Transcript Document
Некоторые аспекты использования технологий стерео визуализации для космических исследований
Н.Н. Корнева 1 , А.В. Говоров 1, 2 , В.Н. Назаров 1 1 Учреждение Российской академии наук Институт космических исследований РАН (ИКИ) 2 Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК)
Классическая информационная модель научного космического эксперимента
O n -B o a rd E n d U s e rs O n - B o a rd D a ta H a n d lin g O n - B o a rd D a ta T ra n s p o rt G ro u n d D a ta T ra n s p o rt G ro u n d D a ta H a n d lin g / N e tw o rk G ro u n d E n d U s e rs
Physical phenomena Value adding chain Interpretation
Технологии
стерео визуализации
• Анаглифический • Эклипсный • Поляризационный • Растровый
Анаглифический метод.
Потеря в цветопередаче
Стереопара (источник http://www.nasa.gov/mission_pages/stereo/multimedia/LeftRightImages.html
) Анаглиф (алгоритм Color anaglyph) Анаглиф (алгоритм Dubois)
Анаглифический метод.
Фантомы
Источник http://www.shvedun.ru/stereo-1.htm
Источник http://nzphoto.tripod.com/stereo/3dtake/fstereoslides.htm
Растровый метод
Для сепарации ракурсов используется пространственное разделение стереопары. Изображение на экране состоит из узких вертикальных полосок, с чередованием изображений стереопары. Перед экраном размещается растр с таким же шагом, элементы которого позволяют каждому глазу видеть только «свои» полоски изображения.
Поляризационный метод
Достоинством такого подхода является возможность использования проекторов любого типа, в том числе жидкокристаллических, а также высокая степень разделения ракурсов, которая ограничивается только характеристиками применяемых пассивных фильтров. Алгоритм вывода стереоизображения в данном случае сводиться к подаче на проекторы различных ракурсов стереоизображения.
Эклипсный метод
Программное обеспечение должно, по сути, выполнять следующие действия: • поочередно выводить на монитор два разных ракурса до тех пор, пока не будет готова новая пара • оповещать контроллер очков, какой из ракурсов выводится на монитор в текущий момент времени.
Любая задержка при выводе ракурса на экран может привести к разрушению стереоэффекта. Возможные способы решения: • использование механизма четверной буферизации (QuadBuffer). Среди наиболее популярных графических API такой механизм поддерживает только OpenGL. Однако использование QuadBuffer возможно только с видеокартами профессионального сегмента, к тому же не все стерео устройства поддерживаются видеокартами; • использование стерео драйверов.
Эклипсный метод.
NVIDIA 3D Vision Kit
Комплект 3D Vision может быть использован как с видеокартами пользовательского сегмента, так и профессионального.
Тип визуализируемых данных
Существующий стерео контент (стереопары) 3d контен, отображаемый средствами Direct3D
Способ создания стереоэффекта
Автоматический стерео вывод не предусмотрен Автоматически драйвером 3D Vision Возможность автоматического формирования стерео вывода стерео драйвером в 3d приложениях является отличным решением в том случае, если необходима возможность стерео представления и соответственно объемного восприятия трехмерных научных моделей.
Выбор технологии стерео визуализации
С нашей точки зрения при выборе способа стерео визуализации следует опираться не только на тип устройства отображения, доступность необходимых аппаратных средств для конечного пользователя, но и на тип визуализируемых данных. В том случае, если изначально требуется осуществить стерео визуализацию трехмерных научных данных, нам представляется разумным выбрать эклипсный способ сепарации ракурсов на базе решения компании Nvidia для видеокарт пользовательского сегмента.
• • • • •
Форматы хранения стереоизображения
Side-by-side (бок о бок); Over/Under (над/под); Interlaced (чересстрочный) - сегодня практически не применяется; Анаглиф; MPO (multi-picture object) для изображений и MKV (Matroska video) для видео.
Наиболее экономичными с точки зрения объема получаемых данных являются анаглифический и чересстрочный способы хранения стереоизображения. Для вывода таких стереоизображений, например, с помощью эклипсного способа сепарации ракурсов, потребуется предварительное восстановление стереопары, что повлечет за собой не только дополнительные временные затраты, но в случае с анаглифом также приведет к существенной потере в цветопередаче.
Растровый метод. Sharp LL-151-3D
for ( int y = 0; y < this ._pair.PixelSize.Height; y++) { for ( int x = 0; x < this ._pair.PixelSizeLeft.Width; x++) { PixelData p; PixelData colorL = this ._pair.GetPixel(x, y); PixelData colorR = this ._pair.GetPixel
(x + this ._pair.PixelSizeLeft.Width, y); if (x % 2 == 0) p = new PixelData (colorL.R,colorR.G,colorL.B); else p = new PixelData (colorR.R,colorL.G,colorR.B); this ._image.SetPixel(x, y, p); } } this ._image.UnlockBitmap(); return this ._image.Bitmap; Стереоизображения в 2d режиме для модели монитора Sharp LL-151-3D (стереопара с сайта http://macroclub.ru/gallery/showphoto.php?photo=12238 )
Эклипсный метод. 3D Vision Kit (стереопары)
1. Загрузить кадр (левый и правый ракурс) в текстуру • размер текстуры устанавливается равным w*(h+1), где w – ширина кадра, h – высота кадра; • левый ракурс размещается на левой стороне текстуры, правый – на правой; • добавить стерео тег в последнюю дополнительную строчку поверхности.
2. Осуществить копирование поверхности в задний буфер (IDirect3DDevice9:: StretchRect – в DirectX 9.0 и ID3D10Device::CopySubresourceRegion – в DirectX 10/ 11) 3. Вывести задний буфер на монитор
Перспективы стерео визуализации в космических исследованиях
Проведенный анализ рассмотренных способов стерео визуализации и наработки в плане их практического использования позволили применить данные методы для формирования стереоизображений из стереопар, полученных при испытаниях стереокамер проекта Фобос-Грунт.
Перспективы стерео визуализации в космических исследованиях
Перспективной представляется использования технологии инструмента в попытка данной качестве исследователя при разработке теоретических проблем, главным образом для стерео визуализации сложных процессов, физических математических абстракций и моделей.
Использование визуализации в качестве стерео инструмента исследователя может не только увеличить информативность отображаемых данных, но также снизить утомляемость пользователя, а, следовательно, и повысить его эффективность.
Заключение
• • Визуализация научной информации космических проектов является одним из наиболее доступных методов решения фундаментальных и прикладных задач космических исследований. Одним из методов повышения выразительности, а, следовательно, и информационной ценности изображения является стерео визуализация. В космических исследованиях стерео визуализация применяется в основном для отображения стереопар, полученных со стереокамер космических аппаратов, стерео визуализации ЦМР, популяризации фундаментальных и прикладных космических исследований.
В этой ситуации перспективным представляется попытка использования данной технологии в качестве инструмента исследователя при разработке теоретических проблем, главным образом для стерео визуализации сложных физических процессов, математических абстракций и моделей. Преимуществами такого подхода по сравнению с традиционными способами отображения, прежде всего, является повышение информативности отображаемых данных, а также возможность проведения их “фильтрации” по степени важности и актуальности на данный момент.