Унифицированная система трехмерной визуализации
Система трёхмерной визуализации круговой закабинной обстановки
Виртуальный тренажер обучения стрельбе
Ирис-Т – унифицированная система трехмерной визуализации, предназначенная для отображения виртуальных трехмерных сцен, трехмерных объектов и специальных эффектов. Возможности системы позволяют воспроизводить процессы и явления, использовать ландшафты, повторяющие реальные участки местности.
Применяется для разработки виртуальных тренажеров и интерактивных систем, где требуется трехмерная визуализация в режиме реального времени. Управляется как внутренними командами, так и по сигналам от внешних моделирующих систем. Отвечает высоким требованиям к точности симуляции и фотореалистичности изображения.
Диапазон возможностей Ирис-Т позволяет решать общие и узкоспециальные задачи, связанные с трехмерным представлением данных в различных областях. При этом Ирис-Т может использоваться в двух вариантах исполнения: как законченная система с определенным функционалом и как инструмент для разработки собственных приложений.
Модульная структура компонентов Ирис-Т
Состав модулей и ресурсов системы трехмерной визуализации определяется заказчиком на этапе формирования комплекта поставки из общего набора компонентов. При необходимости разрабатываются новые модули и ресурсы по индивидуальным требованиям. Порядок формирования комплекта поставки:
выбор вспомогательных модулей
определение состава библиотек ресурсов
разработка нового функционала (опционально)
разработка новых ресурсов (опционально)
интеграция системы со сторонним ПО (опционально)
Трехмерные сцены, используемые Ирис-Т, соответствуют реальной местности и содержат достоверные данные о рельефе, растительности и объектах региона в соответствии с информацией цифровых карт местности. Прорабатываются все уровни масштабирования сцен, от травинки до целой планеты, и осуществляется плавный переход между этими уровнями. Каждому из уровней соответствует свой набор текстур, что позволяет поддерживать баланс между детализированностью изображения и производительностью визуализации.
Ключевой особенностью трехмерных ландшафтов является возможность объединять трехмерные сцены, формируя виртуальные области площадью в несколько тысяч квадратных километров. Данные пограничных сцен подгружаются динамически, что делает возможным плавное передвижение по единому трехмерному пространству, без видимых переходов и отдельных экранов загрузки.
На уровне околоземной орбиты реализуется отображение точной модели Земли с астрономически верным движением и изменением освещенности.
![Уровни детализации](/graphic/form_land.jpg)
![Ландшафт без растительности](/graphic/atm_dyn2.jpg)
Реалистичность и точность соответствия трехмерной обстановки реальным условиям достигается симуляцией целого спектра природных циклов:
смена времени суток и времени года
смена и настройка погодных явлений
позиционирование небесных тел и их движение с течением времени
возможность настройки модели освещения и глобальной физики
возможность размещения локальных объектов в сцену
Погодные условия и время года, в то же время, могут влиять на общий уровень видимости и освещения. Корректные модели освещения просчитываются для мельчайших деталей трехмерных сцен.
В трехмерной визуализации активно применяются технологии наложения постэффектов. В возможности Ирис-Т входит:
имитация технического зрения
кинематографические эффекты (блики света на линзе, попадание влаги на объектив)
маски наложения (размытие, дымка, тепловой след, искажения в воде)
Применяемые в трехмерных ландшафтах объекты растительности максимально близки к физическим прототипам. Смена времени года влияет на модели растений: изменяется цвет листвы и общий ее объем. Ветер пригибает деревья по направлению своего движения с учетом силы воздушного потока.
При создании сцен имитируется механизм образования природных зон: от почвенного покрова до вершин деревьев. Размещение растений производится автоматически в соответствии с исходными данными о местности. В пределах одной природной зоны обеспечивается необходимый уровень разнообразия видов. Используются переходные формы зон, настраивается уровень сглаживания между зонами.
![Отображение растительности](/graphic/rastit_zoni.jpg)
![Варианты вывода информации](/graphic/form_izobr.jpg)
Для вывода трехмерного изображения на сложные (непрямоугольные) поверхности, комплексы экранов или проекционные модули выполняются операции:
разделение изображения на необходимое количество каналов
бесшовная стыковка трехмерного изображения в реальном масштабе времени
корректировка изображения для непрямых экранов
компенсация пересвечивания в местах объединения каналов
Обработанное изображение можно применять в тренажерных комплексах, ситуационных центрах и системах представления информации со сложными формами экранов. Широкое применение технология находит в изделии Колодец-3Д.
На устройства, в которых нет аппаратной возможности использования визуализатора, изображение передается при помощи модуля подготовки и выдачи потокового видео. Приемником могут быть экраны цифровых устройств (от компьютера до телефона) или комплексы экранов.
Выполнение задач имитационного моделирования осуществляется с использованием специализированных сценариев, подготавливаемых заранее средствами моделирования фоноцелевой обстановки. Сценарии выполняют функции:
просчет и воспроизведение пространственного движения
баллистические расчеты
управление состояниями объектов
управление имитационным временем (смена сезонов, времени суток и т.д.)
смена погодных условий
воспроизведение эффектов
Имитационное моделирование используется в областях, сопряженных с планированием, анализом, риском для здоровья и оборудования, включая отдельные направления бизнеса, науки и государственной деятельности.
Средство моделирования фоноцелевой обстановки функционирует только в сочетании с унифицированной системой трехмерной визуализации Ирис-Т.
![](/graphic/fco.jpg)
![](/graphic/slide_4.jpg)
Система трехмерной визуализации Ирис-Т использует для своей работы ресурсы, хранящиеся в библиотеках. Содержание библиотек определяется при формировании комплекта поставки.
Библиотека трехмерных моделей содержит объекты различного типа:
растительность
воздушные, морские и наземные образцы военной техники
городская инфраструктура, промышленность, городские постройки
гражданские лица и военнослужащие
специальные эффекты
Для наполнения библиотеки возможна заказная разработка трехмерных моделей.
Программный интерфейс графического ядра Ирис-Т представляет собой подробный набор функций, позволяющий разрабатывать собственные программные продукты, использующие трехмерную графику.
Функции регулируют математические расчеты, работу с файловой системой, сетью. Полностью обеспечивают трехмерную визуализацию и управление ресурсами, включая физические свойства, звук, проигрывание анимаций и т.д. Местоположение статичных и движущихся объектов задается в корректных географических и геоцентрических координатах на эллипсоиде земного шара.
Графическое ядро Ирис-Т специализируется на поддержке имитационного моделирования как ключевого свойства виртуальных тренажеров и интерактивных систем.
В разработке приложений используются технологии трехмерной графики на основе OpenGl v. 4.0 и языке шейдеров GLSL.
Программный интерфейс удаленного управления содержит в себе большое количество шаблонов для интеграции 3D визуализатора в сторонние приложения. Использование шаблонов ускоряет процесс разработки и уменьшает влияние человеческого фактора на конечный продукт, экономит ресурсы и время.
При реализации удаленного управления 3D визуализатор выступает в роли черного ящика, принимая входные данные и обеспечивая обратную связь с помощью протокола TCP/IP.
За счет использования принципа черного ящика возможна разработка собственных программных продуктов без углубления в специфику программного кода Ирис-Т, включающую в себя обслуживание процесса визуализации, математические расчеты и прочее.
Организация взаимодействия сторонних источников данных с системой трехмерной визуализации Ирис-Т осуществляется через шлюз информационного обмена. Исходные коды шлюза позволяют обеспечить корректное и эффективное взаимодействие, содержат информацию о требованиях Ирис-Т к входным данным.
Используемые системой визуализации Ирис-Т трехмерные сцены автоматически генерируются по входным данным, в качестве которых могут выступать:
цифровые карты местности как общедоступных форматов, так и применяемые МО РФ
данные аэрофотосъемки
данные космической съемки
матрицы высот
Для работы с этими данными используются дополнительные инструменты, поставляемые отдельно и выполняющие задачи:
конвертирования форматов цифровых карт местности
получения данных о ландшафте, инфраструктуре и объектах
настройки и создания цифровых карт
Генерация производится автоматически на основе введенной информации по задаваемым правилам, при этом настраивается степень детализации сцен и границы обрабатываемой области. Объекты, размещаемые в сценах при генерации, позиционируются в геоцентрических координатах на эллипсоиде земного шара, обеспечивается точность позиционирования этих объектов.
Из готовых трехмерных сцен возможно извлекать данные классификаторов и шаблонов, используя их при генерации других сцен, что расширяет общую функциональность генератора и позволяет повышать качество новых сцен.
Трехмерное пространство Ирис-Т может включать в себя сразу несколько сгенерированных сцен, переход между которыми производится динамически, без видимых границ и экранов загрузки.
![](/graphic/generator.jpg)
![](/graphic/red_models.jpg)
Редактор представляет собой специализированный инструмент настройки трехмерных моделей объектов для использования их в системе визуализации Ирис-Т. Перенос моделей из общедоступных форматов производится специальным экспортером, входящим в комплектацию редактора. Основные операции, производимые редактором:
настройка сконвертированных моделей внутри визуализатора
реализация степени детализации модели в зависимости от дальности
работа с материалами и спецэффектами
назначение физических тел, фигур столкновения и сочленений
ассоциирование звуковых наборов с объектом
построение иерархии объектов
изменение физических свойств объекта (уровень твердости, текучести и т.д.)
Редактор графа анимации применяется как дополнительный инструмент. Основными функциями редактора анимации являются:
автоматическое создание новых анимаций путем смешивания готовых по определенным правилам
создание и визуальное редактирование графа анимаций
сглаживание переходов между анимациями
экспорт и импорт анимаций
загрузка моделей со скелетной анимацией