Классификация методов синтеза текстур

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Информационные технологии

УДК 004.932

А. В. Белоконь, А. В. Проскурин Научный руководитель - М. Н. Фаворская Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ СИНТЕЗА ТЕКСТУР

Рассмотрены основные группы методов синтеза текстур: методы создания процедурных текстур, фототекстур, создания текстур вручную. Приведен сравнительный анализ данных групп по ряду параметров (уровень вычислительных затрат, использование памяти, масштабируемость, трудоемкость, реалистичность и т. д.). Представлено существующее ПО, используемое для синтеза текстур.

Текстурный синтез очень важен в обработке изображения, он может применяться, например, для восстановления изображений по характеристикам их текстур, или для генерации искусственных изображений используемых в компьютерных симуляторах, таких, как программы визуализации для авиатренажеров, а также в компьютерном видео при реализации виртуальных сцен [1]. В то же время в глобальной сети Internet можно встретить большое количество текстурных баз, содержащих множество готовых текстур. Однако, данные текстуры не всегда могут удовлетворить потребности пользователей, так как содержание баз не является исчерпывающим для всех возможных вариантов применений. Даже если база удовлетворяет всем потребностям относительно содержания, в ней может отсутствовать функционал постобработки искомых текстур.

Существует множество методов синтеза текстур. Многие из них похожи по принципу реализации, поэтому все их можно разбить на несколько групп по конкретным признакам. Это методы создания процедурных текстур, фото-текстур и мануальные методы, зачастую комбинируемые вместе с двумя вышеназванными [2]. Процедурными текстурами принято называть текстуры, создаваемые программным методом по разработанным алгоритмам и описанным математическим формулам. Фото-текстуры создаются путем обработки фотографий, соответствующих тематическим требованиям автора при помощи различных графических пакетов, утилит, динамических библиотек. Текстуры, создаваемые мануальным методом, подразумевают под собой ручную работу автора-художника над предметом труда с использованием, как и в предыдущем методе, разнообразных графических пакетов и специального оборудования, например графических планшетов.

Каждый из методов обладает своими уникальными свойствами, достоинствами и недостатками. Процедурные текстуры описываются математическими формулами, следовательно, не занимают в видеопамяти места, создаваясь пиксельным шейдером «на лету», и каждый их элемент (тексель) получается в результате исполнения соответствующих команд шейдера [3]. Процедурные текстуры имеют неограниченную детализацию, как следствие их математического описания, и обладают высокой степенью реалистичности. К тому же есть возможность создавать анимированные текстуры путем небольших модификаций формул, что может быть полезно при визулиза-

ции в области моделирования поведения жидкостей и газов. Также использование генераторов псевдослучайных чисел для формирования коэффициентов формул позволяет реализовать стохастичность текстур данного типа. Из вышесказанного следует, что использование процедурных текстур позволяет сократить объемы используемой видеопамяти, особенно при использовании 3D текстур, требующих много больших объемов памяти по сравнению с 2D вариантами. В качестве недостатка можно отметить сложность математического описания: данным методом можно представлять лишь относительно «простые», с точки зрения математики, текстуры, такие как ландшафты, жидкости и газы.

Под фото-текстурой понимается текстура, взятая из реальной фотографии, которая нуждается в обработке, необходимой для дальнейшего применения -текстурирования объектов. При такой обработке используются всевозможные фильтры и эффекты, а также методы для формирования текстур, при наложении которых «швы» на объекте становились бы малозаметными или отсутствовали [4]. Несомненным достоинством данного метода следует отметить высокую степень реалистичности в сочетании с относительной простотой реализации, выражающейся в отсутствии сложных математических методов представления. В то же время для хранения текстур такого типа требуется большой объем графической памяти. Учитывая то, что фото-текстура представляет собой графическое изображение с четко определенным разрешением, то при масштабировании текстурирован-ных объектов будет иметь место пикселизация изображения.

Третья группа методов включает в себя обработку изображений с использованием математических методов с элементами синтеза, выраженных в применении всевозможных фильтров и эффектов, что говорит о сходстве методики с реализацией методов фото-текстурирования с элементами процедурного. Единственным отличием данного метода от предыдущих является то, что исходное изображения для синтеза текстуры осуществляется «ручным» методом, то есть рисованием исходного изображения художником. Эта группа методов обладает всеми недостатками и достоинства фото-текстурирования.

Существует класс программ, позволяющих воспользоваться преимуществами процедурной генерации текстур. Такими программами являются: Adobe Photoshop, Corel PhotoPaint, 3ds Max, Filter Forge, Ge-

Секция «Информатика и вычислительная техника»

netica, MaPZone, DarkTree, Texture Maker. В частности процедурные текстуры в графическом редакторе Adobe Photoshop создаются с использованием шума Перлина и применения различных фильтров. Используемые фильтры и их параметры подбираются человеком во время создания текстуры (используя GUI), отсюда следует невозможность использования данной программы для генерации текстур «на лету». В данный момент она широко используется в искусстве дизайна для реализации интерфейса контента вебсайтов и текстурировании отделочных материалов в дизайне интерьеров.

Также известен комплект средств разработки CUDA SDK, предназначенный для создания приложений в архитектуре CUDA. Архитектура CUDA является одной из реализаций технологии GPGPU, позволяющей программистам реализовывать на диалекте языка С алгоритмы, выполнимые на графических процессорах ускорителей GeForce восьмого поколения и старше, Nvidia Quadro и Tesla компании Nvidia. Так как вычислительная мощность графического процессора используется напрямую, то поведение жидкостей и газов можно не имитировать, а рассчитать, что

придаст анимации большую реалистичность. Предполагается на основе данной технологии разработать свое ПО для генерации сложных текстур.

Библиографические ссылки

1. Козлов З. В., Павлюков С. С., Суханов К. Ю. Дешифрирование космических снимков нефтегазо-перспективных участков морского шельфа на основе текстурных признаков // Пдроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби до^джень Свiтового океану). 2006. № 3.

2. Харалик Р. М. Статистический и структурный подходы к описанию текстур // ТИИРЭ. 1979. № 5. С. 98-118.

3. Берилло А. Современная терминология 3D графики. URL: http://www.ixbt.com/video2/terms2k5.shtml.

4. Ordonez-Roman V. Methods in Texture Synthesis Using Image Samples // Stony Brook University - Computer Science Department. Technical Report. November 2009.

© Белоконь А. В., Проскурин А. В., Фаворская М. Н., 2011

УДК 004.932.2

Р. Д. Беляков Научный руководитель - Е. П. Моргунов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АНАЛИЗА СРЕДЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАСХОДОВАНИЯ БЮДЖЕТНЫХ СРЕДСТВ РЕГИОНАМИ СИБИРСКОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА

Рассмотрены следующие алгоритмы оценки эффективности объекта: метод анализа среды функционирования, количественные методы бенчмаркинга.

Проблема расходования выделяемых бюджетных средств является актуальной как на федеральном уровне, так и в отдельно взятом регионе. Но зачастую оценка эффективности использования этих средств является проблемой. Это связано со многими факторами: неоднородность экономических показателей регионов, различный уровень социально-экономического развития, инфраструктура региона, влияние внешних, в том числе и природных факторов.

В настоящее время для оценки зачастую используются абсолютные экономические показатели субъектов федерации. Для более корректного сравнения продуктивности предлагается использование метода анализа среды функционирования (англ. - Data Envelopment Analysis). Метод широко используется в аналитических исследованиях, проводимых в западных стран на протяжении нескольких десятилетий. Метод основывается на нахождении относительной эффективности работы каждого исследуемого объекта [3]. Под эффективностью понимается соотношение совокупности значений выходных параметров и совокупности значений входных параметров [1].

В контексте использования данного метода для оценки эффективности работы руководства регионов

к входным параметрам следует отнести объем средств, выделяемых из федерального бюджета, а также текущее состояние региона, которое можно оценить несколькими параметрами. Выходным параметром следует считать уровень жизни населения в регионе. В результате работы метода появляется возможность оценить текущее состояние субъекта федерации и в соответствии с этим откорректировать входные или выходные параметры [2].

В ходе выполнения выпускной работы разрабатывается система поддержки принятия решений, в основе своей использующая этот метод. Для реализации предполагается использование Microsoft Visual Studio 2010.

Применение метода позволить выявить регионы Сибирского федерального округа с наиболее эффективной стратегией ведения хозяйственной деятельности, что в свою очередь позволить оптимизировать работу регионов-аутсайдеров, позволив улучшить экономическую обстановку в целом по округу.

Библиографические ссылки

1. Кривоножко В. Е. Моделирование и анализ функционирования сложных систем : учеб. пособие. М. : МФТИ, 2006.