Brevet FR2604273A1 — publié le 19880325

Procédé de génération d'informations de vision pour un système de visualisation extérieure pour appareils d'instruction, notamment pour la formation d'équipages de chars. L'invention se rapporte à un procédé de génération d'informations de vision pour un système numérique de visualisation extérieure pour appareils de formation avec des points de vision mobiles préprogrammés dans un générateur d'images de visée. Les systèmes numériques de visualisation extérieure, tels qu'ils étaient utilisés dans le passé pour les simulateurs de vol et les systèmes d'instruction pour la formation des équipages de chars avec mouvements propres simulés, ont le défaut que la dynamique en temps réel dans tous les six degrés de liberté ne peut être obtenue qu'au prix de fortes dépenses pour la partie matériel. La génération en temps réel des scènes signifie de surcroît que même en cas d'emploi de texture cellulaire, il faut accepter des déficiences en ce qui concerne le caractère naturel du contenu des scènes. Par la demande de brevet DE-B-21 28 961, on connaît un dispositif d'exercice de tir avec missiles, dans lequel on peut effectuer le processus de poursuite de l'objectif avec un appareil de visée conçu conforme à la réalité et qui donne une représentation fidèle du paysage. La demande de brevet DE-B-26 58 501 fait état d'un autre procédé de simulation d'un objectif mobile dans lequel on superpose par voie électronique l'image de l'objectif mobile à l'image photographiée de l'environnement. Ce qui a été dit ci-dessus s'applique également ici. Dans le cas du générateur d'images de visée, on obtient une grande richesse de détails des scènes représentées, mais le point de vision en ce qui concerne la position de l'élève est fixe. Cela revient à dire que le système ne permet en temps réel que la dynamique de deux degrés de liberté (élévation et azimut). Dans ce système de visualisation extérieure, une partie importante des processus de traitement des données s'effectue en ligne, c'est-à-dire que l'environnement et les modèles ou maquettes mobiles sont mémorisés sous forme numérique et sont appelés et visualisés selon l'azimut et l'élévation. L'environnement mémorisé et les aspects des maquettes sont de caractère bidimensionnel. La présente invention a pour objet de mettre au point un procédé du type défini ci-dessus qui permette de transposer des fonctions partielles du système numérique de visualisation extérieure du temps réel à la zone hors ligne et de réduire l'importance de la partie matériel jusqu'ici nécessaire pour les générateurs d'images. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait qu'on combine mutuellement les technologies connues des systèmes numériques de visualisation extérieure et des générateurs d'images de visée de telle sorte que: a) la projection d'informations tridimension- nelles mémorisées concernant l'environnement dans un plan de vision bidimensionnel s'effectue dans la partie hors ligne (génération de base de données); b) la base de données soit produite par le système numérique de visualisation extérieure; c) la dynamique des deux degrés de liberté azimut et élévation des viseurs optiques soit conservée; d) l'image de l'environnement en tant qu'information concernant le terrain soit redéfinie à des intervalles assez longs (par exemple de l'ordre des secondes); e) des manipulations d'image, comme des modifications d'échelles, des déplacements en translation et rotation, des enchaînements (fondus), etc., soient exécutés pendant les intervalles de temps et les générations d'images de l'environnement et des objectifs puissent être calculés séparément. Dans le procédé selon l'invention, le terrain saisi et traversé par le point de vision, y compris les véhicules à représenter et les situations définies, sont générés en ligne au moyen d'un système de génération de base de données et du système numérique de visualisation extérieure classique et sont mémorisés dans le générateur d'images de visée. Selon une autre particularité de l'invention, l'information de vision bidimensionnelle peut être appelée en temps réel à tout moment. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, des secteurs d'horizon tous azimuts avec un angle de vision de par exemple 5 -20 sont disponibles dans le générateur d'images de visée. Selon une autre caractéristique, une mémorisation d'informations tous azimuts est effectuée dans l'intervalle d'une seconde le long des trajectoires préprogrammées lors de la simulation du mouvement propre. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, on utilise comme moyen de mémorisation un disque vidéo ou des mémoires de masse analogues, et on fait appel à plusieurs disques avec un dispositif de balayage correspondant. Dans le procédé selon l'invention, une scène avec échelonnement accusé du premier plan et de l'arrière-plan peut être divisée dans le générateur d'images de visée en plusieurs coulisses qui sont fonction de la distance et qui peuvent être traitées indépendamment les unes des autres. Il est également avantageux que les intervalles entre deux horizons tous azimuts définis puissent être comblés par la technique de fondu enchaîné. Selon une autre caractéristique de l'invention, le traitement des données pour les objectifs et l'environnement est exécuté séparément. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de modes de réalisation pris comme exemples, mais non limitatifs, et illustrés par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 est un schéma synoptique d'un exemple de réalisation du système numérique de visualisation extérieure; la figure 2 est un schéma synoptique du système de génération de base de données et du système numérique de visualisation extérieure selon la figure 1; la figure 3 est un schéma synoptique du générateur d'images de visée avec représentation des sections d'horizon tous azimuts; la figure 4a est un schéma synoptique représentant la mémorisation et l'appel des informations tous azimuts dans l'intervalle d'une seconde; la figure 4b est un croquis illustrant une représentation de l'horizon tous azimuts. Dans les installations de formation d'équipages de chars, par exemple, on part du fait que le mouvement propre du véhicule à simuler est préalablement programmé. Cela signifie qu'au moyen d'un système de génération de base de données et d'un système numérique de visualisation extérieure classique, on sait traiter hors ligne puis mémoriser le terrain dans lequel se déplace le point de vision, avec les véhicules étrangers à représenter, y compris les évènements définis. En d'autres termes, cela signifie que dans le présent exemple du procédé, on propose une combinaison d'un système numérique de visualisation extérieure classique et d'un générateur d'images de visée. Le but de l'invention est de transposer à l'avenir des fonctions partielles du système numérique de visualisation extérieure du temps réel à la zone hors ligne et de réduire l'importance de la partie matériel nécessaire au générateur d'images dans les systèmes d'instruction ou de formation. Dans ce cas, les calculs effectués en temps réel dans les systèmes numériques de visualisation extérieure classiques devront désormais être exécutés hors ligne, tout au moins dans le cas des systèmes de formation avec mouvements propres préprogrammés. Deux degrés de liberté devront cependant être considérés en temps réel lors de la génération d'images pour des systèmes de formation d'équipages de chars. Il s'agit en l'occurence de l'azimut (+ 180 ) et de l'élévation (par exemple 20 + 110 ). Cela revient donc à dire qu'à tout moment pendant le déroulement du mouvement propre préprogrammé, le pointeur et le commandant peuvent déplacer à volonté leurs viseurs suivant ces deux degrés de liberté dans le système de formation. Cela signifie que la projection, effectuée avec point de vision mobile entièrement librement dans les systèmes numériques de visualisation extérieure classiques, de la base de données tridimensionnelle, située dans la zone de vision, y compris des objectifs à désigner, dans un plan de vision bidimensionnel, est effectuée et mémorisée hors ligne. Cette information de vision bidimensionnelle sous forme numérique doit maintenant pouvoir être appelée à tout moment en temps réel, c'est-à-dire sous forme réelle. L'information d'horizon tous azimuts, y compris les objectifs désignés, doit donc être disponible à tout instant. Il en résulte que-le long des trajectoires préprogrammées, non seulement le terrain et les évènements doivent être mémorisés avec un seul angle de vision, mais qu'en plus, la vision tous azimuts et la variation de l'angle de vision en élévation doit aussi être possible. On peut objecter à juste titre que ce procédé nécessite une importante capacité de mémorisation. Il faut cependant tenir compte qu'une grande capacité de mémoire numérique est actuellement disponible à un coût bien moindre qu'autrefois. Dans le générateur d'images de visée, 72 images, c'est-à-dire différents secteurs d'horizon tous azimuts avec un angle de visée de 5 , doivent être disponibles pour la vision tous azimuts avec un facteur d'agrandissement de par exemple 12 fois et un angle de vision virtuel de 60 . Or, dans le cas d'une simulation de blindés, la plage d'angles d'élévation pour les viseurs peut être limitée à 20 . Il s'ensuit qu'environ 300 secteurs d'horizon, pour la vision tous azimuts pour cette plage limitée d'angles d'élévation, doivent être mémorisés et disponibles sur appel, les images étant appelées 25 fois par seconde, attendu que la fréquence de répétition des images est de 25 Hertz, c'est-à-dire qu'environ 7500 images doivent être mémorisées par seconde de mouvement simulé. Il est connu qu'on peut stocker des images de télévision de haute qualité avec 256 Kmultiplets. Par des mesures de codage appropriées, on peut mémoriser une image avec 25 Kmultiplets. Pour une seconde de simulation dans le système de formation proposé pour les équipages de blindés, on devrait donc pouvoir stocker les vues avec une capacité de mémoire de 187,5 Méga- multiplets. Actuellement, on dispose de supports-mémoires de grande capacité, par exemple de 1 Giga-multiplets (par exemple disque "Gigadisc" de la Société Thomson). En procédant comme indiqué ci-dessus, on ne dispose donc d'une information de vision que pour 5,5 secondes de simulation. Ce disque mémorise l'information par voie optique-numérique à l'inverse du disque vidéo qui permet le stockage d'informations optiques-analogiques. En ce qui concerne la capacité de mémoire, le disque Giga- multiplets de la Société Thomson est également supérieur au disque magnétique sur lequel on peut mémoriser des informations numériques. Il est maintenant par exemple prévu de n'effectuer la mémorisation d'une information tous azimuts que toutes les secondes le long des trajectoires programmées lors de la simulation du mouvement propre. Avec un disque Giga-multipletst cela augmenterait par exemple le temps de simulation de 5,5 secondes à 2 minutes. L'emploi de plusieurs disques avec dispositif de balayage adéquat peut, certes, porter le temps de simulation sans problèmes à 10 minutes comme cela est exigé pour la plupart des systèmes de formation des équipages de chars. Au cours de cet intervalle d'une seconde, on peut également procéder à des manipulations d'images qui confèrent une impression de mouvement. En pareil cas, on tient compte du fait que dans les simulateurs de chars, la vitesse propre n'est pas particulièrement élevée, si bien que par manipulation on peut donner l'impression du mouvement propre sans que les défauts d'image et les discontinuités se produisant nécessairement se traduisent par des effets nuisibles. Ainsi, par exemple, il est possible de procéder à des modifications d'échelles. Par un agrandissement progressif du contenu de l'image, on simule un mouvement dans la direction de vision. La perspective reste alors constante alors qu'elle devrait varier constamment dans le cas d'un mouvement réel. Cela n'est pas trop gênant, attendu qu'il ne se produit que de faibles défauts de perspective. L'angle de vision effectif à travers l'optique simulé est relativement petit. Une scène avec échelonnement accusé dans le premier plan et l'arrièreplan peut être divisée en plusieurs coulisses qui sont fonction de la distance et qui peuvent être traitées indépendamment les unes des autres. On a ainsi l'assurance que le rapport de perspective entre le premier plan et l'arrière-plan reste conservé pendant l'évolution du mouvement. Les marques de repère pour les coulisses associées aux différentes distances existent normalement dans le générateur d'images de visée et sont également nécessaires pour le calcul de l'occultation correct des objets à représenter, si bien qu'il suffit de veiller à ce que les contenus des images puissent être continuellement déplacés les uns par rapport aux autres sans donner lieu à des effets perturbateurs. Une autre possibilité de combler les intervalles entre deux horizons tous azimuts définis, est la technologie du fondu enchaîné, c'est-à-dire qu'on peut changer de façon continue les deux contenus des images au début et à la fin d'un intervalle, donc de deux positions successives. Dans le procédé précédemment cité, on exécute séparément le traitement des données pour les objectifs et l'environnement. Les objectifs doivent être calculés actuellement, tandis que l'environnement est redéfini à des intervalles d'une seconde. L'avantage du - procédé proposé réside manifestement dans le fait que des parties importantes du calcul des images sont effectuées hors ligne et que la partie matériel pour la génération en ligne est sensiblement réduite. A l'inverse de la technique à disque vidéo, des photographies réelles ne sont pas nécessaires, mais la représentation du terrain et des évènements s'effectue au moyen de la technique CGI connue. Cela présente l'avantage que la génération hors ligne du terrain ainsi que des évènements et des objectifs permet des manipulations d'images numériques. Pour augmenter le réalisme des scènes, il est naturellement préférable d'utiliser des systèmes de visualisation extérieure avec texture cellulaire pour la génération des images. Les dessins complètent les précédentes explications. La figure 1 représente le schéma synoptique du système numérique de visualisation extérieure, montrant que les paramètres de position sont appliqués à un calculateur 11 qui les exploite et envoie les signaux correspondants au système générateur d'images 10. Les calculs en temps réel effectués dans l'unité 10a sont alors réalisés hors ligne. L'azimut et l'élévation sont cependant calculés en temps réel lors de la génération d'images dans le système 10 ou les unités 10a et lob, et les valeurs sont envoyées à un système de visualisation 12 et à une console dite de maintenance 13. Le système générateur de base de données 20 esquissé sur la figure 2 et le système numérique de visualisation extérieure 30 servent à l'élaboration de la base de données et à la vérification de la base de données de vision. Le système générateur de base de données 20 se compose de deux postes 21 à bande magnétique et de trois postes 22 à disque, auxquels est associé un calculateur 23, de préférence un calculateur Perkin Elmer 8/32. A ce calculateur sont en outre associés deux terminaux à écran 24 et deux postes de travail interactifs 25 ainsi qu'une imprimante 26, un lecteur de cartes perforées 27 et un processeur vectoriel 28. Le calculateur 23 transmet ses signaux à un simulateur de vision 31. La figure 3 représente un schéma synoptique du générateur d'images de visée 40 qui reçoit ses signaux du système calculateur 11,23 par l'intermédiaire de l'interface 41, ces signaux étant appliqués de l'interface d'une part à une mémoire d'environnement 42 et à une mémoire d'objects 43. Les secteurs d'images d'horizon tous azimuts sont introduits dans la mémoire d'objects 43 et le décodeur 45 de cette dernière. A la mémoire d'environnement 42 est également associé un décodeur 44. Le mélangeur d'images 46 revoit maintenant les informations ou signaux d'une part du générateur d'effets 47 qui est directement associé à l'interface 41, et d'autre part des décodeurs 44 et 45. L'image mélangée est envoyée à un générateur vidéo 48 et de là, à un moniteur de visée 50 et le cas échéant, à une console d'instructeur 51. On sait qu'un déplacement translatoire à l'intérieur d'une représentation bidimensionnelle d'un environnement tridimensionnel entraîne des modifications de perspective. Afin d'éviter des défauts de perspective pour les objets en mouvement, ces objets ne sont pas calculés conjointement avec l'environnement fixe en tant que partie du contenu d'image, mais, comme déjà mentionné précédemment, on tient compte des aspects déjà lors de la génération de la base de données, du fait que le mouvement propre est préprogrammé. Une translation, par exemple suivant la direction x, représente une manipulation de la trame d'image bidimensionnelle, cette perspective n'étant d'abord pas prise en considération. Cependant, des structures verticales subissent une inclinaison, ce qui provoque des défauts de perspective. En cas de déplacement vertical dans la direction z, les structures verticales restent verticales car elles ne sont pas déplacées, mais uniquement allongées. Des manipulations d'image sur la base de déplacements suivant les directions x, y et z, peuvent être superposées, ce qui permet de composer des évolutions de mouvements à partir de trois composantes de direction. Le schéma synoptique de la figure 4a montre la mémorisation et l'appel de l'information tous azimuts dans l'intervalle d'une seconde. Par la commande de déroulement 60 qui reçoit ses signaux de la commande de mouvement du système calculateur, on commande le disque vidéo 61 qui envoie ses signaux au générateur d'images de visée 62 d'o ils sont envoyés au dispositif de reproduction d'images 63. La figure 4b est une vue schématique en perspective d'une coulisse 100 subdivisée en quatre plans, pour la représentation d'horizon tous azimuts. Il est évidemment possible de réaliser les coulisses en plusieurs parties et de les agencer à distance, en vue de l'échelonnement en premier plan et arrière-plan. Les différents secteurs d'horizon sont référencés 100'. REVENDICATIONS 1. Procédé de génération d'informations de vision pour un système numérique de visualisation extérieure pour appareils de formation avec des points de vision mobiles préprogrammés dans un générateur d'images de visée, caractérisé par le fait qu'on combine mutuellement les technologies connues des systèmes numériques de visualisation extérieure et des générateurs d'images de visée de telle sorte que: a) la projection d'informations tridimension- nelles mémorisées concernant l'environnement dans un plan de vision bidimensionnel s'effectue dans la partie hors ligne (génération de base de données); b) la base de données soit produite par le système numérique de visualisation extérieure; c) la dynamique des deux degrés de liberté azimut et élévation des viseurs optiques soit conservée; d) l'image de l'environnement en tant qu'information concernant le terrain soit redéfinie à des intervalles assez longs (par exemple de l'ordre des secondes); e) des manipulations d'images, comme des moifications d'échelles, des déplacements en translation et en rotation, les enchaînements (fondus), etc., soient exécutés pendant les intervalles de temps et les générations d'images de l'environnement et des objectifs puissent être calculées séparément. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le terrain saisi et traversé par le point de vision, y compris les véhicules à représenter et les situations définies, sont générés hors ligne au moyen d'un système de génération de base de données et du système numérique de visualisation extérieure classique et sont mémorisés dans le générateur d'images de visée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'information de vision bidimensionnelle peut être appelée en temps réel à tout moment. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que des secteurs d'horizon tous azimuts avec un angle de vision de par exemple 5 20 sont disponibles dans le générateur d'images de visée. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'une mémorisation d'informations tous azimuts est effectuée dans l'intervalle d'une seconde le long des trajectoires préprogrammée lors de la simulation du mouvement propre. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'on utilise, comme moyen de mémorisation, un disque vidéo ou des mémoires de masse analogues, et on fait appel à plusieurs disques avec un dispositif de balayage correspondant. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'une scène avec échelonnement accusé du premier plan et de l'arrière-plan peut être divisée dans le générateur d'images de visée en plusieurs coulisses qui sont fonction de la distance et qui peuvent être traitées indépendamment les unes des autres. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que les intervalles entre deux horizons tous azimuts définis peuvent être comblés par la technique de fondu enchainé. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'on exécute séparément le traitement des données pour les objectifs et l'environnement.