Оглавление
Введение
1. Цифровые модели рельефа
1.1 Структурная модель местности TIN
1.2 Цифровая модель местности DEM
2. Бикубическая интерполяция высотных данных
3. Техническое задание
3.1 Наименование программного изделия
3.2 Основание для разработки
3.3 Назначение и цель
3.3.1 Назначение
3.3.2 Цель разработки
3.3.3 Термины и определения
3.4 Технические требования к программе или программному изделию
3.4.1 Требования к функциональным характеристикам
3.4.2 Требования по надежности
3.4.3 Требования к условиям эксплуатации и аппаратным средствам
3.4.4 Требования к программной и информационной совместимости
3.4.5 Требования к документации
3.4.6 Требования по эргономике и технической эстетике
3.5 Стадии и этапы разработки
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Современная вычислительная техника развивается высокими темпами, но вместе с тем регулярно возникает необходимость совершенствования программного обеспечения для решения прикладных задач в различных сферах науки и техники. К одним из самых ресурсоемких относятся задачи по формированию окружающей обстановки - моделированию реальной местности для тренажерных комплексов нового поколения.
Исторически тренажерные технологии возникли и получили наибольшее развитие там, где ошибки при обучении на реальных объектах могут привести к чрезвычайным последствиям, а их устранение - к большим финансовым затратам: в военном деле, медицине, ликвидации последствий стихийных бедствий, в атомной энергетике, авиации и космосе, высокотехнологичном производстве и т.д.
По мнению компании Haskett consulting inc. (HCI): "Люди запоминают 20 % того, что они видят, 40 % того, что они видят и слышат и 70 % того, что они видят, слышат и делают". Таким образом необходимым элементом эффективного обучения являются постоянные тренировки.
Развитие общества и технологий делает процесс подготовки и постоянного повышения квалификации специалистов все дороже и дороже. На первое место выходят как проблемы доучебного тестирования и отсева кандидатов (профориентация), так и всемерное удешевление процесса подготовки при сохранении приемлемой эффективности.
Современный тренажер - это сложное аппаратно-программное вычислительное устройство, система моделирования и симуляции, комплекс визуализации, предназначенные для первичной подготовки кадров (водителей наземной и пилотов авиационной техники, стрелков-операторов различных видов вооружения). Тренажеры используются как устройства создания физических моделей реальных объектов, поэтому во многих случаях принципиально важным становится точное позиционирование на местности и имитация окружающей обстановки этой местности, что может быть достигнуто с использованием цифровых карт местности (ЦКМ) для получения цифровой модели местности (ЦММ).
Использование тренажеров, как устройств, представляющих физические модели реальных объектов, высокая степень статического, динамического и информационного подобия тренажеров реальным объектам и пониженные затраты на обучение, делает их важнейшим звеном в системе подготовки кадров.
Таким образом, для автоматизации процесса создания модели окружающей местности была поставлена задача разработать программное обеспечение по моделированию рельефа этой местности на основе топографических карт и прочих объектов на ней (либо при помощи других вспомогательных карт). Выражена необходимость в разработке методов моделирования рельефа, а также второстепенных объектов, таких как здания и сооружения, растительность (деревья). Второстепенной задачей моделирования является приближение графической составляющей к отображению реального мира (полученные результаты визуализации должны легко восприниматься человеком), в эту задачу входит симуляция освещения и погодных условий, применение шейдеров и материалов.
Подобные задачи можно решить, используя средства 3d моделирования (как коммерческие - 3D Max, Maya, Cinema 4D, так и некоммерческие - Blender), а также средства разработки интерактивных 3d приложений и игровые движки. Одним из таких средств кроссплатформенной разработки 3d приложений является Unity3d. Кроме того, Unity доступен бесплатно как для некоммерческого, так и для коммерческого использования.
моделирование рельеф программное обеспечение
Цифровые модели рельефа
Цифровая модель рельефа - это средство цифрового представления трехмерных пространственных объектов (поверхностей, рельефа) в виде трехмерных данных как совокупности высот или отметок глубин и иных значений аппликат (координаты Z) в узлах регулярной сети с образованием матрицы высот, нерегулярной треугольной сети или как совокупность записей горизонталей (изогипс, изобат) или иных изолиний. Источниками исходных данных для создания цифровых моделей рельефа служат топографические карты и планы, аэрофотоснимки, космические снимки и другие данные дистанционного зондирования, данные спутниковых систем позиционирования, нивелирования и других методов геодезии. Постоянно расширяется сфера применения цифровых моделей рельефа, поэтому развитие технологий и методов создания цифровых моделей рельефа является очень перспективным.
Исходные данные для формирования ЦМР могут быть получены по картам - цифрованием горизонталей, по стереопарам снимков, а также в результате геодезических измерений или лазерного сканирования местности. Наиболее распространен первый способ, т.к. сбор по стереопарам снимков отличается трудоемкостью и требует специфического программного обеспечения, но в то же время позволяет обеспечить желаемую степень детальности представления земной поверхности. Лазерное сканирование (LIDAR) перспективный современный метод, пока достаточно дорогой, но обладающий высокой точностью.
Существует два кардинально различающихся способа получения данных для построения цифровых моделей рельефа. Первый способ - это методы дистанционного зондирования и фотограмметрия. Однако высокое разрешение получаемых таким способом моделей рельефа пока не находит должного применения в большинстве случаев. Второй способ - построение моделей рельефа путем интерполяции оцифрованных изолиний из топографических карт.
Применяемые в настоящее время способы построения цифровой модели рельефа, в зависимости от принятой схемы размещения точек и типа математической модели, можно условно разделить на две группы.
Первая группа объединяет способы, основанные на нелинейной интерполяции высот с использованием полиномов, сплайнов, корреляционных функций и т.п., различающиеся видом используемой функции, способом отбора исходных пунктов и пр. Параметры применяемой математической модели вычисляют по опорным точкам, а затем используют для интерполяции высот произвольных точек области моделирования по их плановым координатам (TIN модель).
Вторая группа объединяет способы, основанные на построении геометрически упорядоченной (регулярной или нерегулярной) модели, элементами которой являются либо определенным образом упорядоченные линии, либо поверхности различных многогранников (треугольников, четырехугольников или иных фигур). Во втором случае поверхность задается точками в вершинах геометрических фигур (треугольников, квадратов и др.) исходя из предположения, что ограничиваемая ими поверхность имеет одинаковый и однообразный уклон.
Структурная модель местности TIN
Структурная модель местности представляется отметками точек, размещенных в характерных точках рельефа - на линиях водоразделов, тальвегов, урезов вод в точках локального экстремума и др. Такая модель наиболее точно отражает поверхность минимальным числом точек, однако ее использование затруднено из-за сложности интерполяции высот определяемых точек.
Цифровая модель рельефа на треугольниках произвольной формы (рисунок 1), покрывающих всю область моделирования, представляет рельеф наиболее точно, поскольку обеспечивает плотное "прилегание" треугольников к моделируемой поверхности. В силу этого такая модель применяется очень широко и известна как модель TIN (Triangulated Irregular Network), или модель па триангуляционной нерегулярной сетке, или свободная модель.
Построение цифровой модели рельефа с использованием модели данных TIN сводится к созданию оптимальной сети треугольников, элементы которой стремятся быть как можно ближе к равносторонним. При этом любая точка двумерного пространства обладает только одной высотной координатой.
Использование модели TIN для получения высот новых точек не совсем удобно, поскольку для этого необходимо не только определить принадлежность определяемой точки конкретному треугольнику, но и, что особенно важно, выполнить линейную интерполяцию высот по отметкам его вершин.
Преимуществом триангуляционной модели является то, что в ней нет никаких преобразований исходных данных. С одной стороны, это не дает использовать такие модели для детального анализа, но, с другой стороны, исследователь всегда знает, что в этой модели нет никаких привнесенных ошибок, которыми грешат модели, полученные при использовании других методов интерполяции.