Результаты за 2014 год

Исследование методов визуальной имитации технологических процессов орбитального мониторинга земной поверхности.

Созданы алгоритмическая и программная модели для отработки навыков визуально-инструментальных наблюдений (ВИН) и мониторинга поверхности Земли с борта космического аппарата.

Область применения: в системах компьютерной генерации изображения тренажеров для отработки навыков в области геофизических исследований и мониторинга Земли с борта космического аппарата методами ВИН.

В результате проведенных исследований установлено, что для обеспечения отработки космонавтом-оператором профессиональных навыков выполнения задач ВИН необходимо, чтобы система моделирования внешней визуальной обстановки обеспечивала формирование и отображение управляемых в реальном масштабе времени цветных динамических изображений земной поверхности, соответствующих условиям наблюдения в иллюминаторах пилотируемых космических аппаратах (ПКА) как невооруженным глазом, так и через бортовые инструментальные средства визуального наблюдения и отвечала следующим требованиям:

возможность формирования в поле зрения бортового средства наблюдения изображения подстилающей поверхности Земли по трассе полета ПКА для любого суточного витка, соответствующего заданным баллистическим параметрам орбитального полета;
высокий уровень географического подобия формируемого изображения земной поверхности;
возможность проективных преобразований формируемого изображения с учетом кривизны Земли при ведении оператором наблюдений невооруженным глазом от надира к горизонту и моделировании изменений пространственного положения оптической оси бортового средства наблюдения;
высокая точность координатной привязки объектов наблюдения, представленных в цифровой визуальной модели (ЦВМ) Земли;
высокий уровень детализации объектов земной поверхности;
воспроизведения объектов ВИН с учетом перекрытия элементами ПКА, времени года, уровня облачности и дымки.

Удовлетворить выявленные требования удается за счет создания реалистичной модели визуальной обстановки на основе реальных космических цифровых снимков земной поверхности, которые сведены по цвету и очищены от облачности. Для представления текстурных данных используется проекция Меркатора. На самом низком уровне детализации (первом уровне) текстура земной поверхности имеет размер 512×512 пикселей, а на каждом последующем уровне ширина и высота увеличиваются вдвое. При использовании проекции Меркатора пространственное разрешение (расстояние на поверхности Земли, которое представлено одним пикселем на текстуре) зависит от используемого уровня текстурной детализации и широты отображаемой точки.

Таким образом, из исходных снимков с разрешением 15-30 метров на тексел формируются данные для каждого из используемых уровней детализации текстуры земной поверхности. В каждом наборе данных в растровом формате представлены фрагменты изображений земной поверхности размером 256×256 пикселей. Фрагменты хранятся таким образом, что информация о двух географически близких точках в большинстве случаев находится рядом и на жестком диске ЭВМ. Это достигается за счет использования псевдо-Гильбертовых кривых для прямоугольных областей произвольного размера, алгоритм генерации которых был создан на основе работы Zhang J. et al. Такая организация данных позволяет эффективно осуществлять загрузку с диска необходимых участков текстур и визуализировать ЦВМ Земли от 85° южной широты до 85° северной широты с пространственным разрешением 15-30 метров на тексел. При этом возможна плавная трансфокация угла обзора от 110° до 2°. На практике система позволяет имитировать десятикратную скорость пролета ПКА, характерное время прохождения одного витка которых приблизительно составляет 90 минут.

2014 ВИН