Взаимное расположение объектов

В компьютерной графике существует проблема не только правильного изображения группы объектов, в которой одни объекты перекрывают другие, но и проблема правильного изображения различных частей одного и того же объекта. Эта проблема носит название задачи удаления невидимых линий или задачи видимости.
Существует много различных способов решения этой задачи. Один из них заключается в том, что изображаемый объект разбивается на множество элементарных элементов (граней). Затем для каждой пары граней решается вопрос, перекрываются ли их проекции на плоскость экрана. Если да, то вычисляется, какая грань находится ближе, а какая - дальше от наблюдателя, и какая часть дальней грани перекрывается ближней гранью. Ясно, что подобная операция чрезвычайно трудоемка и требует значительных процессорных ресурсов.
Тем не менее, не выполнив задачу удаления невидимых линий, невозможно добиться сколько-нибудь удовлетворительного эффекта трехмерности изображения.

Стереоскопическое зрение

Еще один возможный путь получения наглядного пространственного изображения - это использование стереоскопа. Причем часто стереографическая проекция оказывается предпочтительнее других видов изображения. Графическое представление инженерных сооружений - мостов, башен - оказывается более наглядным в стереографической проекции. Следовательно, для существенного улучшения восприятия пространственных изображений, таких как системы трубопроводов, архитектурные сооружения, медицинская рентгенография, структура органических молекул и кристаллических решеток, следует использовать стереографические проекции.
В стереографической проекции наблюдателю каждым глазом необходимо рассматривать отдельный перспективный вид. Для наблюдения отдельных трехмерных объектов может быть использован стереоскоп.
Для получения стереопары, то есть двух изображений одного и того же объекта, существуют определенные алгоритмы по перемещению и вращению объекта на экране в нужном направлении.

Свет и тень

Последнее, но не менее важное - это метод создания эффекта подсветки в компьютерных изображениях. Как было сказано выше, признак света и тени для человека является одним из самых важных. В компьютерной графике затушевка поверхностей изображаемого объекта нередко является единственным используемым способом передать его глубину. Мы рассмотрим простой случай создания эффекта освещенности от единственного источника параллельных лучей света.
Как уже отмечалось, перед тем, как изобразить некоторый объект, можно осуществить разбивку его поверхностей на множество состыкованных друг с другом плоских четырехугольных элементов (граней). Такой подход даст возможность легко создать эффект подсветки путем неравномерного закрашивания этих граней. Интенсивность окраски каждой грани будет определяться тем, под каким углом падает на нее гипотетический световой поток. Для этого определяется вектор - нормаль к каждой грани, а затем по формулам, известным из аналитической геометрии, вычисляется угол между вектором нормали и вектором светового потока. Если этот угол нулевой, интенсивность окраски грани будет максимальной. Если, наоборот, угол равен 90 градусам, интенсивность окраски будет минимальной. Промежуточным значениям угла соответствуют промежуточные интенсивности окраски. Как видно из описания метода, он является сильно упрощенным. Не учитывается, например, то, что одна поверхность может перекрывать свет другой поверхности, создавая на последней тень. Тем не менее, как показывает опыт, этот метод дает вполне удовлетворительные результаты.

ВЫВОДЫ

1. Микроуровнем пользовательского интерфейса можно назвать все стандартные процедуры, содержащиеся в диалоговых системах.
2. Технология параллельного проектирования, поддержанная интеграцией ИС, привела к формированию макроуровня пользовательских интерфейсов.
3. Макроуровень интерфейса предполагает использование элементов искусственного интеллекта.
4. Для создания эффекта трехмерности изображения могут использоваться монокулярные и бинокулярные признаки глубины.

Литература

1. Мапиньяк Л. Бригадный метод-ключ к параллельному проектированию. //Электроника 1991, №1, с. 30-39
2. Де Кастро X., Хугерхьюз П Средства автоматизации обеспечивают практическую реализацию принципа параллельного проектирования. //Электроника, 1991, №10 39-48
3. Shneiderman B. Direct manipulation: A step beyond programming languages. //Computer, 1983, Vol 16, №8, рр. 57-69
4. Ярушкина Н., Соснин П. Интеллектуальный инструментарии проектирования и реализации диалоговых систем.// Управляющие системы и машины. 1991, №4, с. 67-72
5. Новеллино Дж. Пакет программ для сбора и обработки данных. //Электроника, 1991, №3, с. 83-84
6. Каррел П. Соперничество двух изготовителей крупноформатных электронных таблиц.//Электроника, №4, с. 3-5
7. Пакет проектирования специализированных ИС на РМ с программой вывода осциллограмм сигналов. //Электроника, 1990, №23-24
8. ПК с комплексным представлением информации //Электроника, 1991, №2, с. 71
9. Зинченко В.П. , Мунипов В.М. Основы эргономики —М.: МГУ, 1979
10. Гордиенко А.П. Анализ подходов к проектированию пользовательского интерфейса. //В кн.: Пользовательский иыерфеис: Исследование Проектирование Реализация. — Орел, 1991, вып. 1, с. 28-39
11. Харрисон Д.С., Ньютон А.Р. Среда САПР для проектирования интегральных схем и электронных систем. //ТИИЭР, 1990, №2, Том 78, с. 185-212
12. Бондаренко Д.В. Диалоговый интегратор (ДИН) — средство разработки диалоговых систем. //Зарубежная радиоэлектроника, 1991, №3, с. 84-85
13. Уаттс Р. ЭВМ и непрофессиональные пользователи Организация взаимодействия —М.: Радио и связь, 1989
14. Дракин В.И., Попов Э.В., Преображенский А.Б. Общение конечных пользователей с системами обработки данных — М.: Радио и связь, 1988
15. Диллан Э. Человеческие факторы в связи с гипертекстом. //Международный форум по информации и документации 1990, Том 15, №4, с. 32-36
16. Малиньяк Л. Вспомогательная роль инструментальных средств в параллельном проектировании.//Электроника, 1991, №4, с. 72-73
17. Малиньяк Л. Одна инструментальная подсистема для верификации проектируемых машин и программного обеспечения. //Электроника, 1990, №23-24, с. 59-63
18. Михайлов С.А. Техника компьютерной графики. //Зарубежная радиоэлектроника 1990, №10, с. 93-111
19. Малиньяк Л. Параллельный компилятор языка Х/Н01 использующий сетевые ресурсы. //Электроника, 1990, №23-24, с. 128-129
20. Вилаянур С Ратагандран Светотени и восприятие формы. //В мире науки. 1988. №10 с. 54-61

Печатается по изданию: Основы инженерной психологии. - М., 1994