6.5.1. ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ИМИТАЦИИ ПОЛЕТА НАД
РЕАЛЬНОЙ МЕСТНОСТЬЮ
Возможности машинной графики позволяют решать проблемы имитации полета на самолете над реальной местностью, что необходимо как для обучения летчиков ориентированию внеизвестной для них обстановке, так и для автоматической навигации летательных аппаратов при беспилотной посадке.
При моделировании геометрических форм на реальной местности можно выделить три класса образований: рельеф в виде тонкой изогнутой или изломаной поверхности; постройки трехмерной формы и растительность типа массива леса или отдельных деревьев, трехмерными формами которых нельзя пренебречь. Соответственно каждому из этих образований присущи специфические оптические свойства. Местность покрыта "узором" дорог, полей, озер, которые в свою очередь имеют определенные индикатрисы рассеивания, коэффициенты яркости и другие признаки. Исследования [36] показывают, что большинство покрытий природного происхождения можно считать диффузными отражателями и соответственно охарактеризовать единственным параметром — коэффициентом яркости а(Хт,Ут), где Хт, Ут — координаты местности в системе координат сцены. Коэффициент яркости меняется с течением времени, что связано с деятельностью человека (распашка полей, строительство дорог), вегетативной деятельностью растений (сброс листвы) и выпадением, таянием снегов. Оптические характеристики построек можно также считать близкими к диффузным и достаточно стабильными. Лесные массивы кроме сезонных изменений отражательных свойств характеризуются и наличием теней, что также следует учитывать.
Рис. 6.5.1. Изображение построек и рисунка покрытий на местностиметодом трассирования лучей
Теоретически возможно создать полную математическую модель местности и построек, а затем методами машинной графики синтезировать изображение сцены в текущих условиях наблюдения и освещения. Такое изображение может быть использовано не только в видеотренажерах, но и в качестве эталонного при распознавании образов. Однако построение модели будет тогда исключительно трудоемким, а время синтеза недопустимо большим. При относительно плоской местности имеется возможность значительно сократить вычислительную емкость задачи из-за использования планового фотоизображения самой местности.
Основная идея такого решения заключается в следующем. Модель сцены представляют в вице однородной по отражательным свойствам плоскости и трехмерными конструкциями зданий, расположенных на этой плоскости. В заданных условиях наблюдения (модель ракурса) и освещения (модель Солнца) производится отслеживание (трассирование) каждого визирующего луча (см.рис.6.5.1). Если луч "видит" трехмерный объект, то вычисление освещенности видимой точки осуществляется по правилу Е = = Е a(X,Y,Z)cosot, где Е — максимальное значение
max 4 7 ' max _ _
освещенности, достигаемое на изображении белой диффузно отражающей поверхности с коэффициентом яркости, равным единице, и с нормалью к поверхности, направленной на источник света — Солнце; а — коэффициент яркости поверхности; а — угол между нормалью к видимой поверхности объекта и направлением на Солнце.