Глава'1 написана канд. техн. наук проф. А.С.Батраковым, гл. 2-6 и приложение - канд. техн. наук В.П. Ивановым.
Глава 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ И ИХ МОДЕЛИРОВАНИЕ
1.1. МОДЕЛИ В МАШИННОЙ ГРАФИКЕ
Системы машинной графики отображают отработанную информацию о процессах или объектах в виде синтезированного изображения на экране дисплея. В отличие от фотографических, телевизионных, оптико-электронных и других аналогичных систем для систем машинной графики источником входной информации являются не сами физические процессы или объекты, а математические модели. Эти модели в общем случае представляют упорядоченную совокупность данных, числовых характеристик, параметров, математических и логических зависимостей, отображающих структуру, свойства, взаимосвязи и отношения между элементами объекта, а также между объектом и его окружением. Математические модели обычно являются обобщенными и предназначаются для описания определенного класса объектов. При вводе конкретных значений параметров система машинной графики на основе общей модели синтезирует изображение и визуализирует его.
Специфика моделей и обрабатывающих программ в трехмерной машинной графике обусловлена необходимостью передавать ощущение глубины пространства, пространственной формы и структуры объектов. Весьма существенное влияние на построение математической модели оказывает требуемый уровень соответствия (подобия) синтезируемого изображения визуально наблюдаемой картине или изображению, которое формируется съемочной системой. В дальнейшем изображение, которому ставится в соответствие синтезирование, будем называть оригиналом. При оценке степени соответствия синтезированного изображения оригиналу целесообразно использовать, как в кинематографии и телевидении, три уровня подобия: физическое, психофизическое (физиологическое) и психологическое.
В применении к машинной графике физическое подобие означает, что синтезированное изображение по основным физическим характеристикам повторяет оригинал. Физическое подобие устанавливается на уровне трех групп характеристик: геометрических (пространственных), яркостных (энергетических) и временных. При физически точном подобии определенные характеристики синтезированного изображения должны полностью соответствовать характеристикам оригинала либо быть пропорциональными им.
При психофизическом (физиологическом) подобии соответствие устанавливается на уровне зрительных ощущений. В силу ограниченных возможностей зрительного аппарата наблюдатель при некотором уровне искажений не может ощутить разницы между синтезированным изображением и оригиналом, так как зрительные ощущения идентичны, хотя яркость, форма и цвет одноименных участков неодинаковы.
Психологическое подобие предполагает, что по общему восприятию синтезированное изображение и оригинал являются схожими. Вследствие этого синтезированное изображение обеспечивает формирование у наблюдателя вполне определенного суждения о реальном объекте или сюжете, хотя синтезированное изображение и оригинал значительно различаются по физическим характеристикам.