Кожушко Д. Г. Методи та апаратні засоби нанесення текстур для синтезу зображень зворотним трасуванням у системах візуалізації

Об'єкт дослідження - процес нанесення текстур для синтезу зображень методом зворотного трасування в системах візуалізації тренажерів транспортних засобів. Мета дослідження - розробка методів та апаратних засобів нанесення текстур з усуненням ефекту аліасинга для синтезу зображень методом зворотного трасування в системах візуалізації реального часу. Методи дослідження: при проведенні досліджень застосовувалися методи аналітичної геометрії, теорії цифрової обробки сигналів, математичний апарат алгебри логіки. Застосовувалися методи аналізу та синтезу обчислювальних пристроїв при розробці структури спецпроцесорів. Для перевірки працездатності розроблених моделей та методів, а також для з'ясування їхніх характеристик були використані методи математичного моделювання. Для перевірки працездатності окремих блоків спецпроцесорів застосовувалося імітаційне моделювання. Теоретичні і практичні результати роботи в сукупності розв'язують наукову задачу нанесення текстур зворотним трасуванням. Наукова новизна: 1) вперше запропонований метод анізотропної фільтрації в площині текстури для задач синтезу зображення зворотним трасуванням. Метод передбачає виконання анізотропної фільтрації в площині текстури при нанесенні її на поверхню тривимірного об'єкту, що дозволяє усунути ефект аліасинга при нанесенні текстур та підвищити продуктивність синтезу зображень методом зворотного трасування; 2) вперше запропоновані методи упаковки векторних текстур простих нерівномірних та з довільними лініями розділу. Основною особливістю методів є те, що вхідні дані векторної форми подання перетворюються до деревоподібної структури та орієнтовані на запропонований у роботі метод анізотропної фільтрації. Застосування запропонованих методів упаковки текстур дозволяє скоротити об'єми пам'яті при збереженні високої роздільної здатності; 3) запропоновано метод швидких обчислень зваженого кольору проекції пікселя для задач анізотропної фільтрації текстур. Метод передбачає виконання у препроцесорному часі значної кількості складних обчислень щодо розрахунку зваженого на відповідну вагову функцію кольору. Подальше обчислення зваженого кольору проекції пікселя згідно з методом виконується із проходом по дереву упакованих текстур без розпакування до растрової форми подання. Метод дозволяє зменшити обчислювальні витрати при нанесенні текстур з одночасним усуненням аліасинга у реальному часі; 4) одержав подальший розвиток метод адаптивного трасування променів для задач усунення крайового аліасинга. На відміну від існуючих, метод використовує запропонований критерій вибору кількості рівнів розбивки, що враховує параметри системи відображення й кутову похибку ока людини. Використання методу дозволяє зменшити обчислювальні витрати при синтезі зображень методом зворотного трасування. Ступінь упровадження - наукові результати, отримані під час виконання дисертаційної роботи, використано при модернізації системи відображення інформації в НЦУВКЗ м. Євпаторія (акт впровадження від 13.12.09), а також були впроваджені в навчальний процес Харківського національного університету радіоелектроніки (акт впровадження від 14.12.10). Сфера використання - на підприємствах України для створення систем візуалізації тренажерів транспортних засобів, для провадження автоматизованих систем керування технологічними процесами, для яких є важливою реалістичність синтезованих зображень, у навчальному процесі при підготовці фахівців у галузях проектування обчислювальної техніки та побудови систем візуалізації реального часу.