ГЛАВА 5. ОРГАНИЗАЦИЯ СИНТЕЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ

5.1. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ СИНТЕЗА

При практической реализации процесса синтеза изображения на ЭВМ перед пользователем стоит задача оптимального выбора разрешения, обеспечения точного "прицеливания" на объект, выбора фокусного расстояния. Вычислительные мощности расходуются эффективно, когда изображение объекта не выпадает за рамки кадра и занимает весь кадр.

Определим параметры наблюдения, обеспечивающие требуемое качество изображения по дискретности. Будем предполагать, что математическое описание геометрии объекта выполнено с достаточной для данной целевой задачи точностью. Задача будет состоять в определении оптимальной частоты дискретизации в кадре-матрице с фиксированным числом рецепторов. Она может быть решена на основании требований критерия Найквиста [45]: расстояние между центрами дискретизации на изображении должно быть как минимум вдвое меньше самого малого интересующего нас элемента непрерывного изображения. Выполнение критерия Найквиста с потребительской точки зрения означает, что пользователь сумеет увидеть тот малый элемент объекта, который он не хотел потерять в данной целевой задаче. Например, дизайнер автомобиля использует машинную графику для выбора внешнего вида. Дверная ручка имеет наименьший размер в масштабе изображения 3 мм; для данной задачи это размер наименьшей детали, которая существенно влияет на внешний вид автомобиля. В соответствии с критерием Найквиста соседние пикселы на изображении должны размещаться на расстоянии 1,5 мм и менее. Расширим постановку задачи для случая наименьшего требуемого размера на самом объекте.

Расстояние между центрами дискретизации на поверхности объекта и расстояние между рецепторами связаны масштабом съемки. Выберем линейное разрешение  по поверхности изображаемого объекта при моделировании в масштабе . Например, наименьший интересуемый размер дверной ручки составляет  см; тогда при съемке в масштабе  расстояние между центрами рецепторов должно быть не более 1,5 мм.

При организации процесса синтеза изображения важно не только качественное (по дискретности) изображение объекта, но и соблюдение условия попадания интересующего сюжета в поле зрения. Если экран имеет фиксированное количество  рецепторов, то можно определить расстояние  между центрами соседних рецепторов, при котором интересующий объект размерами  весь поместится в кадре. Под  будем понимать диаметр наименьшего шара, описанного вокруг объекта, и будем считать, что главный луч направлен в центр этого шара; тогда из простых пропорций при центральном проецировании можно получить , где  - расстояние от центра проекции до объекта (центра сферы);  - фокусное расстояние наблюдательной системы;  - знаменатель масштаба изображения.

Использование этого соотношения позволяет правильно выбирать параметры экрана для уверенного попадания объекта в кадр при условии, что главный луч направлен точно в центр объекта. Например, пусть размер автомобиля  м, кадр имеет  рецепторов, масштаб изображения ; тогда при прицеливании в центр автомобиля последний не выйдет за пределы кадра, если расстояние между центрами соседних рецепторов будет не менее  м. Заметим, что при выборе максимального размера следует учитывать (приплюсовать) и размер отбрасываемой тени, а при выборе наименьшего размера  интересующей детали фактического размера  из-за наблюдения детали под острым углом  следует уменьшать этот размер до значения .

В приведенных соображениях подразумевается прицеливание главной оси в заданную точку на объекте. Покажем метод достижения этого условия. Ориентация главного луча (см. § 3.1) определяется значением углов  и  в матрице . Однако в практическом использовании модели неудобно задание ориентации экранной системы через углы, лучше задавать точку прицеливания на объекте, в которую должен попадать главный луч. Выбрав координаты этой точки  и центра снимка , можно получить тригонометрические значения углов, входящих в матрицу . Из анализа рис.3.1.4 и правила нахождения угла между вектором и плоскостью можно получить

.

Тригонометрические функции угла  зависят от четверти в плоскости , куда падает проекция главного луча. Простыми преобразованиям можно показать, что для первой четверти справедливо ; ; для второй четверти ; ; для третьей ; ; для четвертой ; .

На основании этих соотношений происходит формальное заполнение матрицы , используемой для фиксации направления на объект, и матрицы , используемой для сокращения объема вычислений (см. § 5.2).

На рис.5.1.1 показан самолет-истребитель в различных ракурсах, достижение которых обеспечено выбором соответствующих элементов матрицы . Заметим, что при смене ракурса необходимо сохранять неизменность удаления до объекта для соблюдения равномасштабности серии изображения, как это выполнено в парах на рис. 5.1.1,а,в и на рис. 5.1.1,б,г.

Рис. 5.1.1. Смена ракурса и масштаба изображения