Расширение набора графичисеких примитивов в задачах синтеза изображений методом обратного трассирования
Рассмотрен способ расширения набора графических примитивов, который используется при формировании поверхности объектов в системах визуализации тренажеров транспортных средств, спроектированных на основе метода обратного трассирования. Расширение достигнуто за счет использования векторного способа оп...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
|---|---|
| Дата: | 2008 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7570 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Расширение набора графических примитивов в задачах синтеза изображений методом обратного трассирования / А.Г. Додонов, В.М. Гусятин, Н.Е. Семикин // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2008. — Т. 10, № 2. — С. 77-82. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860238430260166656 |
|---|---|
| author | Додонов, А.Г. Гусятин, В.М. Семикин, Н.Е. |
| author_facet | Додонов, А.Г. Гусятин, В.М. Семикин, Н.Е. |
| citation_txt | Расширение набора графических примитивов в задачах синтеза изображений методом обратного трассирования / А.Г. Додонов, В.М. Гусятин, Н.Е. Семикин // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2008. — Т. 10, № 2. — С. 77-82. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
| description | Рассмотрен способ расширения набора графических примитивов, который используется при формировании поверхности объектов в системах визуализации тренажеров транспортных средств, спроектированных на основе метода обратного трассирования. Расширение достигнуто за счет использования векторного способа описания поверхностей вместо алгебраических уравнений в неявной форме.
Розглянуто спосіб розширення набору графічних примітивів, що використовується при формуванні поверхонь об’єктів у системах візуалізації тренажерів транспортних засобів, спроектованих на основі методу зворотного трасування. Розширення досягається за рахунок використання векторного способу опису поверхонь замість алгебраїчних рівнянь у неявній формі.
Method of enlargement of a set of graphic primitives is considered. This set is used when forming objects surface in visualizing systems of vehicle simulators based on ray-tracing. The enlargement is achieved by using vector-based surface description instead of algebraic equations in implicit form.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:27:03Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2008, Т. 10, № 2 77
УДК 681.323
А. Г. Додонов1, В. М. Гусятин2, Н. Е. Семикин2
1Институт проблем регистрации информации НАН Украины
ул. Н. Шпака, 2, 03113 Киев, Украина
2Харьковский национальный университет радиоэлектроники
проспект Ленина, 14г, Харьков, Украина
Расширение набора графичисеких примитивов в задачах
синтеза изображений методом обратного трассирования
Рассмотрен способ расширения набора графических примитивов, ко-
торый используется при формировании поверхности объектов в сис-
темах визуализации тренажеров транспортных средств, спроекти-
рованных на основе метода обратного трассирования. Расширение
достигается за счет использования векторного способа описания по-
верхностей вместо алгебраических уравнений в неявной форме.
Ключевые слова: прямое и обратное трассирование, примитив, син-
тез изображения, вектор, поверхность.
Анализ литературы и постановка проблемы
В настоящее время существует два подхода к синтезу изображения: прямого
и обратного трассирования. Метод обратного трассирования позволяет формиро-
вать более реалистичные изображения, чем прямой метод, за счет того, что он ра-
ботает с аналитически заданными поверхностями [1]. Это особенно важно при по-
строении систем визуализации (СВ) для тренажеров (авиационных, космических
и других).
В настоящее время для синтеза изображений поверхностей, заданных алгеб-
раическими уравнениями в неявной форме записи поверхности, разработаны ите-
рационные алгоритмы (ИТА), которые хорошо адаптированы для метода обратно-
го трассирования [2]. Однако эти поверхности предоставляют достаточно узкий
набор примитивов. Параметрическое задание поверхностей описывает гораздо
больший класс фигур. Поэтому этот метод получил широкое применение в гра-
фических редакторах, которые формируют высоко реалистичные изображения
(3ds Max, Maya). Однако параметрическое описание требует больших вычисли-
тельных затрат при формировании изображения, что затрудняет его применение в
СВ реального времени [3]. Удобной формой аналитического описания поверхно-
стей при синтезе методом обратного трассирования следует считать векторную
запись. В отличие от алгебраической неявной формы записи поверхности, вектор-
© А. Г. Додонов, В. М. Гусятин, Н. Е. Семикин
А. Г. Додонов, В. М. Гусятин, Н. Е. Семикин
78
ная является более универсальной, т.е. позволяет описывать более широкий класс
поверхностей. Кроме того, такая форма представления позволяет использовать
итерационные методы вычисления точек пересечения проекционного луча (ПЛ) с
поверхностью для их визуализации методом обратного трассирования. Поэтому
актуальным является исследование возможностей применения векторной формы
описания поверхностей в задачах синтеза изображений при построении высоко
реалистичных СВ тренажеров транспортных средств.
Цель статьи — показать возможность использования векторной формы ана-
литического описания сложных поверхностей для расширения существующего
класса аналитически заданных примитивов с целью дальнейшего ее применения
при визуализации объектов из этих примитивов методом обратного трассирова-
ния.
Векторное описание аналитических поверхностей
Векторный метод предполагает, что поверхности задаются радиус-вектором
R , состоящим из набора векторных компонент:
n
i
i vuRR
1
),( , (1)
где u, v — параметры, на которых определены поверхности; iR — векторные
компоненты, представляющие собой определенные функциональные зависимо-
сти.
Рассмотрим примеры задания поверхностей с помощью (1).
Пример 1. Рассмотрим пример простой поверхности — эллипсоид (рис. 1).
Для этого достаточно двух векторов: вектор R1 задает смещение вдоль оси Y, а
вектор R2 описывает сечение поверхности плоскостью, параллельной XZ:
].5,0;[];[0;2
1cos
0
1sin
),(
;
0
0
)(
;2
2
2
2
2
222
111
bby
b
y
ac
b
y
ac
RyRR
yRyRR
n
;
(2)
Рис. 1. Векторно заданный
эллипсоид (a = c = 1; b = 2)
Расширение набора графичисеких примитивов
в задачах синтеза изображений методом обратного трассирования
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2008, Т. 10, № 2 79
Вместе с заданием простых квадратичных поверхностей, векторный способ
позволяет описывать более сложные их аналоги.
Пример 2. Задание эллипсоида с поверхностным рельефом (рис. 2). Формула
описания аналогична (2), но в функцию сечения добавлены тригонометрические
зависимости от y и φ:
2;2].[];[0;2
,
cos1
0
sin1
),9cos()10sin(
,
0
0
)(
,2
2
2
2
2
22
111
y
b
y
ack
b
y
ack
RR
yedk
yRyRR
n
(3)
Наряду с заданием простых повер-
хностей и их усложненных вариантов,
векторный способ позволяет формиро-
вать другие классы сложных поверхно-
стей.
Пример 3. Построим сложную спи-
ралевидную фигуру (рис. 3). Для этого
достаточно двух векторов. Тогда (1) при-
нимает вид:
21 RRR . (4)
Вектор 1R задает спиральную ось
фигуры как зависимость от угла поворо-
та φ. Вектор 2R описывает сечение фи-
гуры и является зависимостью от φ и γ —
угла поворота в плоскости сечения.
Рис. 3. Спиральная фигура с
винтовым сечением (R = 0,7;
r = 0,8; k = 0,5; a = 0,2;
b = 0,16; c = 0,64)
Рис. 2. Эллипсоид с
поверхностным рельефом
(a = 1; b = 2; c = 1,3; d = 1;
e = 0,4)
А. Г. Додонов, В. М. Гусятин, Н. Е. Семикин
80
].[0;2[0;11];
,
))4sin(sin)4cos(cos(cos
)4sin(cos)4cos(sin
))4sin(sin)4cos(cos(sin
),(
,
)cos)(
sin)(
)(
,2
222
111
bc
cb
bc
RRR
aR
k
aR
RRR
n
(5)
Пример 4. На рис. 4 приведена сложная спиральная фигура — «улитка». Она,
как и предыдущие примеры, содержит в себе полость:
(6)
где a — коэффициент увеличения радиуса от угла поворота; хX — операция
округления x до ближайшего целого числа xX .
Рис. 4. Спиральная фигура
«улитка» (a = 0,01)
],[0;2];[0;10
,
coscos
sin
cossin
),(
,
2
)(
),(2)(
)),(2(2)(
,
cos)(
0
sin)(
)(
;2
222
1)(
0
111
a
a
a
RRR
k
km
miaaR
R
R
RRR
n
k
i
Расширение набора графичисеких примитивов
в задачах синтеза изображений методом обратного трассирования
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2008, Т. 10, № 2 81
Примитивы, заданные на интервалах. Векторный метод описания поверхно-
стей позволяет усложнять форму примитивов, определяя их на интервалах облас-
ти определения параметров. Пример такого примитива — условная модель ракеты
(рис. 5):
],;[];[0;2
);(
0;
0;)1)5(sin(
),(
;
cos),(
0
sin),(
),(
;
0
0
)(
;2
222
111
ebcy
ebyba
e
by
e
bya
yc
c
yd
a
yr
yr
yr
RyRR
yRyRR
n
(7)
где a — радиус цилиндра; b — высота цилиндра; c — высота оперения ракеты; d
— увеличение радиуса оперения; e — высота конуса; r ( y, ) — кусочно-заданная
функция, описывающая зависимость модуля вектора 2R от угла поворота и
координаты y.
Преимуществом примитива, заданного на
интервалах, перед совокупностью отдельных
примитивов является то, что для его визуали-
зации необходимо запускать только один
ИТА для каждого луча. Если объект (рис. 5)
составить из нескольких примитивов, то при
визуализации необходимо выполнить ИТА
для каждого примитива на каждом луче.
Следует отметить, что векторное задание
поверхности позволяет просто формировать
параметры-индикаторы [2], которые опреде-
ляют инцидентность заданной точки к по-
верхности. Это свойство векторной формы
записи поверхности важно для построения
итерационных методов синтеза изображения
[2]. Таким образом, аналитическая запись
многих поверхностей в виде соотношения (1)
является более приемлемой записью, чем ал-
Рис. 5. Примитив, заданный
на интервалах (a = 0,2; b = 1;
c = 0,8; d = 0,2; e = 0,4)
А. Г. Додонов, В. М. Гусятин, Н. Е. Семикин
82
гебраическая в неявной форме. В дальнейших публикациях авторы предполагают
привести результаты построения итерационных методов для нахождения точек
пересечения ПЛ с поверхностью, представленной в векторной форме. Векторная
форма описания аналитических поверхностей позволяет задавать более широкий
диапазон поверхностей, чем алгебраическая неявная форма записи, что расширяет
набор примитивов, используемых при синтезе изображений объектов методом
обратного трассирования в системах визуализации реального времени.
1. Foley J.D., Van Dam A., Feiner S.K., Hughes J.F. Computer Graphics (Principles and Practice)
by Addison-Wesley Publishing Company, Inc. — 1996. — 1175 p.
2. Гусятин В.М. Итерационный алгоритм синтеза изображения в растровой графике реально-
го масштаба времени. — Харьков: ХТУРЭ / Радиоэлектроника и информатика. — 1998. — № 3. —
С. 81–83.
3. Campagna S., Slusallek P., Seidel H.P. Ray Tracing of Spline Surfaces: Bezier Clipping, Cheby-
shev Boxing, and Bounding Volume Hierarchy — А Critical Сomparison with New Results // The Visual
Computer. — 1997. — Vol. 13, N 6. — P. 265–282.
Поступила в редакцию 10.06.2008
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-7570 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1560-9189 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:27:03Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут проблем реєстрації інформації НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Додонов, А.Г. Гусятин, В.М. Семикин, Н.Е. 2010-04-02T12:30:25Z 2010-04-02T12:30:25Z 2008 Расширение набора графических примитивов в задачах синтеза изображений методом обратного трассирования / А.Г. Додонов, В.М. Гусятин, Н.Е. Семикин // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2008. — Т. 10, № 2. — С. 77-82. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1560-9189 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7570 681.323 Рассмотрен способ расширения набора графических примитивов, который используется при формировании поверхности объектов в системах визуализации тренажеров транспортных средств, спроектированных на основе метода обратного трассирования. Расширение достигнуто за счет использования векторного способа описания поверхностей вместо алгебраических уравнений в неявной форме. Розглянуто спосіб розширення набору графічних примітивів, що використовується при формуванні поверхонь об’єктів у системах візуалізації тренажерів транспортних засобів, спроектованих на основі методу зворотного трасування. Розширення досягається за рахунок використання векторного способу опису поверхонь замість алгебраїчних рівнянь у неявній формі. Method of enlargement of a set of graphic primitives is considered. This set is used when forming objects surface in visualizing systems of vehicle simulators based on ray-tracing. The enlargement is achieved by using vector-based surface description instead of algebraic equations in implicit form. ru Інститут проблем реєстрації інформації НАН України Реєстрація, зберігання і обробка даних Технічні засоби отримання і обробки даних Расширение набора графичисеких примитивов в задачах синтеза изображений методом обратного трассирования Розширення набору графічних примітивів у задачах синтезу зображення методом зворотного трасування Enlargement of a Set of Graphic Primitives in Problems Related to Image Synthesis Using Ray-Tracing Article published earlier |
| spellingShingle | Расширение набора графичисеких примитивов в задачах синтеза изображений методом обратного трассирования Додонов, А.Г. Гусятин, В.М. Семикин, Н.Е. Технічні засоби отримання і обробки даних |
| title | Расширение набора графичисеких примитивов в задачах синтеза изображений методом обратного трассирования |
| title_alt | Розширення набору графічних примітивів у задачах синтезу зображення методом зворотного трасування Enlargement of a Set of Graphic Primitives in Problems Related to Image Synthesis Using Ray-Tracing |
| title_full | Расширение набора графичисеких примитивов в задачах синтеза изображений методом обратного трассирования |
| title_fullStr | Расширение набора графичисеких примитивов в задачах синтеза изображений методом обратного трассирования |
| title_full_unstemmed | Расширение набора графичисеких примитивов в задачах синтеза изображений методом обратного трассирования |
| title_short | Расширение набора графичисеких примитивов в задачах синтеза изображений методом обратного трассирования |
| title_sort | расширение набора графичисеких примитивов в задачах синтеза изображений методом обратного трассирования |
| topic | Технічні засоби отримання і обробки даних |
| topic_facet | Технічні засоби отримання і обробки даних |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/7570 |
| work_keys_str_mv | AT dodonovag rasširenienaboragrafičisekihprimitivovvzadačahsintezaizobraženiimetodomobratnogotrassirovaniâ AT gusâtinvm rasširenienaboragrafičisekihprimitivovvzadačahsintezaizobraženiimetodomobratnogotrassirovaniâ AT semikinne rasširenienaboragrafičisekihprimitivovvzadačahsintezaizobraženiimetodomobratnogotrassirovaniâ AT dodonovag rozširennânaborugrafíčnihprimítivívuzadačahsintezuzobražennâmetodomzvorotnogotrasuvannâ AT gusâtinvm rozširennânaborugrafíčnihprimítivívuzadačahsintezuzobražennâmetodomzvorotnogotrasuvannâ AT semikinne rozširennânaborugrafíčnihprimítivívuzadačahsintezuzobražennâmetodomzvorotnogotrasuvannâ AT dodonovag enlargementofasetofgraphicprimitivesinproblemsrelatedtoimagesynthesisusingraytracing AT gusâtinvm enlargementofasetofgraphicprimitivesinproblemsrelatedtoimagesynthesisusingraytracing AT semikinne enlargementofasetofgraphicprimitivesinproblemsrelatedtoimagesynthesisusingraytracing |