ПРОГРАММИРОВАНИЕ

Современный дисплей пилота гражданского самолета основан на новой идеологии интерфейса и позволяет улучшить восприятие полетной информации из нескольких источников за счет ее объединения на одном многофункциональном дисплее. В работе рассматриваются вопросы реализации многооконной визуализации дисплея пилота при использовании OpenGL SC с аппаратным ускорением. Предложен алгоритм компоновки информации на дисплее, позволяющий применять только одно GPU устройство, доступное на борту самолета. Подробно изложен подход адаптации и модификации пакета Mesa с открытым программным кодом для получения сертифицируемого драйвера GPU. Особое внимание уделено технологии адаптации открытых кодов пакета к операционной системе реального времени и к требованиям к системам, критичным для безопасности. Реализация предложенного подхода предназначена для работы под управлением операционной системы реального времени JetOS в системах визуализации бортовых комплексов гражданской авиации. Описанная реализация многооконной визуализации предполагает в дальнейшем ее сертификацию для систем, критичных для безопасности.

В работе рассматривается задача заполнения областей изображений. В последние годы эта область стремительно развивалась, новые нейросетевые методы показывают впечатляющие результаты, однако большинство нейросетевых подходов сильно зависят от разрешения, на котором их обучали. Незначительное увеличение разрешения приводит к серьезным артефактам и неудовлетворительному результату заполнения, из-за чего подобные методы не применимы в средствах интерактивной обработки изображений. В этой статье мы представляем метод, позволяющий решить проблему заполнения областей изображений разного разрешения. Мы также описываем способ более качественного восстановления текстурных фрагментов в заполняемой области. Для этого мы предлагаем использовать информацию из соседних пикселей путем сдвига исходного изображения в четырех направлениях. Предлагаемый подход применим к уже существующим методам без необходимости их переобучения.

Классическая трассировка лучей методом Монте-Карло – это мощный метод, позволяющий моделировать практически все эффекты в лучевой оптике, но он может быть недопустимо медленным для многих случаев, таких как, например, вычисление изображений, видимых объективом или камерой с точечным отверстием. Поэтому часто используются его различные модификации, в частности, двунаправленная стохастическая трассировка лучей с фотонными картами. Недостатком всех стохастических методов является нежелательный шум. Уровень шума, то есть дисперсия яркости пикселей, рассчитанной за одну итерацию метода, зависит от различных параметров, таких как количество лучей от источника света и от камеры, способ слияния их траекторий, радиус интегрирующей сферы и т.д. Выбор оптимальных параметров позволит получить минимальный уровень шума при данном времени расчета. Данной проблеме и посвящена эта статья. Показано, что дисперсия яркости пикселя представляет собой сумму трех функций, масштабируемых обратным числом лучей из источника и из камеры, причем сами эти функции не зависят от количества лучей. Поэтому, зная их, можно предсказать шум для любого количества лучей и, таким образом, найти оптимальный вариант. Вычисление этих функций на основе полученных в трассировке лучей данных является нетривиальной задачей. В статье приведен практический метод их расчета и продемонстрировано, что по результатам всего одного пробного расчета можно предсказать дисперсию для произвольного числа лучей. Таким образом, становится возможным минимизация шума благодаря выбору оптимального числа лучей.

Данная работа посвящена исследованию методов фотонных карт для решения проблемы реалистичного рендеринга. В отличие от традиционных методов рендеринга основой для расчета яркости вторичного и каустического освещений являются обратные фотонные карты или карты наблюдения. Представлены основные преимущества метода обратных фотонных карт, которые заключаются, во-первых, в естественном распределении фотонов в областях, формирующих яркость изображения, а во-вторых, в уменьшении числа фотонов, формируемых на трассе одного луча. Рассмотрена основная алгоритмическая сложность метода обратных фотонных карт, заключающаяся в необходимости синхронизации данных при расчете и накоплении яркости вторичного и каустического освещений. Для решения данной проблемы авторы предлагают использовать промежуточные прямые фотонные карты вторичного и каустического освещения, распределенные по вычислительным потокам, выполняющими рендеринг соответствующих участков изображения. На основе проведенных исследований вводится метод прогрессивных обратных фотонных карт и описывается алгоритм реалистичного рендеринга, основанный на методе прогрессивных обратных фотонных карт. Разработанный алгоритм не требует дополнительной синхронизации при накоплении яркости в точках изображения, что позволяет эффективно реализовать его не только с использованием ресурсов центрального процессора, но и на графическом процессоре. Представлены результаты качественного и количественного сравнения результатов рендеринга методами прогрессивных прямых и обратных фотонных карт.

Статья посвящена вопросам автоматизации процесса создания автономных модулей научной визуализации на базе систем на кристалле с настраиваемым осязаемым пользовательским интерфейсом. Такие модули могут быть использованы в роли интерактивных экспонатов в рамках концепции так называемых умных музеев. Ключевой идеей автоматизации является генерация итогового программного обеспечения средствами онтологически управляемой платформы SciVi. В рамках этой платформы путем расширения управляющих онтологий организована поддержка генерации кода для систем на кристалле Raspberry Pi и Orange Pi. Алгоритм работы генерируемого программного обеспечения описывается в платформе SciVi высокоуровневым образом при помощи диаграмм потоков данных. При этом научная визуализация имеет аппаратную поддержку через графический API OpenGL ES, а поддержка осязаемого пользовательского интерфейса обеспечивается подключением специализированных библиотек и средств операционной системы для взаимодействия с внешними периферийными устройствами. Эффективность предложенных методов и средств подтверждена на практике при разработке нескольких кибер-физических экспонатов для выставки “Превращения” в Детском музейном центре, филиале Пермского краеведческого музея (г. Пермь).