Видеотренажеры и имитаторы сложных сцен

Имитационные тренажеры находят в последнее время все более широкое применение в авиации и космонавтике - областях, где проведение физического полетного обучения летчика дорого, а иногда и невозможно. Примером таких систем является обучение космонавта операциям по выводу на орбиту спутника из грузового отсека возвращаемого транспортного корабля. Это ответственная операция, выполняемая механическим манипулятором; поэтому человек еще на земле должен получить навыки управления манипулятором.

Физический имитатор в наземных условиях неэффективен, так как мешающее воздействие силы тяжести сводит на нет смысл эксперимента. Поэтому задачу решают следующим образом. В память ЭВМ вводят математическое описание интерьера грузового отсека, спутника, манипулятора. Управление манипулятором осуществляется путем визуального контроля по экрану имитационной обстановки. Каждое воздействие на рычаги управления сообщается машине как изменение пространственного расположения объектов сцены.

Важнейшим условием эффективности подобных тренажеров является мгновенность реакции синтеза изображения на изменение параметров наблюдения. Поэтому применяют матричные процессоры с быстродействием в несколько миллиардов операций в секунду, ликвидируют ряд визуальных эффектов: тени, зеркальность и др., и используют рекурсивные процедуры синтеза изображения.

Основная идея последних связана с тем, что при небольшом изменении условий наблюдения наиболее вероятно, что любой из "рецепторов" видит ту же поверхность (но другую точку на этой поверхности), что и до изменения. Это позволяет не "вслепую" перебирать поверхности в процессе определения видимой точки, а сразу начинать с наиболее вероятной. Истинность предположения определяется следующим критерием: если в начальных условиях рецептор "видит" точку (x1,y1,z1) поверхности и после изменения условий световой луч из рецептора пересекается с той же поверхностью в точке (x2,y2,z2) и, ([(x1 - x2) ^ 2 + (y1 - y2) ^2 +(z1 - z2) ^ 2 ] ^ 0.5) <= d где d - порог, точка (x2,y2,z2) - есть видимая после изменения условий.