pазработка выполнялась фирмой TRANSAS MARINE® Ltd. С 1990 года были реализованы несколько классов тренажерных комплексов Navi-Trainer на базе IBM PC, в том числе одномашинный — класса NT-Junior (1992, модели ПЭВМ от IBM PC 286) и многомашинный NT-Professional (1995, 8 ПЭВМ IBM PC 586). Эти морские тренажерные комплексы оказались конкурентноспособны на мировом рынке благодаря хорошему отношению «характеристики / стоимость».
На современном уровне развития вычислительной техники основными практическими приложениями виртуальной реальности (ВР) являются:
- системы проектирования реальности,
- шоу-бизнес,
- системы поддержки принятия решений,
- тренажеры.
С точки зрения проектирования СВР, они разделяются на две основные группы:
- СВР реального времени ( СВР-РВ );
- СВР «относительного» времени.
К первой группе относятся прежде всего тренажеры.
Во вторую попадают приложения, где динамически меняющийся образ ВР может быть «записан» асинхронно реальному времени, а воспроизведен в реальном темпе. Такие системы априорно слабо интерактивны, но их преимуществом является качество воспроизводимого образа реальности.
В противоположность этому необходимость интерактивного воспроизведения образа реальности в реальном времени является главной особенностью СВР тренажерного комплекса.
Авторы этой статьи более всего касались визуализации, то есть создания двухмерного образа трехмерного (3D) виртуального мира. Усиленной проработки требовала также морская специфика тренажерного комплекса.
Модель 3D мира, представленная в терминах «точка», «ребро», «грань», «объект», «совокупность объектов» и др., в качестве основных параметров отображения имеет:
- положение и направление взгляда наблюдателя,
- угол обзора,
- положение солнца,
- дальность видимости (туман).
Две составные части модели 3D мира -статическая и динамическая — имеют существенные различия.
Статическая часть может быть хорошо проработана и подготовлена предварительно (группировка объектов, удаление невидимых из любого положения наблюдателя деталей и др.).
Динамическая составляющая модели требует больших ресурсов в РВ. Для обеспечения требований СВР-РВ в ней должны примерятся эффективные (линейные) алгоритмы.Критичной частью визуализации здесь является сортировка деталей изображения.
Рассмотрим теперь основные этапы получения кадра изображения:
- Отделение невидимых на экране объектов,
- Отображение 3D мира из глобальной системы координат (ГСК) в систему координат наблюдателя (СКН),
- Проецирование 3D мира из СКН на экран,
- Сортировка объектов и граней,
- Рисование кадра (растеризация изображения).
Динамические объекты (например, корабли) должны принять текущее положение в статическом мире. Для этого их надо отобразить из локальной системы координат (ЛСК) в ГСК.
Однако инвариантным оказывается отображение наблюдателя из ГСК в ЛСК динамического объекта. Таким образом, вместо трехмерного отображения массива данных динамического объекта необходимо получить новую СКН относительно ЛСК этого объекта.
Обобщая и уточняя эту идею, можно сформулировать следующий принцип: эффективности виртуализации динамических объектов и статического мира близки при условии одинаковых возможностей поведения динамических объектов и наблюдателя в статическом мире.
При реализации системы основное внимание уделялось ее структурной простоте. Каждому термину модели 3D мира был поставлен в соответствие абстрактный тип данных (АТД).
АТД условно были поделены на две группы: «примитивы» («точка», «ребро», «грань») и «объект».
В свою очередь АТД «объект» является базой для иерархии объектов с набором методов, соответствующих основным этапам получения кадра.
Динамическая составляющая 3D модели естественным образом представляется в виде классов с методами — «демонами», вызываемыми при обработке каждого кадра визуализации.
Примечание: Такого рода подходы к проектированию могут иметь удачное применение в многосубъектных СВР поддержки принятия решений при условии «равноправия» субъектов.
Литература:
- Фоли Дж., взн Дэм А. Основы интерактивной машинной графики. — М.: Мир, 1995