Корзина (0)
Ваша корзина пустует и скучает ;)

Проектирование и разработка трехмерного графического движка для визуализатора воздушного пространства

ID номер GIS068
Вид Материалы к дипломной работе Бакалавра
Написана в 2019
Наполнение 56 страниц, 24 рисунка, 26 источников, 4 приложения

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 6
1 Тренажер для авиадиспетчеров 11
1.1 Диспетчерский тренажер 11
1.2 Визуализатор структуры воздушного пространства “Атлас” 14
1.3 Основные функциональные требования 14
1.4 Существующие решения визуализации 16
1.3.1 Графические движки 18
1.3.2 Ограничения применения 19
2 Система визуализации 20
2.1 Системная архитектура тренажера 20
2.1.1 Компонент считывания и обработки данных 21
2.1.2 Компонент хранения данных 22
2.1.3 Интерфейс пользователя 22
2.1.4 Модуль взаимодействия с Веб-ресурсами 23
2.2 Элементы структуры воздушного пространства 24
2.2.1 Маршруты прибытия, вылета и захода на посадку 24
2.2.2 Запретные зоны, зоны ограничения и сектора УВД 25
2.2.3 Аэронавигационное препятствие 25
2.3 Отображение Земной поверхности 25
2.3.1 Модель каркаса поверхности 26
2.3.2 Система уровней детализации 26
2.4 Материалы объектов 27
2.5 Эффект свечения 28
2.6 Масштабируемость объектов 28
2.7 Источники данных визуализации 29
2.8 Предлагаемая архитектура графического движка 29
2.9 Предлагаемый программный интерфейс 30
3. Программная реализация 32
3.1 Земная поверхность 32
3.2 Объекты аэронавигационной структуры 35
3.3 Отображение справочной информации 38
3.4 Способы имитации освещенности сцены 39
3.5 Настройки отображения сцены 40
3.6 Отображение объектов сцены 41
3.7 Шейдеры 43
3.8 Рендеринг сцены 44
3.9 Способы использования графического движка 48
3.10 Тестирование 49
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 51
ПРИЛОЖЕНИЯ 52

Введение

Воздушный транспорт является одним из самых безопасных и востребованных видов транспорта. На сегодняшний день это не только способ доставки грузов и пассажиров в отдаленные и труднодоступные участки по всей планете, но и стратегически и экономически важная отрасль государства. Непрерывное развитие и охват новых территорий и направлений, влечет за собой стремительный рост количества воздушных судов, одновременно находящихся в небе. С повышением интенсивности воздушного движения растет потребность в его упорядочивании.

Создание условий, при которых для каждого эксплуатанта воздушного пространства минимизируется риск столкновения и возможные эксплуатационные потери, основная задача организации воздушного движения. Для решения этой задачи, а также снижения экономических и временных затрат авиаперевозчиков и пассажиров необходимо использование грамотно спроектированной структуры воздушного пространства, основными элементами которой являются:

1. Контролируемое воздушное пространство (районы аэродромов, секторы обслуживания воздушного движения).

2. Маршруты обслуживания воздушного движения (воздушные трассы и маршруты вылета и прибытия воздушных судов).

3. Зоны ограничения полетов и запретные зоны.

4. Естественные и искусственные препятствия (рельеф, растительность, строения).

В значительной степени, сложность изучения и анализа существующей структуры воздушного транспорта, по сравнению с инфраструктурой наземного транспорта, заключается в том, что она является невидимой для человека. В настоящий момент данные обо всех элементах структуры воздушного пространства представлены во множестве разрозненных источников, таких как многотомные аэронавигационные сборники, карты, аэронавигационные базы данных. Из-за специфики существующего формата публикации документов аэронавигационной информации, данные об интересующих элементах структуры воздушного пространства могут быть разнесены на разные страницы сборника, а карты предоставляют ограниченную вариативность отображения сочетаемых объектов. Более того, даже использование электронных аэронавигационных баз данных не позволяет в полной мере получить полное представление о взаимном расположении элементов воздушного пространства, например, для нескольких близкорасположенных аэродромов, поскольку инструмента, предоставляющего возможность одновременно отобразить в трехмерном пространстве такие элементы как процедуры вылета и прибытия, в настоящий момент просто не существует. На рисунке 1 изображена карта-схема московского узлового диспетчерского района.

Данный подход хранения данных существенно повышает сложность восприятия взаимного расположения объектов структуры в целом и понимание взаиморасположения разнотипных объектов ВП вблизи аэронавигационных точек.

Несмотря на тенденцию к автоматизации системы управления воздушным движением, полностью исключить человеческий фактор в системе на данный момент не представляется возможным. Постоянный контроль корректности движения самолетов должен осуществляться авиадиспетчером. В своей зоне ответственности он обеспечивает безопасное и эффективное использование воздушного пространства для всех его участников. Таким образом, для выполнения своих обязанностей, авиадиспетчер должен знать и хорошо представлять структуру воздушного пространства, в которой он обслуживает движение воздушных судов.

При внедрении новой версии или изучении существующей структуры воздушного пространства, перед авиадиспетчером стоит задача анализа взаиморасположения различных сочетаний элементов в его зоне ответственности. Учитывая способ хранения информации об элементах, поиск данных и представление структуры воздушного пространства требуют больших временных и трудовых затрат.

На текущий момент не существует никаких средств полноценной визуализации всех элементов структуры воздушного пространства. На международном рынке представлены лишь частные решения для визуализации отдельных типов элементов. Тем не менее, уже разработана модель обмена аэронавигационной информацией (AIXM 5.1.1), которая активно используется проектировщиками структур воздушного пространства.

Для проверки разработанной структуры на работоспособность, подготовки диспетчерского персонала к работе в новых условиях, а также моделирования различных вероятных ситуаций при обеспечении навигации в воздушном пространстве применяются диспетчерские тренажеры. Тренажеры позволяют повысить эффективность подготовки диспетчеров, при этом моделирование нештатных ситуаций не влечет за собой возникновения каких-либо рисков. Также это позволяет свести к минимуму материальные затраты, создавая эффективную среду для получения практического опыта, максимально приближенного к реальному.

Фирма “НИТА” на сегодняшний день является одним из самых известных среди российских и зарубежных предприятий, ведущих разработку и производство оборудования и программного обеспечения для осуществления проектирования и обслуживания движения в воздушном пространстве.

На данный момент в тренажерах и применяемом оборудовании диспетчерских пунктов фирмы отображение структуры и текущей воздушной обстановки в зоне ответственности авиадиспетчера производится в двухмерном формате. Данный подход упрощает визуализацию, однако требует от пользователя определенных навыков работы с системой, пространственного воображения и предварительного тщательного изучения структуры ВП.

Значительно снизить сложность восприятия, а также трудовые и временные затраты при обучении стажеров могла бы возможность использования в качестве справочной информации трехмерной визуализации объема пространства в предполагаемой или моделируемой зоне ответственности авиадиспетчера.

Учитывая все выявленные сложности, очевидным решением стала разработка и дальнейшее внедрение в тренажер нового графического движка, способного производить визуализацию структуры воздушного пространства. Характерной особенностью данного компонента должна быть возможность представления моделей объектов структуры с высокой точностью привязки по географическим координатам.

В основе визуализации двухмерной и трехмерной компьютерной графики лежит графический движок - промежуточное программное обеспечение или рендерер. В зависимости от задачи отрисовки, движки могут быть как реального времени, так и с долговременной обработкой кадра. Несмотря на разнообразие доступных в настоящий момент свободно распространяемых и платных движков, объем отображаемого пространства, построенного на точных географических данных таких решений, строго ограничен несколькими десятками квадратных километров. При этом основной акцент при разработке существующих рендереров ставится на увеличение реалистичности визуальных эффектов и качестве отображения трехмерных моделей объектов.

Целью данной работы является проектирование и разработка трехмерного графического движка для визуализатора воздушного пространства, встраиваемого в качестве справочной информации в диспетчерский тренажер «ЭКСПЕРТ».

Заключение

Основная задача выпускной квалификационной работы состояла в проектировании и разработке графического движка для трехмерного визуализатора структуры воздушного пространства.

В рамках работы был произведен обзор предметной области, описана системная архитектура визуализатора и на ее основе выдвинуты требования к графическому движку. Проведен анализ возможных вариантов решения задачи.

В результате работы был разработан и реализован графический движок для трехмерного визуализатора воздушного пространства.

Разработанный функционал графического движка визуализатора продолжает наращиваться, однако уже сейчас имеется возможность отображения всех требуемых элементов структуры воздушного пространства, что позволяет использовать визуализатор отделу ОрВД для анализа и тестирования разрабатываемых структур воздушного пространства.

Дальнейшее развитие данного движка заключается в его подготовке к встраиванию в диспетчерские тренажеры фирмы “НИТА” в качестве справочной и обучающей системы.

Таким образом, задачу выпускной квалификационной работы можно считать выполненной.


Скачать работу на данную тему

Зачем покупать готовую работу?

В связи с тем, что авторы ITdiplom выполняют работы с использованием актуальной иностранной и русскоязычной литературы, собственных многолетних наработок, а также данных с официальных статистических ресурсов, готовые материалы не теряют своей актуальности и на сегодняшний день
Уникальность таких готовых работ на момент повторного приобретения по системе «Антиплагиат» варьируется в диапазоне 75-95%. При этом на протяжении учебного семестра/полугодия каждая работа реализуется единственный раз одному клиенту во избежание повторений при сдаче
Такие материалы с легкостью можно использовать как основополагающие для выполнения собственных работ

Цена готовой ВКР/НИР, дипломной работы или магистерской диссертации

Купить подобный готовый материал можно от 4.000 руб.
В стоимость включены:
- Готовый материал с уникальностью в диапазоне 75-95%
- Презентация и речь
- Корректировка до 10 страниц по замечаниям руководителя
- Репетиторские услуги вплоть до защиты
- Программный продукт (по запросу)

Как узнать точную цену готовой работы

Возможность продажи, точная стоимость конкретной работы и доп. информация предоставляются по запросу:
- Онлайн чат "Бесплатная консультация"
- Мессенджеры 8 (900) 299-30-57
- Запрос на почту zakaz@itdiplom.ru
В запросе необходимо указать ID номер или тему работы

Категории

Скачать презентацию к представленной выше работе

Скачать дипломную работу, представленную выше

Выбрать или купить другие готовые дипломные работы по схожей тематике

Заказать дипломную работу по схожей тематике или оценить стоимость можно при помощи формы Узнать стоимость моей работы.

Воспользуйтесь формой запроса точной стоимости готовых работ, указав ID номера или темы интересующих работ

В стоимость данной работы включены:

- Готовый материал с уникальностью в диапазоне 75-95%
- Презентация и речь, подготовка к защите
- Корректировка до 10 страниц по замечаниям руководителя
- Репетиторские услуги вплоть до защиты
- Программное обеспечение (зависит от темы - наличие по запросу)