Способ измерения глубины движущегося 3D пространства (варианты) (стр. 4 )

Система точек и будет вращаться по часовой стрелке, если точка принадлежит:

1.  внутренней по отношению к и внутренней по отношению к области;

2.  внешней по отношению к и внешней по отношению к области.

На фиг.8 серым цветом закрашены те области для точки , для которых вращение происходит против часовой стрелки, а белым - по часовой стрелке.

Аналогично рассмотрев второй случай: и учитывая, что условие задает внутреннюю по отношению к окружности (с центром радиуса ) область, получим зависимость, изображенную на фиг.9

В случае имеем: при и при . В этом случае получим зависимость, изображенную на фиг.10.

Как и в предыдущем случае, данная картина представляет интерес для небольших углов , т. к. чтобы рассмотреть объекты, которые расположены под большим углом, мы поворачиваем голову. Кроме того, разность должна быть малой (не более примерно 10 градусов) - это точки, которые мы можем отчетливо наблюдать одновременно.

Таким образом, проанализировав механизм отображения объектов на сетчатке глаза человека и механизм восприятия человеком вращения объектов, можно сделать вывод, что эффект вращения объектов в воспринимаемом пространстве (при поступательном движении наблюдателя в реальном пространстве) действительно имеет место и объясняется простыми физическими законами.

Способы измерения глубины движущихся 3D пространств осуществляют следующим образом.

Рассмотрим варианты движения 3D пространств. Открытое пространство, без отграничивающего экрана, с отграничивающим экраном, вид сбоку, и при встречном движении.

Вариант 1. Открытое пространство без отграничивающего экрана.

При нахождении наблюдателя 1 внутри сферы 2 движущегося открытого пространства, например, на велосипеде или в открытом автомобиле (на фиг.11 вид сбоку) пространство 2, имеет сферическую форму. Часть пространства 2 отграничено поверхностью 3, на которой находится наблюдаЭкватор сферы 4 вращения пространства 2 совпадает с линией горизонта 5. Вертикальная ось 6 вращения сферического пространства 2 проходит через наблюдаНаблюдатель 1 видит часть сферического пространства 2 в секторе 7.

На фиг. 12 показано восприятие внутри движущегося открытого пространства – вид сверху - наблюдатель 1 находится внутри сферы.

Наблюдатель 1 находится внутри сферы движущегося открытого пространства 2, которое имеет сферическую форму. Вертикальная ось 6 вращения сферического пространства 2 проходит через наблюдаНаблюдатель 1 видит часть сферического пространства 2 в секторе наблюдения 7. При движении наблюдателя 1 по оси Х-У – наблюдаемое пространство 2 перемещается параллельно наблюдателю 1, но в обратном направлении - оси Х¹- У¹, Х²- У².

Вариант 2 Движение пространств при наличии отграничивающего экрана.

На фиг. 13 изображено восприятие пространства движущегося мимо наблюдателя, при наличии отграничивающего экрана – вид сбоку.

При наблюдении за движущимся пространством, например, через окно движущегося поезда, автомобиля и т. п. либо на экране монитора, пространство 2 в разрезе имеет форму эллипса и начинает вращаться мимо наблюдателя 1.

В этом случае, окно движущегося поезда, автомобиля, либо другая прозрачная среда, имеющая рамку, является «отграничивающим экраном» 8. При этом наблюдатель 1 находится вне пространства 2. Между наблюдателем 1 и движущимся пространством 2 находится отграничивающий экран 8. Вертикальная ось 6 вращения пространства 2 проходит через «ядро вращения» 9 в секторе наблюдения 7 и находится под углом 5°–17° ниже либо выше линии горизонта 5. Ядро вращения располагается по центру 10 отграничивающего экрана 8, по линии А - С. При этом, линия А - С проходит по оси, проходящей через наблюдателя 1, центра экрана 10 и ядро вращения 9. В этом случае, образуется параллелепипед АBCD, дополнительно показанный на фиг 3а.

На фигуре 13а показана схема измерения глубины виртуального/реального пространства в условиях отграничивающего экрана.

При наблюдении за движущимся пространством через отграничивающий экран, образуется параллелепипед АBCD в котором угол α равен углу β, а расстояние от наблюдателя до центра вращения определяется по формуле:

DC = h/ tg α , где

- DC расстояние от наблюдателя 1 до центра (ядра) вращения реального или виртуального пространства 9;

- h может варьировать в зависимости от высоты точки наблюдения – человек, автомобиль, самолет;

- угол α (β) – является константой.

Таким образом, по приведённой формуле можно измерить глубину виртуального (реального) движущегося пространства при наблюдении через отграничивающий экран. Например, при управлении самолётом в момент посадки, экспертизе качества виртуального пространства в игровой приставке, обучающей программе, тренажёре.

На фиг. 14 изображено восприятие пространства движущегося мимо наблюдателя, при наличии отграничивающего экрана – вид сверху.

При наблюдении за движущимся пространством через окно движущегося поезда, автомобиля и т. п. либо на экране монитора, пространство 2 в разрезе имеет форму эллипса и начинает вращаться мимо наблюдаНаблюдатель 1 видит пространство 2 в секторе 7. Между наблюдателем 1 и движущимся пространством 2 находится отграничивающий экран 8.

В этом случае, окно движущегося поезда, автомобиля, либо другая прозрачная среда, имеющая рамку, является «отграничивающим экраном» 8. При этом наблюдатель 1 находится вне пространства 2.

Вертикальная ось 6 вращения пространства 2 проходит через «ядро вращения» 9 в секторе наблюдения 7 и находится под углом 5° – 17° ниже либо выше линии горизонта 5 (см. фиг. 13). Ядро вращения располагается по центру 10 отсекающего экрана 8, по линии А-С. При этом, линия А-С проходит по оси, проходящей через наблюдателя 1, центра экрана 10 и ядро вращения 9.

При движении наблюдателя 1 по линии/траектории Х-У – наблюдаемое пространство 2 перемещается параллельно наблюдателю 1, но в обратном направлении – по линии/траектории – У3- Х3. При этом, линия/траектория Х¹-У¹ движется по правилу «ближнего пространства восприятия» 11, а линия/траектория Х²- У² движется по правилу «дальнего пространства восприятия» 12

На фиг. 15 - изображено восприятие пространства движущегося навстречу наблюдателю при наличии отграничивающего экрана – вид сбоку, при этом 13 – это направление движения наблюдателя 1.

При наблюдении за движущимся пространством, например, через переднее окно движущегося вперёд автомобиля и т. п. либо на экране монитора при движении вперёд, - пространство п. 2 в разрезе имеет форму эллипса и начинает вращаться по отношению к наблюдаВерхняя часть эллипса движется «от наблюдателя» по траектории Х²-У² (по закону «дальнего пространства»), – а нижняя часть эллипса движется «навстречу наблюдателю», по траектории Х¹-У¹. В этот момент наблюдатель 1 видит пространство 2 в секторе 7. А между наблюдателем 1 и движущимся пространством 2 находится отграничивающий экран 8.

В этом случае, окно движущегося вперёд автомобиля, либо другая прозрачная среда, имеющая рамку, является «отграничивающим экраном» 8. При этом, наблюдатель 1находится вне пространства 2.

Часть пространства 2 отграничено поверхностью 3, по которой движется наблюдаЭкватор 4 вращения эллипса пространства 2 совпадает с поверхностью 3, по которой движется наблюдатель 1.

Горизонтальная ось 14 вращения пространства 2 (фиг. 16, вид сверху) проходит через «ядро вращения» 9 в секторе наблюдения 7, и находится под углом 5°-17° выше или ниже линии горизонта 5 до бесконечности. Ядро вращения располагается по центру 10 отсекающего/отграничивающего экрана 8, по линии А¹-С.

Линия А¹-С² (фиг.15а) совпадает с осью, проходящей через наблюдателя 1 и с реальной/виртуальной линией горизонта. В этом случае, образуется параллелепипед А¹С²АC¹. При движении наблюдателя 1 по траектории А-С¹ наблюдаемое пространство 2 перемещается вертикально, по оси 14, расположенной перпендикулярно наблюдателю.1. (фиг. 16, вид сверху).

На фигуре 15а приведена схема измерения глубины виртуального/реального пространства, движущегося навстречу, в условиях отграничивающего экрана 8.

При наблюдении за движущимся навстречу пространством через отграничивающий экран 8, образуется параллелепипед А¹С²DC в котором угол α равен углу β, а расстояние от наблюдателя до центра вращения эллиптического пространства определяется по формуле:

DC = h/ tg α, где

- DC расстояние от наблюдателя 1 до центра (ядра) вращения реального или виртуального пространства 9;

- h может варьировать в зависимости от высоты точки наблюдения – человек, автомобиль, самолет;

- угол α (β) – является константой.

Таким образом, по приведённой формуле можно измерить глубину виртуального (реального) пространства, движущегося навстречу, при наблюдении через отграничивающий экран. Например, при управлении самолётом в момент посадки, экспертизе качества виртуального пространства в игровой приставке, обучающей школьной программе, при работе на тренажёре.

На фиг. 16 изображено восприятие пространства движущегося навстречу наблюдателю при наличии отграничивающего экрана – вид сверху.

Направление 13 движения наблюдателя 1 за движущимся пространством, например, через переднее окно движущегося вперёд автомобиля и т. п., либо на экране монитора при движении изображения вперёд, - пространство 2 в разрезе имеет форму эллипса и начинает вращаться по отношению к наблюдаПри этом наблюдатель 1 находится вне пространства 2.

Горизонтальная ось 14 вращения пространства 2 проходит через «ядро вращения» 9 в секторе наблюдения 7. Ядро вращения располагается по центру 10 отграничивающего экрана 8, по линии А¹-С¹, которая совпадает с осью, проходящей через наблюдателя 1 и с направлением движения 13.

Использование предлагаемых способов измерения глубины движущегося 3D пространства позволяет правильно оценивать расстояние между наблюдателем и центром вращения. Это позволяет по-новому подойти к разработке специальных устройств, предназначенных для создания и экспертизы новых видеоигр, игровых автоматов, мультипликационных фильмов с монокулярным стереоэффектом, а также создания нового класса тренажёров для более правильного обучения водителей автомобилей и морских кораблей, пилотов космических летательных аппаратов, лётчиков, особенно при посадке.