3.3. Выводы по 3 главе
В главе рассмотрены алгоритмы визуализации облаков точек и объемных данных на виртуальном глобусе, сделаны следующие выводы:
1. Облака точек на глобусе имеют разную природу: научные данные (в частности подземные геофизические данные, каталоги землетрясений), данные лазерного сканирования. Развиваются методы визуализации облаков точек.
2. Разработан алгоритм визуализации облаков точек, который учитывает особенности глобуса: использование географических координат, использование чисел одинарной точности, которые приводят к эффекту дрожания (jittering), большую площадь территории, которую может занимать облако точек.
Облако точек разбивается на фрагменты в географической системе координат. Фрагменты показываются в зависимости от расстояния до наблюдателя. Вычисляется расстояние видимости для каждого фрагмента. Фрагменты низких уровней детализации не скрываются, а к ним добавляются новые фрагменты. Для контроля отображения вершин используется вершинный шейдер: вычисляются цвет и размер точек в зависимости от вершинных атрибутов, производится фильтрация.
Разработанный алгоритм позволяет показывать на глобусе облака с большим количеством точек (100 млн. и больше). Данный подход позволяет визуализировать 3D-модели целых городов, полученные методом лазерного сканирования.
Объемные данные на глобусе описывают распределение пространственных характеристик среды: земной коры или атмосферы. Объемные данные заданы в узлах географической сетки: через равные интервалы по долготе, широте и высоте. При переходе к декартовым координатам объем приобретает сложную пространственную форму.
6. Разработан новый алгоритм для визуализации объемных данных на глобусе, который основан на алгоритме прямого объемного рендеринга. Алгоритм отрисовывает объем в 2 прохода: сначала заднюю, а потом переднюю стенки объема. Это позволяет получить декартовы координаты точек входа и выхода луча из объема, затем получить декартовы координаты промежуточных точек, перевести их в географические координаты, затем в текстурные координаты. Далее алгоритм сводится к прямому объемному рендерингу.
7. Разработанный алгоритм позволяет изучать строение земной коры на основе данных сейсмотомографии.
Описание программного комплекса
Недостаточно просто поместить геопространственные данные на виртуальный глобус. Необходимо также обеспечить возможность комфортной работы с данными и восприятия данных. Сюда входят: возможность удобного ориентирования в больших массивах данных, возможность быстро перемещаться к нужным данным, нужному участку глобуса, возможность включать и выключать слои данных, менять настройки визуализации.
При работе с виртуальным глобусом пользователь должен иметь возможность анализировать данные, получать ответы не только на вопросы из разряда «Что здесь находится?», но и «Почему здесь это находится?», необходимо задействовать пространственное, ассоциативное мышление [41]. Для решения этих задач и используется виртуальное окружение.
Виртуальное окружение — это технология человеко-машинного взаимодействия, которая обеспечивает погружение пользователя в виртуальную реальность и предоставляет естественный интуитивный интерфейс для взаимодействия с трехмерной средой [111].
Виртуальная реальность — это искусственно созданная трехмерная среда, которая передаётся человеку через органы чувств: зрение, слух, осязание. Для создания виртуальной реальности применяются сложные технические средства, системы виртуального окружения. Пользователь может воздействовать на трехмерную среду, которая обновляется в реальном времени.
Часто термины «виртуальная реальность» и «виртуальное окружение» взаимозаменяемы, и являются почти синонимами.
Помимо синтеза виртуальной среды важным является взаимодействие с виртуальным глобусом и данными на нем. Под взаимодействием понимается следующее: перемещение в пространстве виртуального глобуса: режим полета, режим прогулки, подземное перемещение; а также воздействие на глобус и объекты на глобусе разными способами, включая графический интерфейс пользователя (например, переключение видимости слоев, отдельных объектов, переключение режимов визуализации глобуса).
Разработки в области взаимодействия в виртуальном окружении ведутся уже больше 20 лет. Например, работы [112, 113] описывают разные способы реализации такого взаимодействия. За последние годы появилось новое поколение аппаратных средств, которые позволили удешевить разработку систем виртуальной реальности. Это привело к появлению новых работ, включающих разработки по взаимодействию с глобусом. Например, в работе [114] описывается управление глобусом с помощью жестов руками. А в работе [41] — взаимодействие с помощью сенсорной панели с поддержкой множественных касаний (multi-touch). В работе [115] описывается взаимодействие с геопространственными данными в виртуальной реальности в рамках археологической реконструкции.
В параграфе 4.1 будет рассмотрен программный комплекс, который включает реализацию алгоритмов, описанных в главах 2 и 3, обеспечивает стереоскопическую визуализацию и взаимодействие с глобусом и данными в виртуальном окружении. В параграфе 4.2 рассмотрена стереоскопическая визуализация виртуального глобуса. В параграфе 4.3 описываются подходы к навигации (перемещению в 3D-пространстве), естественному взаимодействию, взаимодействию через графический интерфейс пользователя, взаимодействию с помощью мыши.
|
