Разработка системы моделирования наблюдения за группировкой кораблей

Данная техника позволяет создавать трехмерные образы, но при этом не видны такие эффекты, как тени, рефракция и рефлексия. Чтобы воссоздать перечисленные эффекты, мы должны принять в рассмотрение специальные вторичные лучи, которые

исходят из точек пересечения. Это все делается рекурсивно до достижения некоторого уровня детализации. Затем полученные по всем лучам результаты складываются, и

соответствующему пикселю присваивается вычисленный цвет.

Трассировка лучей - это один из наиболее насыщенных вычислениями методов расчета трехмерных изображений, но зато и результаты получаются впечатляющими. Есть, правда, и одна проблема: для решения этой задачи в реальном времени не хватает

мощности даже самого быстродействующего компьютера. Потому нам придется учесть данное обстоятельство и применить идею трассировки лучей для создания другого метода. Он будет более ограничен, но позволит нормально работать с трехмерными мирами на обычном ПК. Исходя из этого, был реализован упрощенный вариант трассировки лучей, использующий только первичные лучи для генерации изображения. С последующими оптимизациями возможно достижение производительности для рендеринга изображения в режиме реального времени.

Краткое описание упрощенного алгоритма.

Освещение создаётся при помощи точечного источника. При рендеринге в режиме "без освещения" все объекты считаются освещёнными и теней не отбрасывают.

В случае рендеринга с освещением для каждой прорисовываемой точки выполняется процедура расчета освещения её источником света. Сначала проверяется наличие, пересечения луча из точки в источник света с любым другим объектом из сцены. Если такое пересечение было найдено, то точка не освещена данным источником. Иначе, точка получает прирост освещённости по цвету и интенсивности, зависящий от источника и угла между отрезком и нормалью к треугольнику, которому принадлежит рассматриваемая точка (см. рис.1). Таким образом, создаются тени - области без дополнительного освещения. Для усиления теней рекомендуется выбирать в качестве базовых цветов модели тёмные оттенки, а для источников освещения - более яркие.

Рис. 3. Освещенность точки.

P - рассматриваемая точка

N - нормаль к поверхности

Z - вектор, ведущий от рассматриваемой точки к источнику освещения.

Обоснование выбора алгоритма.

Алгоритм трассировки лучей позволяет получить наиболее реалистичные изображения объектов сцены. Одним из свойств алгоритмов трассировки лучей заключается в большой зависимости скорости работы от разрешения экрана. Одним из главных последствий существования этой зависимости стала невозможность осуществления трассировки лучей в реальном времени на старых персональных компьютерах, оснащённых процессорами PentiumII и ниже. Эта константа даже на маленьких разрешениях - 400х300 - полностью съедала всю мощность процессора. Но сейчас этот барьер пройден. [3] Для обеспечения резкого ускорения скорости работы алгоритма необходимо использовать специальные библиотеки арифметических вычислений, оптимизированные под команды SSE. Например, уже достаточно давно доступна библиотека Small Matrix Library от компании Intel. В ней реализован класс матрица и класс вектор. По данным iXBT [3] время выполнения вычислений с учетом использования данной библиотеки на PIII 800EB выглядит следующим образом:

Ускорение получается до двух раз и даже больше. Результаты реализации без применения оптимизированных библиотек так же подчеркивают архитектурные особенности современных компонентов компьютеров, о чем будет сказано позднее. Таким образом, алгоритм трассировки лучей на текущий момент позволяет получить наиболее качественный расчет освещения в сочетании с достаточной скоростью при использовании оптимизированных под SSE библиотек, что и должно явиться следующим этапом развития программного продукта.

1.1.4 Схема выбранной последовательности преобразований

В результате проведения анализа алгоритмов была выбрана следующая последовательность проведения преобразований:

1.2 Объекты сцены

1.2.1 Источник освещения

В связи со спецификой требований к программному продукту, т.е. необходимости реализации естественного (Солнечного) освящения. Источник освещения сцены мы считаем точечным и удалённым от прорисовываемых объектов.

Поэтому, источник задаётся двумя углами (азимутальным и зенитным), а также цветом.

1.2.2 Прорисовываемые объекты

Каждому прорисовываемый объекту в программе назначены следующие глобальные параметры: имя (не изменяется), координаты в пространстве, собственный угол азимутального поворота, цвет, пункт назначения.

 Скачать реферат