منبع مقاله درمورد تصاوير، سه‌بعدي، مجازي

دانلود پایان نامه ارشد

ي تحليلي يا محاسبات عددي بر پايه حل معادلات ديناميکي حرکت مداري هر ماهواره انجام ميگيرد. هر چند که موقعيت‌ها و سرعت‌هاي دقيق همه ماهوارهها با اين روش بدست ميآيد، اما واقعيت اين است که درک موقعيت و وضعيت ماهوارهها در فضاي سه بعدي کار آساني نيست. به‌ويژه درك ساختار دقيقي از يك مجموعه ماهواره‌اي که شامل تعداد زيادي از ماهوارهها مي‌باشد دشوار است و كاربران را در بررسي‌ها دچار خطا و اشتباه مي‌كند. تحليل ناوبري حرکت‌هاي ماهواره (نظير حركت شش درجه آزادي) در مدار به کمک تکنيک حقيقت مجازي به‌جاي تحليل‌هاي پيچيده مداري و وضعيتي، تبديل به فرآيند شهودي قابل فهم ميگردد. گذشته از آنچه که از مزاياي شبيه‌سازي شش درجه آزادي در محيط واقعيت مجازي ذکر گرديد، فوايد ديگري نيز بر استفاده از واقعيت مجازي مترتب است. امروزه نه‌تنها براي تحليل حرکت شش درجه آزادي فضاپيما، بلکه براي شبيهسازي کامل مأموريت يک فضاپيما از لحظهي پرتاب، تا قرار گرفتن در مدار عملياتي و انجام مأموريت‌هاي محوله، از شبيهساز واقعيت مجازي استفاده ميکنند. در واقع فرآيند اعتبارسنجي مأموريت به کمک شبيهسازي انجام ميشود و از آن به عنوان “اعتبارسنجي در حلقه7” ياد ميشود. در برخي موارد ديگر، ساير سامانه‌هاي ماهواره، نظير سامانه ناوبري در محيط مجازي نيز شبيهسازي شده است. علاوه بر کارهاي تکنيکي شبيهسازي شده توسط واقعيت مجازي، اهداف نزديک‌تري نيز به کمک اين تکنيک جديد انجام ميشود؛ کاربران آماتور جهت مشاهده فضا و حرکت نسبي اجرام سماوي، چنانچه شبيهساز ويژگي‌هاي گرافيکي بالا و تا حد قابل قبولي منطبق بر واقعيت داشته باشد، زمينه و علاقه مطالعه بيشتر را براي اين کاربران فراهم ميکند و اين خود يکي از اهداف اصلي طراحان شبيهسازهاي واقعيت مجازي است.

روند طراحي و پياده‌سازي محيط واقعيت مجازي
به‌منظور شبيه‌سازي حرکت‌هاي مداري و وضعيتي ماهواره و ارزيابي پارامترهاي عملکردي، يك سامانه تحليل مداري و وضعيتي ماهواره در محيط واقعيت مجازي طراحي و پياده‌سازي شده است. واقعيت مجازي، طراحان هدايت و كنترل ماهواره را قادر ميسازد تا حرکت ماهواره در مدار را به صورت واضح بر روي يک سيستم کامپيوتري به‌راحتي مشاهده کنند. اين سامانه قادر است كه حرکت سه‌بعدي ماهواره را هم‌زمان بر روي پرده نمايش نشان دهد و با توجه به نياز كاربر، جهت و نقطه ديد خود را نسبت به ماهواره به دلخواه تغيير دهد. اين سامانه نه‌تنها براي مقاصد تحليل مداري و وضعيتي ماهواره، بلکه براي نمايش حرکتهاي ماهواره براي ساير غير متخصصين ديناميک و کنترل پرواز مانند اپراتورهاي عمليات و کاربران ماهوارهها و همچنين براي مقاصد آموزشي نيز مفيد است. از طرفي از آنجايي که سيستم‌هاي کنترلي ماهوارههاي امروزي اکثراً از نوع کنترل فعال است و دقت‌هاي جهت‌گيري و موقعيتي در آن‌ها بسيار بالا رفته است براي بالا بردن سطح آموزش كاربران، از سامانه کنترل وضعيت و موقعيت فعال در محيط شبيهسازي شده، جهت تحليل و بررسي استفاده شده است.
براي ايجاد فضاي شبيه ساز مجازي ماهواره لازم است تا مجموعه‌اي از ساختارها در کنار يکديگر قرار گيرند تا کاربر بتواند درک مناسبي را از فضاي مجموعه ماهواره‌ها و نحوه هدايت وکنترل آن‌‌ها بدست آورد. براي ايجاد چنين محيطي علاوه بر نياز به طراحي و ساخت يک شبکه سخت‌افزاري، لازم است تا تصاويري توليد گردد که فرد را در درک صحيح از فضاي مورد نظر ياري رساند. چنين تصاويري علاوه بر ويژگي کيفيت، دقت و انطباق بر واقعيت، مي‌تواند داراي يک ويژگي خاص و ممتاز باشد و اين ويژگي، سه‌بعدي بودن تصاوير است. در مبحث توليد محيط‌هاي مجازي براي شبيه‌سازي فضا مهم‌ترين و موثرترين پارامتر جهت ايجاد حس غرق‌شدگي و تصور، توليد تصاوير سه‌بعدي است (شکل ‏21).

شکل ‏21 شبيه‌سازي ماهواره در فضاي واقعيت مجازي [2]
با استفاده از تصاوير سه‌بعدي مي‌توان در کاربر قدرت درک بالايي را ايجاد کرد، به‌گونه‌اي که کاربر مي‌تواند به راحتي مباحث متنوع فضا را که نياز به قدرت تصور بالايي دارد در يک فضاي شبيه‌سازي شده به وضوح مشاهده نمايد. براي خلق محيط مجازي بر مبناي توليد تصاوير سه‌بعدي نياز به فرآيندهاي کاري متعددي است که هريک به‌طور مجزا تشريح مي‌گردد.
بررسي و انتخاب روش توليد تصاوير سه‌بعدي
موثرترين پارامتر در خلق محيط مجازي، بهره‌گيري از تصاوير سه‌بعدي براي ايجاد حس غرق‌شدگي و تصور در کاربر است. از آنجايي که در عالم واقعي دو چشم انسان تصاوير غير يکساني را از محيط دريافت مي‌کنند اجسام به صورت سه بعدي درک مي‌شوند. تصاوير دريافتي از چشم سمت راست با تصاوير دريافتي از چشم سمت چپ متفاوت مي‌باشد، كه اين تفاوت به دليل آن‌ است كه اين تصاوير از دو ديدگاه مختلف تهيه شده‌اند. مغز با ترکيب اين دو تصوير، يک تصوير واحد به‌وجود مي‌آورد که به اين کار امتزاج گفته مي‌شود. حس برجستهبيني و عمق، با ترکيب اين دو تصوير توسط مغز ايجاد مي‌شود که “استريوپسيس8” ناميده مي‌شود. فاصله ميان نقاط تصوير ايجاد شده بر شبکيه چشم راست و تصوير ايجاد شده بر شبکيه چشم چپ در راستاي افقي، ناهم‌خواني تصاوير ناميده ميشود و بر اين اساس نقاط متناظر تصاوير شبکيه از جسمي که چشم‌ها بر آن متمرکز شده‌اند، ناهم‌خواني صفر خواهند داشت.
يک نمايشگر سه‌بعدي برخلاف يک نمايشگر مسطح داراي قابليت نمايش مقادير اختلاف منظر ميان نقاط تصوير است. اختلاف منظر و ناهمخواني شبيه هم هستند، اختلاف منظر بر روي صفحه نمايش و ناهمخواني بر روي شبکيه اندازه‌گيري مي‌شود. اختلاف منظر، باعث ايجاد ناهم‌خواني در چشم‌ها شده و در نتيجه ديد سه‌بعدي را به‌وجود مي‌آورد در نتيجه براي ايجاد يک تصوير سه‌بعدي کافي است دو تصوير متفاوت از دو ديدگاه با جابجايي افقي براي هر چشم تهيه گردد. مقادير اختلاف منظر نقاط تصوير بايد با مقادير حاصل از ناهم‌خواني شبکيه‌اي مطابقت داشته باشد. از آنجايي‌که اختلاف منظر باعث ايجاد حس عمق سه‌بعدي مي‌شود، دقت در مقدار آن از اهميت خاصي برخوردار است. اختلاف منظر به چهار حالت تقسيم مي‌شود كه در ادامه توضيح داده شده است. [27]
اختلاف منظر صفر
در اين حالت نقاط يكسان از دو تصوير، دقيقاً برروي يکديگر منطبق شده‌اند (شکل ‏22).

شکل ‏22 اختلاف منظر صفر بين تصاوير
زماني‌که چشمان ناظر در فاصله مشخص از صفحه نمايش، تصاويري با اختلاف منظر صفر را مشاهده مي‌کند امتداد خطوط ديد چشمان ناظر بر روي سطح صفحه نمايش يکديگر را قطع مي‌کنند. فاصله بين دو چشم بطور متوسط 2.5 اينچ درنظر گرفته ميشود. به چنين حالتي “تنظيم اختلاف منظر صفر9” نيز گفته مي‌شود.
اختلاف منظر مثبت
شکل ‏23 اختلاف منظر مثبت10 را نشان مي‌دهد. در نمونهاي از اختلاف منظر مثبت، محورهاي چشم چپ و راست موازي مي‌شوند. در دنياي واقعي اين حالت زماني رخ مي‌دهد که به اشيايي با فواصل خيلي زياد نگاه مي‌کنيم.

شکل ‏23 اختلاف منظر مثبت بين تصاوير
در نمايشگرهاي سه‌بعدي زماني‌که فاصله ميان دو چشم با اختلاف منظر برابر گردد، محورهاي دو چشم، موازي خواهند شد مانند زماني‌که به فواصل دور در دنياي واقعي نگاه مي‌کنيم. اختلاف منظر مثبت تا حداكثر به ميزان فاصله ميان دو چشم، تصاويري توليد مي‌کند که ناظر گمان مي‌كند كه اين تصاوير در فضاي پشت پرده تشكيل شده است.
اختلاف منظر واگرا
در نوع ديگري از اختلاف منظر مثبت، تصاوير با فاصله‌اي بيشتر از فاصله ميان دو چشم از هم جدا مي‌شوند. در اين مورد، محور چشم‌ها واگرا خواهد بود و به “اختلاف منظر واگرا 11” معروف است (شکل ‏24). اين حالت در دنياي واقعي رخ نمي‌دهد و تلاش غير معمول ماهيچه‌ها براي آميختن چنين تصاويري باعث ايجاد ناراحتي مي‌گردد. دليل موجهي براي توليد چنين تصاويري وجود ندارد.

شکل ‏24 اختلاف منظر واگرا بين تصاوير
اختلاف منظر منفي
در شکل ‏25 حالتي را خواهيم داشت که محورهاي چشم‌ها همديگر را قطع کرده‌اند و اختلاف منظر منفي12 نام دارد، اشيا با اختلاف منظر منفي جلوتر از سطح پرده به نظر مي‌رسند.

شکل ‏25 اختلاف منظر منفي بين تصاوير
فاصله ميان لنز دوربين‌هايي که براي گرفتن تصاوير سه‌بعدي استفاده مي‌شوند، انفصال ميان‌محوري13 ( شکل ‏26) ناميده مي‌شود. منظور از دوربين در اينجا دوربين‌هاي مجازي است كه در زمان توليد تصاوير سه‌بعدي تعريف مي‌گردد. محور يک لنز دوربين، خطي است که از مرکز نوري لنز بر سطح صفحه تصويربرداري عمود مي‌گردد. اگر لنزها به يکديگر نزديک گردند، تاثير سه‌بعدي کاهش مي‌يابد. هر چه اين فاصله زيادتر گردد، اختلاف منظر بيشتر گشته و عمق بيشتري را خواهيم داشت.

شکل ‏26 انفصال ميانمحوري به اندازه t_c
در هنگام ساخت تصاوير سه‌بعدي، ايجاد بيشترين عمق همراه با کمترين ميزان اختلاف‌منظر مد نظر قرار مي‌گيرد. اين هدف تا حدودي با کاهش انفصال ميان محوري محقق مي‌گردد. در دنياي واقعي زماني‌که به اجسام مختلف در فواصل مختلف نگاه مي‌کنيم، در چشم‌ها همزمان همگرايي و تطابق صورت مي‌گيرد. بنابراين انسان آموخته است که به‌صورت طبيعي اين دو عمل را هم‌زمان انجام دهد، بدين معنا که اين دو عمل همواره وابسته به‌ هم هستند. در صورتي‌که در تصاوير سه‌بعدي اگر قسمت‌هاي مختلف تصوير سه‌بعدي در فواصل مختلف باشند محور چشم‌ها همگرا مي‌شوند، اما تطابق يا تمرکز چشم‌ها بر روي سطح صفحه باقي مي‌ماند. ماهيچه‌هايي که مسئول کنترل همگرايي و همچنين ماهيچه‌هايي که مسئول کنترل تمرکز هستند بايد بر خلاف عادت و رابطه هميشگي خود رفتار کنند، بنابراين در برخي افراد زماني‌که به تصاوير سه‌بعدي، مخصوصا تصاويري که از اختلاف منظر بالايي برخوردارند نگاه مي‌کنند، ممکن است احساس ناخوشايندي ايجاد شود و لذا بايد توجه ويژه‌اي به ميزان اختلاف منظر شود. تجربه نشان مي‌دهد که بهتر است از مقادير اختلاف منظر کم همراه با يک عمق مناسب براي کاهش اثرات سوء تطابق و همگرايي، استفاده شود. تنها زماني اثر سوء تطابق و همگرايي را نخواهيم داشت که از اختلاف منظر صفر استفاده گردد. بدين منظور اگر ترکيب قرارگيري اشيا اين امکان را فراهم سازد، بهتر است که اشياي اصلي روي سطح پرده يا در نزديکي آن قرار گيرند و يا اينکه با قرار دادن اختلاف منظر صفر در وسط جسم، نيمي داراي اختلاف منظر مثبت و نيم ديگر داراي اختلاف منظر منفي شوند.
به عنوان يک قانون، نبايد مقادير اختلاف منظر بيشتر از 5/1 درجه داشته باشيم. به عنوان مثال اگر فاصله ناظر تا سطح صفحه 45 سانتيمتر است، اختلاف منظر بيشتر از 2/1 سانتي متر، مجاز نخواهد بود. براي ايجاد تصاوير چشم‌هاي چپ و راست نيز بايد انفصال ميان محوري بين 03/0 تا 05/0 فاصله دوربين تا نزديك‌ترين قسمت اشياي اصلي باشد. البته اين قانون ممکن است در همه شرايط صادق نباشد، بنابراين بهترين راه، مشاهده تصوير و تصميم‌گيري براساس مشاهدات است. ارائه اختلاف‌منظر در قالب اندازه‌گيري‌هاي زاويه‌اي، مستقيماً آن‌را به ناهم‌خواني شبکيه‌اي مرتبط مي‌سازد، براي مثال، ناهم‌خواني شبکيه‌اي ايجاد شده در اثر اختلاف منظري در حد يک سوم اينچ در فاصله 3 فوت با ناهم‌خواني شبکيه‌اي ايجاد شده در اثر اختلاف‌منظري در حد دو سوم اينچ در فاصله 6 فوت، برابر است.

ابزارهاي توليد تصاوير سه‌بعدي
پس از بررسي شيوه طراحي نرم‌افزاري توليد تصاوير سه‌بعدي لازم است تا از يك مجموعه‌ي سخت‌افزاري استفاده گردد كه امكان توليد اين تصاوير را ايجاد نمايد. المان‌ها و سخت‌افزارهاي به‌کار رفته در اين پروژه، جهت ايجاد محيط شبيه‌سازي مجازي ماهواره عبارتند از:
رايانه
ويدئو پروژکتور
فيلترهاي Polaroid
عينک سه‌بعدي
پرده نمايش
با توجه به ابعاد و مشخصات آزمايشگاه و اهداف آموزشي مورد نظر، هر يک از المان‌هاي ذکر شده داراي تعداد، ويژگي‌ها و مشخصات خاصي مي‌باشند که در اين گزارش سعي شده است تا هريک از اين المان‌ها بصورت جداگانه مورد بررسي قرار گيرد.

2.2.2.1 رايانه
تعداد رايانه‌هاي در نظر گرفته شده با توجه به تعداد کاربران، تعداد تصاوير سه‌بعدي توليد

پایان نامه
Previous Entries منبع مقاله درمورد سطح مهارت Next Entries منبع مقاله درمورد تصاوير، موقعيت، اغتشاشي