СПОСОБ КОДИРОВАНИЯ И СИСТЕМА ОТОБРАЖЕНИЯ НА ЭКРАНЕ ЦИФРОВОГО МАКЕТА ОБЪЕКТА В ВИДЕ СИНТЕЗИРОВАННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
ENCODING METHOD AND SYSTEM FOR DISPLAYING DIGITAL MOCK-UP OF OBJECT ON SCREEN IN FORM OF SYNTHESISED IMAGE

Выведение на экран цифровых макетов объекта в виде синтезированного изображения приобретает все большее значение и широко применяется в областях техники, науки и проектных работ.
Среди вышеуказанных областей применения можно упомянуть, в частности, автоматизированное проектирование в машиностроительной промышленности, управление процессом производства специфических объектов, дистанционное управление вмешательствами в опасные или чувствительные области, в частности операциями в области микрохирургии и т.д.
Все эти области применения требует высокой точности и надежности воспроизведения объектов или частей объектов с соблюдением очень высокого качества, что можно получить, используя синтезированные изображения.
В примере, показанном на фиг.1a, системы отображения на экране цифрового макета в виде синтезированного изображения содержат в автоматизированной рабочей станции, например, графическую прикладную программу типа пользовательской, позволяющую выдавать цифровые сигналы на устройство управления платой обработки графической информации, выполняющее функцию интерфейса с этой графической платой, который позволяет управлять устройством отображения.
Как показано на фиг.1b, графическая прикладная программа направляет поток элементов изображения в устройство управления графической платой и в графическую плату. Поток элементов изображения включает адресуемые элементы изображения, каждый из которых образован геометрической формой, как правило, треугольной, согласно действующим стандартам. Вышеуказанная треугольная форма не является обязательной, но она представляет практический интерес для отображения пространственных синтезированных изображений или 3D-изображений.
Вышеуказанные известные системы отображения являются достаточно эффективными, так как обеспечивают надежное и адаптивное отображение объектов любого вида в системе синтезированных 3D-изображений.
Однако несмотря на адаптивный характер их использование ограничивается объектами с очень медленным изменением развития, в частности, в силу возрастания объема информации и количества цифровых данных, передающих эту информацию, необходимую для динамической обработки любого синтезированного изображения объекта или 3D-изображения.
В любом случае, кроме очень высокой вычислительной мощности, которая необходима для осуществления такой обработки и которой, как правило, не хватает на рабочих станциях, имеющихся на рынке, обычные графические платы, необходимые для трехмерного отображения воспроизводимых синтезированных изображений, тоже не могут считаться абсолютно удовлетворяющими условиям непрерывного динамического потока синтезированных изображений, поскольку они не могут обеспечить обновления большого объема данных отображения.
p
b
В частности, в области отображения синтезированных 3D-изображений проблема на уровне отображения является ключевой по причине неадекватности разрешения отображения, фиксированного числа пикселей N и объема по числу N адресуемых элементов изображений.
p
p
b
b
i
Действительно, поскольку число N пикселей в изображении является фиксированным, то не существует технического процесса, позволяющего оптимизировать отношение N/N числа пикселей к числу элементов выводимого на экран изображения. Между тем, в системе трехмерного отображения динамическое синтезированное 3D-изображение характеризуется числом N элементов изображения, пропускаемых за секунду, а трехмерное отображение определяется частотой выведения на экран изображений F.
i
В частности, если частота отображения изображения является слишком низкой, например F<5 изображений в секунду, система не может быть использована должным образом, так как время формирования изображения является слишком протяженным и получить хорошее изображение практически невозможно, что порождает проблему латентности.
Кроме того, выведение на экран изображения происходит скачкообразно, что, естественно, отрицательно влияет на общее отображение объекта в системе синтезированных 3D-изображений.
Настоящее изобретение призвано устранить недостатки известных систем и способов отображения синтезированных изображений путем реализации способа и системы sui generis выведения на экран цифрового макета объекта в виде синтезированного изображения, благодаря которым по существу устраняется проблема неадекватности для каждого изображения объема информации, выводимого на экран в каждой зоне монитора.
В частности, другой задачей изобретения является реализация способа и системы выведения на экран цифрового макета объекта в виде синтезированного 3D-изображения, в которых объем или поток динамической информации по существу сужается при помощи специфического кодирования, что позволяет также существенно улучшить непрерывность выведения на экран синтезированного 3D-изображения.
Еще одной задачей настоящего изобретения является реализация способа и системы выведения на экран цифрового макета объекта в виде синтезированного 3D-изображения, в которых вводится процесс прогнозирования влияния любого внешнего события на отображение и выведение на экран синтезированного 3D-изображения, что позволяет, например, сохранять непрерывность выведения на экран синтезированного 3D-изображения за счет прогнозирования реакции прикладной программы на это внешнее событие.
Способ кодирования в виде цифрового файла синтезированного трехмерного изображения цифрового макета объекта на основании модели этого объекта, образованной потоком элементов изображения, выдаваемым прикладным модулем на основании цифрового макета, являющийся объектом настоящего изобретения, отличается тем, что включает, по меньшей мере, этапы, на которых в потоке элементов изображения выделяют элементарные изображения, образующие, по меньшей мере, часть выводимого на экран синтезированного трехмерного изображения, каждое последовательное элементарное изображение кодируют по значению индекса, характеризующему содержание этого элементарного изображения, вычисляют цифровые значения синтезированного трехмерного изображения на основании значения индекса, характеризующего содержание каждого элементарного изображения, и вводят в память цифровые значения этого синтезированного изображения в виде файла или совокупности цифровых данных.
Кодирование каждого последовательного элементарного изображения по значению индекса, характеризующему содержание этого элементарного изображения, позволяет по существу уменьшить объем или поток динамической информации, необходимый для выведения на экран, и, следовательно, улучшить непрерывность отображения синтезированного 3D-изображения.
Способ кодирования в соответствии с настоящим изобретением отличается также тем, что связывает значение индекса группы элементарных изображений со значением адреса ресурсов вычисления цифровых значений синтезированного трехмерного изображения.
Это позволяет назначить для каждого ресурса вычисления этих цифровых значений группу специфических элементарных изображений в зависимости от их содержания и обеспечить, таким образом, пространственное сегментирование по содержанию синтезированного трехмерного изображения.
Такой рабочий режим позволяет существенно уменьшить скачкообразный эффект отображения синтезированных 3D-изображений, характерный для известных технических решений, за счет эффективного устранения проблемы латентности.
Система выведения на экран цифрового макета объекта в виде синтезированного изображения при помощи прикладного модуля, содержащего интерфейс пользователя, являющаяся объектом настоящего изобретения, использует прикладной модуль, который на основании цифрового макета направляет модель этого объекта, образованную потоком элементов изображения, на ресурс вычисления трехмерного изображения, выводимого на этот экран.
Она отличается тем, что содержит, по меньшей мере, ресурсы фильтрования потока элементов изображения, установленные на входе ресурсов вычисления трехмерного изображения, при этом ресурсы фильтрования содержат модуль выделения в потоке элементов изображения элементарных изображений, каждое из которых образует, по меньшей мере, часть выводимого на экран изображения, модуль кодирования каждого последовательного элементарного изображения по значению индекса, характеризующему содержание этого элементарного изображения, причем эти значения индекса направляются в ресурс вычисления трехмерного изображения. Это позволяет улучшить непрерывность выведения на экран за счет восстановления содержания каждого элементарного изображения ресурсом вычисления трехмерного изображения.
В частности, система в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что значение индекса является цифровым значением, полученным путем применения функции хеширования для каждого последовательного элементарного изображения.
Кроме того, это значение индекса является цифровым значением, характеризующим пространственно-временной промежуток между двумя гомологичными последовательными элементарными изображениями, включенными в два последовательных снимка этого объекта.
Согласно другому варианту изобретения ресурс вычисления трехмерного изображения содержит несколько 3D-графических плат, последовательно соединенных между ресурсами фильтрования и экраном. Каждая графическая плата содержит специфический адрес доступа, и каждое значение индекса, характеризующее содержание каждого последовательного элементарного изображения группы элементарных изображений, образующих все или часть выводимого на экран изображения объекта, связано со специфическим значением адреса доступа одной из графических плат.
Это позволяет назначить для каждой из графических плат группу специфических элементарных изображений в зависимости от их содержания и обеспечить, таким образом, пространственное сегментирование по содержанию выводимых на экран изображений путем маскирования и ускорение непрерывного потока отображения.
Согласно другому варианту изобретения модуль кодирования каждого элементарного значения по значению индекса, характеризующему содержание каждого элементарного изображения, содержит ресурсы корреляции нескольких последовательных элементарных изображений с одним адресом введения в память и одного значения индекса, причем это значение индекса, характеризующее это элементарное изображение соответственно одной группы элементарных изображений, передается на ресурсы вычисления трехмерного изображения.
Согласно другому варианту изобретения ресурсы фильтрования дополнительно содержат модуль блокировки ресурсов корреляции для любого элементарного изображения или группы элементарных изображений, признанной коррелированной с одним и тем же адресом. Это позволяет передавать значение индекса, связанное с этим адресом, на ресурсы вычисления трехмерного изображения и ускорить выведение на экран.
Наконец, система выведения на экран в соответствии с настоящим изобретением отличается тем, что дополнительно содержит ресурсы применения закона изменения во время введения изменения точки обзора изображения объекта из периферийного устройства, выполняющего функцию интерфейса пользователя.
Таким образом, время вычисления прикладного модуля по существу не зависит от его реальной мощности, необходимой для вычисления последовательных изображений этого объекта.
Способ кодирования и система выведения на экран цифрового макета объекта в виде синтезированного изображения находят свое применение в любом прикладном модуле в областях науки, промышленности или в играх, например в игровых видеоприставках или в играх в режиме он-лайн, требующих выведения на экран цифрового макета в виде синтезированного 3D-изображения, в частности, в рамках системы 3D-изображений, предусматривающей интерактивный диалог с пользователем этого прикладного модуля.
Изобретение будет более очевидно из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, кроме фиг.1a и 1b, уже описанных в связи с предшествующим уровнем техники.
Фиг.2a - блок-схема основных этапов способа кодирования в виде файла или совокупности цифровых данных синтезированного трехмерного изображения цифрового макета объекта в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.2b - пример предпочтительного, но не ограничительного варианта осуществления способа кодирования в соответствии с настоящим изобретением, показанного на фиг.2а.
Фиг.3a - пример системы выведения на экран цифрового макета в виде синтезированного изображения в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.3b - пример первого предпочтительного варианта выполнения системы в соответствии с настоящим изобретением в виде архитектуры пользователь/сервер.
Фиг.3c - пример второго предпочтительного варианта выполнения системы в соответствии с настоящим изобретением, показанной на фиг.3a, в котором ресурсы вычисления синтезированного 3D-изображения содержат несколько параллельно соединенных 3D-графических плат.
Фиг.4 - пример варианта рабочего режима системы в соответствии с настоящим изобретением, показанной на фиг.3a, 3b или 3c.
Фиг.5 - пример системы в соответствии с настоящим изобретением, оборудованной интерфейсом пользователя и модулем применения закона изменения во время введения изменения точки обзора изображения объекта из периферийного устройства, выполняющего роль этого интерфейса пользователя.
Далее со ссылками на фиг.2a и 2b следует более подробное описание способа кодирования в виде цифрового файла синтезированных трехмерных изображений цифрового макета объекта на основании модели этого объекта, образованной потоком элементов изображения, выдаваемым прикладным модулем на основании этого цифрового макета.
На фиг.2a поток элементов изображения показан как:
.
i
e
e
Действительно, способ в соответствии с настоящим изобретением применяется для любого потока элементов изображения, содержащего любое число изображений I, при этом каждое последовательное изображение содержит элементы изображения EI, каждый из которых образован соответствующей геометрической фигурой, содержащей характеристики формы, цвета, яркости и/или ориентации по отношению к определенной трехмерной системе координат. Форма каждого элемента изображения EI может быть любой, но в рамках применения способа в соответствии с настоящим изобретением отображаемая форма является треугольной согласно стандартам, действующим в области синтеза изображений.
g
Разумеется, способ в соответствии с настоящим изобретением применяется с учетом устройства отображения, обозначенного DU, где g обозначает один или несколько адресов устройства отображения DU, в частности его физические адреса.
g
i
e
В частности, понятно, что способ в соответствии с настоящим изобретением может применяться либо при помощи одного устройства отображения, либо при помощи нескольких устройств отображения и нескольких соответствующих устройств управления устройствами отображения GCD (DU). Что касается потока элементов изображения FEI, следует напомнить, что он соответствует цифровым данным, то есть последовательностям бит, среди которых можно, естественно, выделять последовательные изображения I и в этих последовательных изображениях можно выделять вышеупомянутые элементы изображения EI.
Как показано на фиг.2a, способ в соответствии с настоящим изобретением содержит этап A выделения в потоке элементов изображения FEI элементарных изображений, каждое из которых образует, по меньшей мере, часть выводимого на экран синтезированного трехмерного изображения.
e
Согласно отличительному признаку способа в соответствии с настоящим изобретением каждое элементарное изображение содержит подгруппу элементов изображения EI.
i
Как показано на этапе A на фиг.2a, операция выделения состоит в выявлении в каждом последовательном изображении I нескольких элементарных изображений, обозначаемых, каждое, .
i
В частности, следует отметить, что любое элементарное изображение, подгруппа элементов изображения включает, по меньшей мере, одну другую подгруппу элементов изображения и, в частности, по меньшей мере, один элемент изображения, тогда как каждое изображение I включает все элементарные изображения, соответствующие подгруппы элементов изображения.
Таким образом, число элементов изображения, образующих каждое элементарное изображение, не является фиксированным, и определение каждого изображения является адаптивным в зависимости от их содержания, что будет описано ниже. Таким образом, понятно, что значение ex последнего элемента изображения элементарного изображения может быть любым.
i
Вышеуказанную операцию выделения производят на потоке элементов изображения, входящем через изображение I. Эту операцию можно осуществлять по временному, пространственному критерию или по характеристике освещения, что позволяет выделять в вышеуказанном потоке элементов изображения полезные зоны отображения, связанные с заранее определенным содержанием.
За этапом A следует этап B, на котором каждое последовательное элементарное изображение кодируют по значению индекса, характеризующему содержание рассматриваемого элементарного изображения.
На этапе B, показанном на фиг.2a, эта операция показана в виде отношения:
.
В этом отношении n обозначает значение индекса, характеризующее содержание элементарного изображения .
i
e
i
Согласно отличительному признаку способа в соответствии с настоящим изобретением критерий кодирования по содержанию каждого элементарного изображения может быть критерием распознавания формы, применяемым для вышеуказанных полезных зон отображения и/или временной последовательности цепей разрядов в потоке элементов изображения FEI и/или трехмерного позиционирования в изображении I каждого рассматриваемого элемента изображения. Действительно, понятно, что, если каждый элемент изображения EI обязательно содержит параметр трехмерного позиционирования и ориентации в рассматриваемом изображении I, каждое элементарное изображение, подгруппа элементов изображения, может быть тоже позиционирована и тоже ориентирована по принципу непрерывности.
После этапа B следует этап C, на котором вычисляют цифровые значения выводимого на экран синтезированного трехмерного изображения на основании значения индекса n, характеризующего содержание каждого элементарного изображения, и вводят в память соответствующие цифровые значения синтезированного изображения в виде цифрового файла.
i
На этапе C, показанном на фиг.2a, операция вычисления отображения обозначена для элементарного изображения  кодированного по индексу n и принадлежащего к изображению I, следующим образом:
.
k,i
Действительно, понятно, что с учетом кодированного содержания индекса n, присвоенного каждому рассматриваемому элементарному изображению, таким образом связывают зону отображения в изображении, зону Z с учетом вышеуказанного содержания и, разумеется, его изменения от одного изображения к следующему изображению.
k,i
Действительно, каждую зону отображения в изображении Z связывают, таким образом, с каждым соответствующим элементарным изображением, в частности, по критерию подобности рассматриваемого элементарного изображения, принадлежащего к текущему изображению с индексом i по отношению к соответствующему элементарному изображению, принадлежащему к следующему изображению с индексом i+1.
Критерий подобности рассматриваемых элементарных изображений представлен отношением:
.
Вышеуказанный критерий подобности является либо адаптивным критерием, устанавливаемым на основании идентичности разрядных цепей, характеризующих каждый элемент изображения, образующий рассматриваемое элементарное изображение, либо критерием визуального расстояния одной или нескольких разрядных цепей, характеризующих элементарное изображение, принадлежащее к текущему изображению, по отношению к элементарному изображению, принадлежащему к следующему изображению.
Согласно другому отличительному признаку способа в соответствии с настоящим изобретением на вышеуказанном этапе C значение индекса группы элементарных изображений связывают со значением адреса ресурсов вычисления цифровых значений синтезированного трехмерного изображения.
k,i
k,g,i
g
g
На этапе C, показанном на фиг.2a, эта операция представлена присвоением индекса g зоне отображения Z, которая становится Z, где g обозначает адрес ресурса вычисления цифровых значений синтезированного трехмерного изображения и, в частности, устройства отображения DU или устройства управления графической платой GCD(DU).
Этот рабочий режим представляется особенно предпочтительным, поскольку он позволяет связывать каждый из ресурсов вычисления цифровых значений с группой специфических элементарных изображений в зависимости от их содержания и обеспечивать, таким образом, пространственное сегментирование по содержанию воспроизведенного синтезированного трехмерного изображения.
Далее со ссылкой на фиг.2b представлен пример применения способа кодирования в соответствии с настоящим изобретением.
1
ex-1
ex
ex-2
На этой фигуре показан этап выделения в потоке элементов изображения элементарных изображений, каждое из которых образует, по меньшей мере, часть изображения, выводимого на экран при помощи входного фильтра F, который в данном не ограничительном примере осуществляет выделение элементарного изображения, образованного элементами изображения EI, EI и EI. Это выделение символически представлено включением трех вышеуказанных элементов изображения в закрытую область, показанную в заштрихованном виде.
1
Кодирование осуществляют при помощи одного и того же входного фильтра F для вышеуказанного элементарного изображения по значению индекса n, характеризующему содержание элементарного изображения .
1
Согласно отличительному признаку способа в соответствии с настоящим изобретением значение индекса может быть получено путем применения функции хеширования к вышеуказанному элементарному изображению. На уровне входного фильтра F эта операция представлена отношением:
.
В этом отношении H обозначает функцию хеширования, применяемую к совокупности элементов изображения, образующих рассматриваемое элементарное изображение.
2
k,g,i
Наконец, применяют операцию вычисления цифровых значений синтезированного трехмерного изображения на основании значения индекса n, характеризующего содержание элементарного изображения, например, при помощи выходного фильтра, обозначенного F, который позволяет привести в соответствие с вышеуказанным элементарным изображением , то есть с элементарным изображением, с которым связывают значение индекса n для рассматриваемого изображения с индексом i, зону отображения Z, связывая с каждым из ресурсов вычисления цифровых значений группу специфических элементарных изображений в зависимости от их содержания, и обеспечить, таким образом, пространственное сегментирование по содержанию синтезированного трехмерного изображения.
g
Понятно, что адресу g ресурсов вычисления синтезированного изображения, то есть адресу устройства управления графической платой GCD(D), может соответствовать одна или несколько графических плат, что будет описано ниже.
e
Способ, описанный со ссылками на фиг.2b, отличается также тем, что вычисляют коэффициент приоритетности использования в отображении, обозначаемый PC, для каждого элементарного изображения EI на основании вышеуказанного значения индекса n. Действительно, любой прикладной модуль может отвечать разным стандартам, что касается выбора в определении совокупностей и подгрупп элементов изображения, образующих каждое элементарное изображение, и, в конечном счете, представления последовательных элементарных изображений на графическую плату отображения.
Вышеуказанный коэффициент приоритетности PC является функцией значения вычисленного индекса n и числа пикселей Npx каждого рассматриваемого элементарного изображения согласно отношению:
PC=f(n, Npx).
Применение вышеуказанного коэффициента приоритетности PC позволяет оптимизировать и сократить время доступа элементарного изображения к ресурсам отображения графической платы для осуществления вышеуказанного отображения.
Это позволяет еще больше сократить общее время отображения.
Наконец, в предпочтительном, но не ограничительном варианте способа в соответствии с настоящим изобретением предпочтительно вычисляют значение прогнозирования будущего исполнения прикладным модулем каждого элементарного изображения с точки зрения выведения на экран. Это значение прогнозирования Pr является функцией коэффициента приоритетности PC, Pr(PC), и оно может быть вычислено как число циклов исполнения отображения для каждого рассматриваемого элементарного изображения.
mem
z
z
Затем согласно отличительному признаку способа в соответствии с настоящим изобретением данные исполнения прикладного модуля адаптируют путем выполнения функции, позволяющей адаптировать параметры оперативной памяти, используемой прикладным модулем, такие как адрес и размер зоны памяти, обозначенные RAM(A,S), где A обозначает адрес, a S - размер вышеуказанной зоны оперативной памяти, и регистры исполнения прикладного модуля на уровне исполнительного процессора прикладного модуля, обозначенные Req(Exec), где Exec обозначает контекст исполнения команды прикладного модуля соответствующим регистром.
Соответствующую функцию адаптации, вычисляемую на основании коэффициента приоритетности PC, обозначают:
mem
z
AA(RAM(A,S), Req(Exec)),
z
где A обозначает адрес элементарного изображения в оперативной памяти, S обозначает размер оперативной памяти, используемой для отображения рассматриваемого элементарного изображения в зоне отображения с адресом z, Exec обозначает контекст исполнения команды прикладного модуля.
Переход между значением прогнозирования Pr(PC) и вышеуказанными параметрами функции адаптации может быть осуществлен при помощи консультативной таблицы с динамичным управлением.
Далее со ссылками на фиг.3a и следующие фигуры следует более подробное описание системы отображения на экране цифрового макета объекта в виде синтезированного трехмерного изображения при помощи прикладного модуля, содержащего интерфейс пользователя, в соответствии с настоящим изобретением.
Описание устройства в соответствии с настоящим изобретением со ссылками на фиг.3a представлено в рамках устройства пользователя, использующего графическую прикладную программу, выдающую описанный выше поток элементов изображения FEI.
Кроме устройства управления графической платой GCD и собственно графической платы, называемой GC и входящей в состав терминала, например, в виде архитектуры пользователя, оно содержит также классическое устройство отображения DU.
Согласно отличительному признаку системы в соответствии с настоящим изобретением она содержит модуль фильтрования потока элементов изображения FEI, находящийся на входе ресурсов вычисления трехмерного изображения, в частности, между графической прикладной программой, выдающей поток элементов изображения FEI, и устройством управления GCD графической платой.
1
Как было указано выше в связи с описанием способа в соответствии с настоящим изобретением, модуль фильтрования предпочтительно содержит модуль выделения, фильтр F, в потоке элементов изображения FEI элементарных изображений, каждое из которых образует, по меньшей мере, часть выводимого на экран изображения. Как было указанно в описании выше, каждое элементарное изображение образует подгруппу элементов изображения.
2
Она содержит также модуль кодирования каждого последовательного элементарного изображения, фильтр F, описанный выше, который выполняет кодирование по значению индекса n, характеризующему содержание рассматриваемого элементарного изображения.
Значения индекса n поступают в модуль вычисления трехмерного изображения и, в частности, в устройство управления GCD графической платой.
i
i+1
В частности, понятно, что для текущего изображения I и для следующего изображения I рабочий режим системы отображения в соответствии с настоящим изобретением за счет передачи значения индекса n позволяет найти последовательные элементарные изображения и, в частности, образующие их элементы изображения. Понятно, что соответствующие элементы изображения и элементарные изображения хранятся в цифровом файле согласно способу в соответствии с настоящим изобретением и что за счет простого обращения к адресу, связанному со значением n, значение индекса n позволяет найти среди них соответствующие элемент изображения или элементарное изображение.
2
i,n
Этот рабочий режим позволяет существенно улучшить непрерывность отображения на экране монитора, поэтому поток данных между модулем фильтрования, в частности фильтром F, и устройством управления графической платой GCD обозначают f.
Понятно, что непрерывность отображения на экране монитора, в частности, устройством отображения DU при помощи графической платы GC позволяет улучшить непрерывность отображения этого устройства путем воспроизведения содержания каждого элементарного изображения при помощи средства вычисления трехмерных изображений. Это воспроизведение осуществляют, в частности, на основании значения индекса n.
В частности, вышеуказанное значение индекса является цифровым значением, полученным путем применения функции хеширования, по меньшей мере, для каждого последовательного элементарного изображения, как было указано в описании выше.
Значение индекса n может представлять собой цифровое значение, характеризующее пространственно-временной промежуток между двумя гомологичными последовательными элементарными изображениями, как было указано в описании выше.
В частности, понятно, что, как было указано выше, если вычисление можно производить на каждом текущем изображении и на каждом последовательном следующем изображении, то значение, характеризующее пространственно-временной промежуток, учитывается только при значительном изменении этого значения промежутка, в частности, для двух гомологичных последовательных элементарных изображений, полученных в двух последовательных снимках объекта.
Таким образом, можно минимизировать объем информации, необходимой для кодирования трехмерных изображений, в зависимости от разности, характеризующей этот пространственно-временной промежуток, которую выражают через значение индекса.
Далее со ссылками на фиг.3b следует более подробное описание системы отображения в соответствии с настоящим изобретением в рамках архитектуры пользователь/сервер.
Вышеуказанную архитектуру пользователь/клиент можно использовать в рамках однопостового применения или многопостового применения.
2
g
В целом система в соответствии с настоящим изобретением выполнена с возможностью применения архитектуры пользователя, по существу соответствующей архитектуре, показанной на фиг.3a, в которой модуль кодирования, то есть фильтр F, является фильтром, непосредственно связанным с устройством управления графической платой GCD.
2
В этих условиях модуль кодирования, содержащий этот фильтр F, может быть непосредственно связан с устройством управления графической платой соответствующего терминала пользователя.
2
1
2
i,n
g'
Кроме того, в однопостовой или многопостовой версии элемент сервера S может быть непосредственно связан с вышеуказанным элементом пользователя, при этом модуль кодирования F непосредственно связан с модулем выделения, образованным фильтром F. В этих условиях модуль кодирования F позволяет направлять обработанный поток элементов изображения f в систему, состоящую из устройства управления графической платой GCD, собственно графической платы, называемой GC' и, разумеется, устройством отображения DU'.
С учетом такой характеристики элемента сервера образованного таким образом блока S можно предусмотреть для этого блока многопостовое применение.
Далее со ссылками на фиг.3c следует описание предпочтительного варианта выполнения системы отображения на экране цифрового макета объекта в виде синтезированного трехмерного изображения.
1
В этой системе применяется архитектура пользователя, содержащая в основном собственно графическую прикладную программу и, по меньшей мере, один модуль выделения, образованный описанным выше фильтром F.
1
2
3
N
Через сеть IN передачи данных система соединена с несколькими серверами S, S, S и не ограничительно с S, не показанным на чертеже.
1
2
3
N
21
1
1
1
2
3
N
Каждый сервер S, S, S-S предпочтительно содержит структуру сервера S, показанную на фиг.3b, то есть модуль кодирования, образованный фильтром F, устройство управления графической платой GCD и собственно графическую плату GC для сервера S, и эта архитектура повторяется с изменением индексов 1 на индексы 2 и 3 для серверов S, S-S.
1
2
3
N
i,n
1
N
Каждый сервер S, S, S-S, в свою очередь, соединен с сетью передачи изображений IA, обеспечивающей передачу данных изображения и, в частности, потока обработанных элементов изображения f, связанных с каждым из вышеуказанных серверов S-S.
1
2
Кроме того, с сетью передачи изображения IA соединено одно или несколько устройств отображения, не ограничительно обозначенных DU-DU на фиг.3c.
1
2
3
N
1
1
2
Как показано на фиг.3c, модуль вычисления трехмерного изображения содержит несколько 3D-графических плат GC, GC, GC-GC, которые параллельно соединены между модулем фильтрования F и экраном устройства отображения DU или DU.
Согласно отличительному признаку системы в соответствии с настоящим изобретением каждая вышеуказанная графическая плата содержит специфический адрес доступа g=1, 2, 3 или N, при этом со значением специфического адреса доступа одной из графических плат связано каждое значение индекса n, характеризующее содержание каждого последовательного элементарного изображения группы элементарных изображений, образующей все или часть выводимого на экран изображения объекта.
2
Вышеуказанный рабочий режим представлен на фиг.2b применением выходного фильтра F и отношением:
,
k
где g обозначает вышеуказанный специфический адрес доступа, Z обозначает зону отображения, соответствующую группе элементарных изображений, образующих все или часть выводимого на экран изображения объекта, и n обозначает, разумеется, значение индекса, характеризующее содержание каждого последовательного элементарного изображения соответствующей группы изображений.
Этот рабочий режим позволяет связать с каждой графической платой специфическую группу элементарных изображений в зависимости от их содержания, обеспечить, таким образом, пространственное сегментирование по содержанию отображения путем маскирования и добиться, таким образом, ускорения непрерывного отображения.
В частности, понятно, что понятие маскирования включает в себя отображение группы изображений, рассматриваемой для специфического адреса доступа g, что подразумевает, естественно, маскирование всех отдельных групп изображений для одного и того же специфического адреса доступа g.
Таким образом, операцию маскирования можно представить в виде символического отношения:
.
1
3
На фиг.4 показан соответствующий рабочий режим для одного из серверов S-S, показанных на фиг.3c.
1
2
Из вышеуказанной фиг.4 понятно, что наличие сети передачи данных IN и сети передачи изображения IA ничего не меняет в функциях входного фильтра F или выходного фильтра F, показанных на фиг.4.
1
Что касается рабочего режима для вычисления индекса n, цифрового значения, характеризующего пространственно-временной промежуток между двумя гомологичными последовательными элементарными изображениями, то следует указать, что вышеуказанный модуль содержит модуль M корреляции нескольких последовательных элементарных изображений с одним и тем же адресом памяти и, разумеется, одного и того же значения индекса.
В частности, понятно, что последовательные элементарные изображения, имеющие одинаковое содержание, имеют более высокое значение взаимной корреляции, что оправдывает, с одной стороны, их введение в память по одному адресу и, с другой стороны, вычисление одинакового значения индекса путем применения функции хеширования для этого изображения или для этих элементарных изображений.
Вышеуказанный рабочий режим позволяет рассматривать значение индекса n, присвоенное этим изображениям, то есть элементарному изображению или группе элементарных изображений, как значение, характеризующее содержание вышеуказанных изображений и их адрес в памяти.
1
mem
z
В частности, модуль M позволяет применять все функции, описанные в связи со способом, представленным на фиг.2b, в частности вычисление коэффициента приоритетности PC, значение прогнозирования Pr(PC) и функцию адаптации AA(RAM(A,S), Req(Exec)).
2
2
Наконец, выходной фильтр F предпочтительно содержит модуль M блокировки модуля корреляции для любого элементарного изображения или группы элементарных изображений, признанных коррелированными с одним и тем же адресом.
По вышеупомянутой причине понятно, что корреляция элементарных изображений или группы элементарных изображений с одним и тем же адресом памяти позволяет сделать вывод об их подобном содержании и произвести передачу соответствующего значения индекса n в модуль вычисления трехмерного изображения, что позволяет ускорить отображение.
Далее со ссылками на фиг.5 следует более подробное описание предпочтительного варианта применения системы в соответствии с настоящим изобретением, когда, в частности, эта система связана с системой, позволяющей пользователю вводить изменения в трехмерное отображение синтезированного изображения.
Изображение, вводимое пользователем для точки обзора изображения объекта, выполняется последним при помощи периферийного устройства ввода, выполняющего роль интерфейса пользователя. Этим интерфейсом пользователя может быть либо джойстик, либо шарнирный роботизированный привод в случае дистанционного или телеуправляемого хирургического вмешательства или, в конечном счете, любого автоматизированного вмешательства пользователя на графической прикладной программе 3D-отображения синтезированного изображения.
3
Для этого система в соответствии с настоящим изобретением дополнительно содержит модуль M применения закона изменения во время введения изменения в точку обзора изображения объекта при помощи вышеуказанного интерфейса пользователя, образованного периферийным устройством, с целью прогнозирования результатов вычисления и сокращения времени вычисления для прикладного модуля или графической прикладной программы.
На фиг.5 поток пользователя, вводимый с периферийного интерфейса, обозначен:
FU=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,
где строка цифр 1-7 иллюстративно характеризует поток пользователя, вводимый этим пользователем.
1
Процесс обработки для применения закона изменения состоит в дискретизации потока пользователя FU, вводимого с интерфейса пользователя, по частоте дискретизации, меньшей частоты выдаваемого потока пользователя. При помощи этого процесса дискретизации прикладной модуль или прикладная графическая программа позволяет создавать дискретизированный поток пользователя FUE, который для удобства показан в виде усеченной последовательности 1, 3, 6. Затем этот дискретизированный поток FUE передается на входной фильтр F.
1
3
Во входной фильтр поступает также поток пользователя FU, передаваемый интерфейсом пользователя напрямую. Входной фильтр F осуществляет сравнение между потоком пользователя FU и дискретизированным потоком пользователя FUE. Сравнение вышеуказанных потоков осуществляют путем идентификации элементов изображения модулем M. Это сравнение позволяет выяснить, что:
e
e'
элементу изображения EI, принадлежащему к дискретизированному потоку FUE, соответствует элемент изображения EI, принадлежащий к потоку FU, вводимому пользователем.
1
Построение закона применения основано на критерии разности между изображением или элементом изображения и на корреляции с потоком пользователя FU. Модуль сравнения и построения закона применения, содержащийся в фильтре F, позволяет воссоздать изображение IFU:
IFU=1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
2
потока пользователя, что позволяет на уровне выходного фильтра F, принимающего изображение IFU потока пользователя, прогнозировать реакцию графической прикладной программы на поток пользователя FU.
Объектом изобретения является также компьютерная программа, содержащая последовательность команд, записанную на носителе записи, для применения в компьютере или в системе отображения на экране цифрового макета при помощи прикладного модуля, содержащего интерфейс пользователя, причем этот прикладной модуль на основании этого цифрового макета направляет модель этого объекта, образованную потоком элементов изображения, на модуль вычисления трехмерного изображения, выводимого на экран, отличающаяся тем, что во время ее исполнения указанные команды выполняют этапы выделения, кодирования и вычисления цифровых значений синтезированного трехмерного изображения на основании значения индекса, характеризующего содержание каждого элементарного изображения, и запоминание этих цифровых значений этого синтезированного изображения в виде цифрового файла согласно способу, описанному со ссылками на фиг.2a и 2b.
1
1
1
Если эта программа является модульной, она содержит, по меньшей мере, один программный модуль M выделения в потоке элементов изображения элементарных изображений, каждое из которых образует часть выводимого на экран изображения, и кодирования каждого элементарного изображения по значению индекса, характеризующему содержание каждого элементарного изображения. Программный модуль M встроен во входной фильтр F элемента пользователя архитектуры пользователь/сервер, описанной и показанной на фиг.4 и 5.
2
2
2
Она содержит также программный модуль М вычисления цифровых значений синтезированного трехмерного изображения на основании значения индекса, характеризующего содержание каждого элементарного изображения. Как показано на фиг.4 и 5, программный модуль М встроен в выходной фильтр F элемента сервера архитектуры пользователь/сервер.
3
3
Наконец, эта компьютерная программа содержит программный модуль M применения закона изменения во время введения изменения точки обзора изображения с интерфейса пользователя, при этом программный модуль M встроен в элемент пользователя архитектуры пользователь/сервер и позволяет прогнозировать результаты вычисления и сократить время вычисления графической прикладной программы, как показано на фиг.5.
Способ и система отображения синтезированных изображений в соответствии с настоящим изобретением были подвергнуты сравнительным тестам, результаты которых представлены ниже.
Вышеуказанные тесты состоят в применении прикладного модуля CATIA, который обеспечивает определение элементарных изображений, образованных треугольниками, и в проверке исполнения этого прикладного модуля при помощи рабочего поста, оборудованного процессором INTEL Pentium IV с частотой 3 ГГц и графической платой nVIDIA Fx 3000, в качестве контрольного теста без какого-либо кодирования в соответствии с настоящим изобретением. Сравнительные тесты на скорость отображения, выраженную в количестве изображений в секунду, представлены относительно контрольного теста для кодирования через:
Индексация n, индексация n + коэффициент приоритетности РС в нижеследующей таблице:
Тест
Скорость отображения
Контрольный тест
2 изображения в секунду
Индексация: n
3 изображения в секунду: выигрыш 50%
Индексация: n + PC
4 изображения в секунду: выигрыш 100%
mem
z
Кроме того, отдельный тест на контрольном стенде (Benchmark на английском языке) для индексации n + вычисление коэффициента приоритетности PC и функции адаптации AA(RAM(A,S), Req(Exec) выявил выигрыш в скорости изображения по числу изображений в секунду в 400%.
Точно так же использование модуля применения закона изменения точки обзора изображения позволило выявить выигрыш в скорости отображения в 200%. Понятно, что вышеуказанные выигрыши в скорости являются совокупными.