Високопродуктивні методи та засоби кінцевої візуалізації тривимірних зображень у системах комп’ютерної графіки

Abstract

У дисертаційній роботі розвинуто теорію кінцевої візуалізації тривимірних графічних об’єктів, що дозволило вирішити науково-прикладну проблему підви-щення продуктивності та реалістичності формування зображень у системах комп’ютерної графіки з використанням концепції структурно-адаптивного зафар-бовування, нових моделей освітлення, методів зафарбовування, формоутворення та антиаліайзингу. На основі отриманих теоретичних положень розроблено високо¬продуктивні програмні та апаратні засоби для систем формування тривимірних гра-фічних зображень. Комп’ютерне моделювання, експериментальні дослідження та впровадження розроблених засобів у системах комп’ютерної графіки підтвердили адекватність розроблених теоретичних засад і ефективність запропонованих методів.

Диссертационная работа посвящена развитию теории конечной визуализации трехмерных изображений в системах компьютерной графики с целью повышения производительности и реалистичности формирования изображений . Предложена концепция структурно-адаптивной закраски, которая состоит в предварительном анализе триангуляционной структуры трёхмерного объекта с целью последующего адаптивного выбора моделей освещения и методов закраски, что обеспечивает повышение производительности за счёт исключения избыточных вычислений. Разработаны методы идентификации отблесков на поверхности трехмерных объектов для исключения из вычислительного процесса трудоемкого расчета спекулярной составляющей цвета, когда она не имеет визуального проявления и, как следствие, уменьшить время закраски. Предложены разновидности адаптивного использования разных методов закраски. Разработаны теоретические основы высокопроизводительной закраски трёхмерных объектов, которые включают методы ускоренного определения нормализованных векторов, новые модели для воспроизведения рефлекторных свойств поверхностей, новые методы определения диффузной и спекулярной составляющих цвета. Предложенные методы и модели используют простые, с вычислительной точки зрения, функции и операции, что позволяет ускорить закраску как на программном, так и аппаратном уровнях. Предложен метод повышения реалистичности изображений трехмерных изображений, в котором достигнуто соответствие цвета точек поверхностей в объектной и экранной системах координат. Дальнейшее развитие получил метод закраски с использованием сферически угловой интерполяции, в котором исключена трудоемкая процедура определения углов между векторами. Предложен метод ускоренного формирования шаговой траектории векторов и дуг окружностей, который учитывает априорное статистическое распределение комбинаций шаговых приращений для выбора и расчета оценочной функции, что обеспечивает повышение быстродействия интерполяции за счет сегментного формирования траектории. нки по точности и производительности. На основе полученных теоретических положений разработаны действующие высокопроизводительные программные и аппаратные средства для формирования трехмерных изображений в системах компьютерной графики

The Thesis presents the developed theory of three-dimensional graphic objects final visualization, which enabled to solve the scientific and applied task of productivity increase and realness of the images formation in the computer graphics systems with use of the structurally adaptive shading concept, new models of illumination, shading methods, forms creation and anti-aliasing. On the basis of the received theoretical background there had been developed the high efficient soft and hard ware for formation the three-dimensional graphic representation. Computer simulation, experimental researches and implementation of the developed soft and hard ware in the systems of computer graphics had proved the reliability of the main theoretical principles and efficiency of the suggested methods