Лекция 7. Методи генерації складних символів об’єктів, що рухаються на картографічному фоні на екранах АГК. Загальна характеристика складних символів об’єктів, що рухаються на картографічному фоні.

План

1. Загальна характеристика складних символів об'єктів, що рухається на картографічному фоні.

2. Метод базових матриць.

3. Алгоритмічні та програмні методи побудови динамічних сцен в реальному часі.

4. Матрично-функциональный метод расчета данных для отображения процесса перемещения сложного символа на фоне топографической карты в ГИС ОУ

5. Комбинированный программно-аппаратный метод представления эволюций сложных пространственных перемещений символов объектов

1. Загальна характеристика складних символів об'єктів, що рухається на картографічному фоні.

Для комфортного восприятия и однозначного распознавания символов необходимо, чтобы их изображения на экране были представлены всеми необходимыми атрибутами, свойственными прикладной задаче, и чтобы они перемещались и поворачивались плавно, без резких скачков. Заметим, что растровые изображения символов, составленные из точек, матрица которых превышает размер 8х8, называют сложными. Организация вычислений для обеспечения динамики сложных символов предполагает решение следующих первоочередных задач:

а) отыскание программно-аппаратных методов и средств, обеспечивающих отображение динамики сложных символов объектов на фоне карты в реальном времени;

б) разработка методов поиска, быстрой обработки и вывода необходимой картографической информации, составляющей фон, в представляемой динамической сцене.

Первая задача связана с хранением изображения символа и участка фона под ним, представленного цифровой картой местности. Рассмотрим пример одновременного вывода 10 сложных символов. Пусть для каждого символа требуется 4 матрицы памяти, отображающие 4 последовательных положения при его повороте. Для матрицы размерностью 40 х 40 при условии, что один пиксел не будет занимать более 1 байта, требуемый объем памяти для одного символа: 40 х 40 х 4 = 6400 байт, при сохранении фона 40 х 40 = 1600 байт: 6400 + 1600 = 8000 байт.

Как видно, только для хранения 10 символов и картфона под ними потребуется 80 килобайт ОЗУ. С ростом количества динамических объектов и размера матриц, составляющих изображения их символов, увеличивается время обработки, в основном за счет пересылок из ОЗУ в видеопамять и обратно больших массивов информации. Надо учесть, что плавность движения символов могут обеспечить только экраны с малым послесвечением. Изображение должно обновляться не менее 50 раз в секунду, т.е. время построения кадра должно составлять не более 20 мсек. При меньшей частоте регенерации изображения имеет место мерцание. Если использовать стандартные функции построения точек (типа Setrixel в Турбо Паскале), работающие через прерывание BIOS 10H, скорость вывода изображения на экран становится недостаточной, поскольку обработка массивов при прерывании осуществляется весьма медленно.

Проблема повышения качества визуализации связана с размерами матриц отображаемых символов, а также с уменьшением шага поворота и шага перемещения символа по траектории. Поскольку многие задачи требуют использования символов большой сложности и таких размеров, которые обеспечили бы безошибочную идентификацию оператором класса объекта, то для идентификации различных типов самолетов во многих случаях необходима матрица не менее 40 х 40. Чтобы оператор не уставал и адекватно воспринимал маневр, отображаемый плавным поворотом, требуется не менее 16 азимутальных изображений каждого из таких типов символов, записанных в матрицы, содержащие даже до 50 х 50 точек. А при ужесточении требований к организации плавности поворота, т.е. при необходимости уменьшать азимутальный шаг, отображение такой динамики, в свою очередь, требует дополнительно значительного объема оперативной памяти для хранения множества изображений этих символов и соответствующего времени для их обработки.

Для обеспечения плавного перемещения на экране сложных объектов применяют специальные графические системы, которые позволяют выводить изображения практически любой степени сложности со скоростью от 30 до 60 раз в секунду. Для создания на экране непрерывно изменяющегося изображения требуется "перевычислять" десятки миллионов пикселов в секунду. Естественно, такие системы имеют значительную стоимость.

В.Гилой из класса высокопроизводительных дисплейных систем выделяет класс высокоинтерактивных и высокопроизводительных систем, которые призваны обеспечивать возможность генерации динамических изображений в реальном времени.

Существует четыре способа представления алфавитно-цифровых и других символов:

• метод маски;

• метод Лиссажу;

• штриховой метод;

• метод точечной матрицы.

Метод точечной матрицы наиболее перспективен при организации динамической сцены, однако известные методы динамики базируются на матрицах не более 8 х 8 точек, а организация плавности перемещений сложного символа на цветном картографическом фоне никем серьезно не исследована.

Применение других возможных методов реализации динамики сложного символа – аффинные преобразования, логарифмирующая спиральная сетка – требует значительных объемов оперативной памяти и времени обработки .

Существовавшие методы не позволяли осуществлять вывод нескольких символов (свыше пяти) на картографическом фоне, при условии, что матрица, описывающая их конфигурацию, достигала значения 24 х 24. Организация таких вычислений усложнялась тем, что следует успевать пошагово осуществлять одновременно перекодировку точек, в нашем случае 5-ти массивов, каждый из которых состоял из более чем 500 точек, и запоминать массив, состоящий из множества данных, определяемых числом слоев, составляющих картографический фон, находящийся под каждым символом, а затем, после очередного шага перемещения символа, воспроизводить «освободившуюся» от символа его часть.

Рассмотрим задачу отображения динамики единичного видеосимвола в реальном времени.