Метод решения в машинной графике задачи взаимозакрываемости 3D-моделей при подвижном наблюдателе

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-21-10046

НазваниеМетод решения в машинной графике задачи взаимозакрываемости 3D-моделей при подвижном наблюдателе

Руководитель Роганов Владимир Робертович, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный технологический университет" , Пензенская обл

Конкурс №76 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-213 - Обработка и анализ изображений и сигналов

Ключевые слова теоретические основы машинного синтеза 3D-моделей, подвижный наблюдатель

Код ГРНТИ27.03.66

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на разработку метода машинной графики для решения задачи взаимозакрываемости ближними 3D-моделями дальних при подвижном наблюдателе. Ранее такая задача решалась при синтезе 2D-проекций 3D-объектов во время режима реального времени, за счёт использования управляющих примитивов «разделяющая плоскость», разработанный одновременно при разработке применяемых сейчас методов машинной графики реального времени. Решение задачи взаимозакрываемости одной 3D-модели другой возникает во время синтеза на экране имитатора визуальной обстановки лили имитатора тепловизора в реальном масштабе времени 2D-проекций 3D-моделей, попавших в камеру наблюдения. Отличительной особенностью предлагаемого метода является решение задачи взаимозакрываемости рассматривая для этого не 3D-модели, а 3D-примитивы без учёта к какой 3D-модели они относятся. Это позволяет перенести решение задачи взаимозакрываемости из режима реального времени на этап разработки всех 3D-моделей, из которых набирается 3D-модель внешней среды, наблюдаемая через остекление кабины или на экране имитатора тепловизора. Это также позволяет упроститель специализированную программно-техническую систему «компьютерный генератор изображения» (разработанную с учётом решения задачи взаимозакрываемости в такт режима реального времени за счёт использования управляющих примитивов «разделяющая плоскость», что в итоге приводит и к потерям более 30% времени на решение этой задачи и к созданию сложной программно-аппаратной системы (с большим числом стеков)). Таким образом, в ряде случаев в качестве компьютерного генератора изображения может выступать обычный компьютер

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Роганов В.Р. Особенности имитаторов авиационного тренажёра, синтезирующего для лётчика 3D-модели окружающего пространства в разном диапазоне световых волн ПГУ, Труды Международного симпозиума «Надёжность и качество», 2023, том 1. Пенза, ПГУ, С.91-95 (год публикации - 2023)

2. Гудкова Е.А. Программно-технические и эргатические оптико-программно-технические системы синтеза 3D-моделей ПГУ, Труды Международного симпозиума «Надёжность и качество», 2023, том 2. Пенза, ПГУ, С.324-327 (год публикации - 2023)
10.25791/pribor.10.2023.1446

3. Четвергова М.В. Постановка задачи ввода в 3D-модель района полётов авиационного тренажёра подвижных 3D-моделей реперных объектов ПГУ, Труды Международного симпозиума «Надёжность и качество», 2023, том 2. Пенза, ПГУ, С.46-49. (год публикации - 2023)

4. Роганов В.Р., Кувшинова О.А., Аhmed Andan Lateef, Abdulwahhab Haidar Особенности имитаторов авиационного тренажёра, синтезирующих для лётчика 3D-модели окружающего пространства в разном диапазоне световых волн ПГУ, Труды Международного симпозиума «Надёжность и качество», 2023, том 2. Пенза, ПГУ, С.75-78 (год публикации - 2023)

5. Михеев М.Ю., Халал С., Пепел Л.М., Гудкова Е.А. How GPT-3 changes the process of creating visual environment ПГУ, Труды Международного симпозиума «Надёжность и качество», 2023, том 12. Пенза, ПГУ, С.279-280. (год публикации - 2023)

6. Михеев М.Ю., Халал С., Пепел Л.М., Гудкова Е.А. The role GPT-3 in natural language processing in a cognitive visual environment ПГУ, Труды Международного симпозиума «Надёжность и качество», 2023, том 2. Пенза, ПГУ, С.281-282. (год публикации - 2023)

7. BIG DATA analysis with artificial neurons: a comparative study BIG DATA analysis with artificial neurons: a comparative study ПГУ, Труды Международного симпозиума «Надёжность и качество», 2023, том 2. Пенза, ПГУ, С.283-289 (год публикации - 2023)

8. Владимир Роганов, Мария Четвергова, Александр Савочкин, Борис Долговесов The Task of Synthesizing 3D-models of the Environment with 3D-models of Moving Objects Algorithms for Intelligent Systems (Springer Book Series) (год публикации - 2023)

9. Роганов Владимир Робертович, Четвергова Мария Владимировна, Кувшинова Ольга Александровна, Шамсулдин Хайдар Абдулваххаб Хайдар Структура баз данных компьютерных генераторов изображения синтезирующих 3d-модель района полётов авиационного тренажёра журнал из перечня ВАК «XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс»., журнал из перечня ВАК "XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс". 2023. Т. 12. №2 (62). С.41-45 (год публикации - 2023)

10. Роганов Владимир Робертович, Есимова Нурзипа Сапаровна, Кувшинова Ольга Александровна, Аль-Амиди Мустафа Абдулкадим Дхаир Особенности окрашивания 3D-моделей, синтезируемых в режиме реального времени методами машинной графики Журнал из перечня ВАК «XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс»., Журнал из перечня ВАК «XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс». 2023. Т. 12. №2 (62). С.68-72 (год публикации - 2023)

11. М.Ю. Михеев, Соня Хелал , Е.А.Гудкова Преобразование агробизнеса в Алжире: c использованием модели когнитивной визуальной среды и управления данными технологии устойчивого роста IEEE, 2023 International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon) 979-8-3503-0339-1/23/$31.00 ©2023 IEEE. р.32626 (год публикации - 2023)

12. Роганов В.Р., Михеев М.Ю., Четвергова М.В., Долговесов Б.С. ОСОБЕННОСТИ СИНТЕЗА ВИЗУАЛЬНО НАБЛЮДАЕМОЙ ВО ВРЕМЯ ПОЛЕТА 3D-МОДЕЛИ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ ДЛЯ АВИАЦИОННОГО ТРЕНАЖЕРА Издательство "Научтехлитиздат", ЖУРНАЛ: ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ. УПРАВЛЕНИЕ, КОНТРОЛЬ, ДИАГНОСТИКА Учредители: Издательство "Научтехлитиздат" ISSN: 2073-0004 2023. №10. - с.14-24 (год публикации - 2023)
10.25791/pribor.10.2023.1446

13. Роганов В., Долговесов Б., Асмолова Е., Четвергова М. Features of synthesis for humans of a visually observable 3D-terrain model using the example of an aviation simulator E3S Web of Conferences (год публикации - 2023)

14. Роганов В.Р., Михеев М.Ю., Долговесов Б.С., Четвергова М.В., Савочкин А.М., Кочегаров И.И., Гудкова Е.А ПРОГРАММНО-АППРАТНЫЕ СИСТЕМЫ МАШИННОЙ ГРАФИКИ Издательством ПГУ, г.Пенза (год публикации - 2024)

15. Владимир Роганов, Борис Долговесов, Катерина Гудкова Simulators of visual environment of aviation and space simulators E3S Web of Conferences, E3S Web of Conf. Volume 458, 2023 International Scientific Conference Energy Management of Municipal Facilities and Environmental Technologies (EMMFT-2023). Article Number 03014, Number of page(s) 7. Section.Low Carbon Mobility and Logistics (год публикации - 2023)
10.1051/e3sconf/202345803014

16. Михеев М.Ю., Роганов В.Р., Асмолова Е.А., Есимова Н.С., Долговесов Б.С., Кувшингова О.А. ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЕ СИСТЕМЫ МАШИННОГО СИНТЕЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ АВИАЦИОННЫХ ТРЕНАЖЕРОВ ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ издательство Минобрнауки России ФГБУН Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова Российской академии наук, ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ, ISSN 1684-1719, №11, 2023 (год публикации - 2023)
10.30898/1684-1719.2023.11.14

17. Роганов В., Долговесов Б., Асмолова Е., Четвергова М. Features of the synthesis for a person information about moving a mobile model above a visually observed 3D-model of the area, on the example of an aviation simulator E3S Web of Conferences (год публикации - 2023)

18. Владимир Роганов, Мария Четвергова, Екатерина Гудкова, Борис Долговесов, Нурзипа Есимова Using Models of Moving Objects in Flight Simulator Simulators IEEEXplore А4, https://disk.yandex.ru/d/Qa7lzL2qSTRN9g IEEEXplore А4 SUMMA2023_Paper_130.doc (год публикации - 2023)

19. Михаил Михеев, Соня Хилал, Екатерина Гудкова, Лиана Надя Пепел Integrating Big Data and Cognitive Visual Environment for Precision Medicine: Opportunities and Challenges IEEEXplore А2, IEEEXplore А2 SUMMA2023_Paper_227.docx (год публикации - 2023)

20. Владимир Рогагнов, Борис Долговесов, Екатерина Асмолова, Мария Четвергова Analysis of directions for improvement of flight simulators E3S Web of Conferences, E3S Web of Conferences 460, 04037 (2023). BFT-2023. рр. 1-17ю (год публикации - 2023)
10.1051/e3sconf/202346004037

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
На II этапе, согласно заявленному в проекте плану работ, было проведено исследование методов компьютерного синтеза нескольких неподвижных изображений 3D-моделей 3D-объектов, синтезированных специальными программно-аппаратными системами, получивших название компьютерный генератор изображения наблюдаемых в ИК-диапазоне электромагнитного излучения при подвижном наблюдателе. Результаты исследований показали, что: 1) для синтеза неподвижных изображений 3D-моделей в ИК-излучении электромагнитного излучения (при подвижном наблюдателе) целесообразно использовать специальные программно-аппаратные системы неназванные «Компьютерными генераторами изображения», как разработанных в XX веке типа «Аксай», «Альбатрос», так и современных на базе персональных компьютеров оснащённых видеокартами GeForce производства NVIDIA, или аналогами таких видеокарт, что предполагает использование методик, методов и алгоритмов ранее разработанных для синтеза изображений 3D-моделей в зрительном диапазоне электромагнитного излучения, в том числе использования метода математического Z-буферирования, разработанного творческим коллективом при выполнении первого этапа проекта; 2) большинство операторов тепловизоров работающих с изображениями 3D-моделей в ИК-излучении, не используют более информационные изображения 3D-моделей в мультиспектральном диапазоне электромагнитных волн, а предпочитают рассматривать их в монохромном окрасе, что предполагает разработку имитаторов тепловизоров синтезирующих изображения 3D-моделей в ИК-излучении электромагнитного излучения как в «монохромном режиме», так и в «мультиспектральном режиме»; 3) для синтеза изображений 3D-моделей наблюдаемых в ИК-излучении в «монохромном цвете» необходимо разработать 3D-модель сцены визуализации, где размещены конструкции 3D-моделей реперных объектов разработанные и соответственно окрашенные с учетом синтеза на экране, подключённом к компьютерному генератору изображения 2D-проекций 3D-моделей; 4) для синтеза изображений 3D-моделей наблюдаемых в ИК-излучении в «мультиспектральном цвете» необходимо разработать 3D-модель сцены визуализации, где размещены конструкции 3D-моделей реперных объектов разработанные и соответственно окрашенные с учетом синтеза на экране, подключённом к компьютерному генератору изображения 2D-проекций 3D-моделей; 5) таким образом для обучения операторов тепловизоров поиску заданных 3D-моделей реперных объектов, наблюдаемых в не привычном ему цветовой комбинации и отличающихся от привычного вида этих моделей в зрительном диапазоне электромагнитного излучения, необходимо разрабатывать три сцены визуализации, являющуюся моделью одного и того же района: одну для наблюдения в зрительном диапазоне электромагнитных волн с помощью имитатора визуальной обстановки; вторую для наблюдения в ИК-диапазоне электромагнитных волн в монохромном окрасе с помощью имитатора тепловизора (синтезирующего на экране подключённом к компьютерному генератору изображения 2D-проекций 3D-моделей в монохромном окрасе); третью для наблюдения в ИК-диапазоне электромагнитных волн в мультиспектральном окрасе с помощью имитатора тепловизора (синтезирующего на экране подключённом к компьютерному генератору изображения 2D-проекций 3D-моделей в мультиспектральном окрасе), это позволит успешно формировать составляющие когнитивной модели оператора тепловизора в которых откладывается его профессиональный опыт поиска заданных 3D-моделей (при использовании имитатора тепловизора) или опыт поиска заданных 3D-объектов (при использовании реального тепловизора); 6) при разработке сцен визуализаций целесообразно использовать уже хорошо зарекомендовавшие себя визуальные примитивы: по-разному окрашенные 3D-грани и 3D-огни и управляющие примитивы 3D-охватывающая сфера «по направлению» и 3D-охватывающая сфера «по дальности»; 7) для использования в сценах визуализации подвижных 3D-моделей целесообразно использовать программно-аппаратные системы компьютерного синтеза изображения иной конфигурации, которую надо обосновать и разработать.

Публикации

1. Михеев М., Роганов В., Долговесов Б., Хилал С. Matching visually observed 3D model to original reference object E3S Web of Conferences 531, 03012 (2024), E3S Web of Conferences 531, 03012 (2024) UESF-2024 (год публикации - 2024)
10.1051/e3sconf/202453103012

2. Роганов В.Р. Методы моделирования визуально наблюдаемой окружающей среды для авиационных тренажёров Издательство ПГУ. 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40. Тел.: (8412) 66-60-49, 66-67-77; e-mail: iic@pnzgu.ru, Методы моделирования визуально наблюдаемой окружающей среды для авиационных тренажёров : монография / В. Р. Роганов. – Пенза : Изд-во ПГУ, 2024. − 170 с. ISBN 978-5-907934-44-3 (год публикации - 2024)

3. Михеев М.Ю., Роганов В.Р., Асмолова Е.А., Есимова Н.С., Долговесов Б.С., Кувшинова О.А. Программно-аппаратные системы машинного синтеза изображений для авиационных тренажеров Минобрнауки России ФГБУН Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова Российской академии наук, Программно-аппаратные системы машинного синтеза изображений для авиационных тренажеров // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – №. 11. https://doi.org/10.30898/1684 1719.2023.11.14 (год публикации - 2023)
10.30898/1684-1719.2023.11.14

4. РОГАНОВ В.Р., МИХЕЕВ М.Ю., ЧЕТВЕРГОВА М.В., ДОЛГОВЕСОВ Б.С. ОСОБЕННОСТИ СИНТЕЗА ВИЗУАЛЬНО НАБЛЮДАЕМОЙ ВО ВРЕМЯ ПОЛЕТА 3D-МОДЕЛИ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ ДЛЯ АВИАЦИОННОГО ТРЕНАЖЕРА "Научтехлитиздат", "ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ. УПРАВЛЕНИЕ, КОНТРОЛЬ, ДИАГНОСТИКА" Учредители: Издательство "Научтехлитиздат" Номер: 10 Год: 2023 Страницы: 14-24 ISSN: 2073-0004 (год публикации - 2023)
10.25791/pribor.10.2023.1446

5. РОГАНОВ В.Р., ЧЕТВЕРГОВА М.В., КУВШИНОВА О.А., ШАМСУЛДИН Х.А.Х Структура баз данных компьютерных генераторов изображения синтезирующих 3D-модель района полётов авиационного тренажёра// Пензенский государственный технологический университет, XXI ВЕК: ИТОГИ ПРОШЛОГО И ПРОБЛЕМЫ НАСТОЯЩЕГО ПЛЮС Учредители: Пензенский государственный технологический университет ISSN: 2221-951X Том: 12 Номер: 2 (62) Год: 2023 Страницы: 41-47 (год публикации - 2023)

6. Червергова М.В., Гудкова Е.А., Крохин И.А.,Савочкин А.Е. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ 3D-ИЗОБРАЖЕНИЯ ДЛЯ ТРЕНАЖЁРНЫХ СИСТЕМ ФГБОУ ВО «Пензенский государственный технологический университет», журнал XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2023. Т. 12. №2 (62). с. 20-26 (год публикации - 2023)

7. Роганов В.Р., Есимова Н.С.,Кувшинова О.А., Мустафа А.Д. ОСОБЕННОСТИ ОКРАШИВАНИЯ 3D-МОДЕЛЕЙ, СИНТЕЗИРУЕМЫХ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ МЕТОДАМИ МАШИННОЙ ГРАФИКИ ФГБОУ ВО «Пензенский государственный технологический университет», журнал XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. 2023. Т. 12. № 2 (62). С. 68-72. (год публикации - 2023)

8. Роганов В., Договесов Б., Гудкова К. Simulators of visual environment of aviation and space simulators Corresponding author:vladimir_roganov@mail.ru E3S Web of Conferences, E3S Web of Conferences 458, 03014 (2023), EMMFT-2023 (год публикации - 2023)
doi.org/10.1051/e3sconf/202345803014

9. Роганов В., Длговесов Б., Асмололва Е., Четвергова М. Analysis of directions for improvement of flight simulators 3S Web of Conferences, E3S Web of Conferences 460, 04037 (2023), BFT-2023 (год публикации - 2023)
10.1051/e3sconf/202346004037

10. Рыбакав И.М., Роганов В.Р., Вершинин Е.А. Ways to improve efficiency of heat exchange and optimize heat removal in radio-electronic equipment IEEE, 2024 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM) (год публикации - 2024)
10.1109/ICIEAM60818.2024.10553861

11. Роганов В.Р., Короп Г.В., Михеев М.Ю. Имитатор визуальной обстановки, синтезирующий в зрительном диапазоне электромагнитных волн внешний вид пространства вокруг кабины авиационного тренажёра Управление большими системами / Large-Scale Systems Control (год публикации - 2024)