Читать в оригинале

<< ПредыдущаяОглавлениеСледующая >>


6.5.2. КОМПЬЮТЕРНЫЙ ИМИТАТОР ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЛАКОВ

Для решения задач видеораспознавания в естественных условиях, в видеотренажерах для летчиков и мультипликации могут применяться методы компьютерного синтеза облаков с соответствующими изобразительными признаками: плотностью, размытостью краев, прозрачностью. Рассмотрим в качестве примера моделирование кучевых облаков. В основе математического описания трехмерного тела облака сложной конфигурации лежит его аппроксимация набором эллиптических поверхностей различных размеров (рис.6.5.7).

182-2.jpg

Рис. 6.5.7. Имитация кучевых облаков эллипсоидами

Разумеется, такая модель слишком далека от реальности, но в последующем она будет постепенно доведена до вполне приемлемых показателей. Общие принципы моделирования приведены в [94,114]. Опишем их, вводя дополнительные визуальные эффекты, а именно проработку яркости на теле облака в области падающих и собственных теней и формирование падающих теней. В качестве базовой используем метод трассирования лучей. В правой прямоугольной системе координат местности на выбранной оператором высоте разместим эллиптическое тело облака (рассмотрим один эллипсоид для простоты изложения, комбинация эллипсоидов обрабатывается аналогично). Уравнение, описывающее поверхность эллипсоида, представлено в виде

, где

,

причем знак функции  выберем таким, чтобы значение функции для любой точки внутренней области эллипсоида было положительным.

Трассирующий луч, исходящий из некоторого рецептора и имеющий запись в параметрическом виде

, , ,                (6.5.1)

ориентирован случайным образом относительно эллиптического облака. Из центра  эллипсоида опустим перпендикуляр  на прямую (6.5.1); координаты точки пересечения  трассирующего луча с перпендикуляром  можно найти, решив систему двух уравнений:

где первое уравнение описывает плоскость, перпендикулярную прямой (6.5.1). После преобразования получим ; ; , где . Определим значение функции  в точке . Если , то луч не "видит" облако и следует находить его перемещение с поверхностью Земли (объектами или небесной сферой). В противном случае луч пересекает облако и должна быть определена функция прозрачности  в точке . Сформируем нормированную функцию эллипсоида  по правилу . В таком случае в центре эллипсоида , на поверхности эллипсоида в точке  -  и за пределами эллипсоида функция  отрицательна.

Координаты видимой точки  определяют путем решения системы:   и выбора из возможных решений ближайшей точки к точке фокуса. Особенности решения пересечений эллипсоида и прямой обсуждались в § 3.4.4, 5.3.1.

Таким образом, для каждого трассирующего луча определяется видимая точка  и нормированная функция , показывающая удаление трассирующего луча от центра эллипсоида.

В [94] приводится правило определения освещенности на поверхности эллиптического тела облака , где  - освещенность видимой точки поверхности облака, определяемая диффузными свойствами;  - освещенность видимой точки  на поверхности облака, определяемая зеркальными свойствами;  - освещенность участка поверхности, на который падает трассирующий луч после прохождения облака (поверхность Земли или небо);  - функция пропускания света сквозь облако, определяемая текстурными свойствами и удалением трассирующего луча от центра облака, . Для абсолютно прозрачных участков ;  - доля освещенности, определяемая текстурными свойствами, при  текстура не учитывается, при  - учитывается в полной мере.

Коэффициент  называют еще коэффициентом прозрачности. Он тесно связан с текстурными свойствами, визуально воспринимаемыми как характерное изменение плотности и проявление размытости. В качестве псевдослучайной функции, имитирующей текстуру трехмерного облака, обычно используется [94] следующая функция:

,

где  - координаты некоторой точки на поверхности облака;  - постоянные коэффициенты.

Параметры  выбираются в зависимости от типа и особенностей облака, относительно них строятся следующие члены:

, , .

Фазы  рассчитываются по правилу

Параметр  определяет контраст текстурной функции , коэффициент  подбирается таким образом, чтобы обеспечить максимальное значение  равным единице.

Определив текстурную функцию, построим функцию прозрачности: , где  - пороговое значение текстурной функции в центре эллипсоида;  - пороговое значение текстурной функции на границе эллипсоида;  - диапазон изменения значений текстурной функции, в пределах которого прозрачность  меняется от 0 до 1.

В целях проработки полутеней в формулу вычисления  добавим член, определяющий подсветку от надоблачных слоев атмосферы: , где  - доля освещенности на поверхности облака из-за подсветки от надоблачных слоев атмосферы;  - освещенность видимой точки  облака из-за подсветки.

Для моделирования перистых облаков их тело выбирается плоским, а не эллиптическим и функция прозрачности  строится по правилу , где  - пороговое значение. Если , то , если иначе, то значение  вычисляется.

Указанный подход применяется для расчета освещенности в рецепторах. Если же рецептор видит поверхность Земли, то следует определить яркость надземной поверхности из-за возможной падающей от облака тени. В соответствии с правилами трассирования лучей проведем прямую их точки видимости  на поверхность Земли в направлении Солнца и оценим возможность пересечения этой прямой с эллиптическим телом облака. Если пересечений нет, то освещенность в рецепторе определяется освещенностью земной поверхности. Если пересечение есть, то следует определить функцию непрозрачности облака на пути рассматриваемого солнечного луча по приведенным выше правилам. Освещенность  земной поверхности, имевшей исходную бестеневую освещенность , определяется по правилу , где  - освещенность земной поверхности в случае полной непрозрачности  облака и создаваемая переотражением света от пространственно распределенных источников.

 



<< ПредыдущаяОглавлениеСледующая >>