Предложен метод определения пути следования света в газодинамическом объекте на базе корпускулярной теории света. Определены пространственные границы области, внутри которой распространяется свет при прохождении через газодинамический объект, что существенно уменьшает объем вычислений при реализации данного метода. Результаты можно использовать при разработке систем визуализации реального времени для авиационных и космических тренажеров.

Предложен метод определения пути следования луча света в газодинамическом объекте, опираясь на волновую теорию света. Определены шаг итерации и ширина светового потока, соответствующего одному проекционному лучу, которые позволяют оптимально сочетать аппаратные затраты и точность вычислений. Результаты метода можно использовать при разработке систем визуализации реального времени для авиационных и космических тренажеров.

Предложен подход к наложению текстуры, который учитывает особенности предельно триагулированной поверхности. Достоинства подхода: наложение текстуры выполняется на препроцессорном этапе, отсутствуют непоследовательные обращения в оперативную память в реальном времени, небольшая вычислительная сложность фильтрации текстуры на этапе реального времени. Подход имеет высокую производительность и качество наложения текстуры. Производительность подхода позволяет применять субдискретизацию высокой степени для улучшения качества синтезируемого изображения. Оценено качество наложения и фильтрации текстуры по сравнению с технологиями трилинейной и анизотропной фильтрации.

Предложен метод расчета цвета проекции пикселя в задачах нанесения текстур при синтезе 3D изображений методом обратного трассирования. С целью упрощения расчетов проекцию пикселя предлагается аппроксимировать набором прямоугольников (фрагментов). Предложен высокопроизводительный алгоритм расчета взвешенного цвета таких фрагментов с проходом по неполному кватернарному дереву текстур. Сумма взвешенных цветов таких фрагментов формирует интегральный цвет проекции пикселя. Расчет интегрального цвета пикселя позволяет устранить алиасинг при синтезе 3D изображений.

Рассмотрен способ расширения набора графических примитивов, который используется при формировании поверхности объектов в системах визуализации тренажеров транспортных средств, спроектированных на основе метода обратного трассирования. Расширение достигнуто за счет использования векторного способа описания поверхностей вместо алгебраических уравнений в неявной форме.

Предложен метод синтеза изображений сложных векторнозаданных поверхностей, имеющих несколько точек пересечения с проекционным лучом. Предложенный метод является обобщенным методом синтеза поверхностей, заданных в неявной форме. Метод позволяет оптимизировать структуру вычислителя по быстродействию и аппаратным затратам и его можно применять при проектировании систем визуализации реального времени.

Рассмотрен метод фильтрации текстур для синтеза изображений методом обратного трассирования, суть которого заключается в выполнении фильтрации в плоскости текстуры. Предложены функции аппроксимации реальной проекции фильтра на плоскость текстуры.

Предложен метод неравномерного разбиения триангулированной поверхности, позволяющий получить изображение визуально гладкой поверхности при синтезе методом обратного трассирования. В качестве критерия неравномерности используется угловой размер треугольника, а также условие пересечения проекционного луча и ограничивающей оболочки участка предельно триангулированной поверхности, которую можно получить разбиением данного треугольника. Выполнение разбиения продолжается только для тех треугольников, которые удовлетворяют заданному критерию. Введено понятие локальной области разбиения, формирование которой необходимо для эффективного продолжения разбиения на каждой последующей итерации. Приведены результаты моделирования, демонстрирующие эффективность предложенного метода.

Предложен метод уменьшения количества дополнительно трассируемых лучей при устранении краевого алиасинга. В отличие от существующих методов введен критерий выбора количества уровней разбиения. Использование предложенного метода позволяет уменьшить вычислительную сложность при синтезе изображений с помощью метода обратного трассирования.

Предложен метод формирования визуально гладкой триангулированной поверхности. Метод основан на использовании неравномерного разбиения, рассмотренного ранее. Предложен способ построения иерархии ограничивающих оболочек для исключения участков поверхности, которые заведомо не пересекаются проекционным лучом. Оболочки формируются в реальном времени во время выполнения разбиения и поиска точки пересечения текущего луча и поверхности. Приведены результаты моделирования, демонстрирующие эффективность предложенного метода.

Рассмотрен метод сглаживания триангулированной поверхности с использованием сферической интерполяции. Исходными являются данные для триангулированной поверхности. Метод позволяет при заданных трех точках и нормалях локально строить гладкую поверхность требуемой формы. Приведены основные соотношения для построения поверхности. Такой подход к сглаживанию триангулированной поверхности позволяет повысить реалистичность синтеза ее изображений методом обратного трассирования. Это особенно важно при построении систем визуализации для тренажеров транспортных средств различного назначения.

Приведены основные соотношения для построения интерполяционной кривой. Метод основан на использовании простейшего квадрика - окружности либо сферы. Такое представление плоской кривой позволяет упростить синтез векторных текстур в компьютерной графике методом обратного трассирования.

Предложен метод построения пространственной кривой с использованием сферической интерполяции. Метод основан на использовании простейшего квадрика - сферы. Исходными данными являются произвольно заданные точки, а также нормали в этих точках заданные или рассчитанные. Метод позволяет при заданных двух точках и нормалях локально строить гладкую кривую требуемой формы. Приведены основные соотношения для построения интерполяционной кривой. Такое представление пространственной кривой позволяет упростить синтез векторных изображений в компьютерной графике методом обратного трассирования.

Рассмотрены вопросы повышения реалистичности сцен, синтезируемых методом обратного трассирования. Решается задача визуализации обратным трассированием векторных текстур, заданных прямыми и сглаженных методом сферической интерполяции. Приведены аналитические соотношения для реализации каждого этапа визуализации таких векторных текстур. Особенностью решения задачи является совмещение метода сферической интерполяции и синтеза изображения векторной текстуры обратным трассированием за один проход. Такой подход позволяет расширить области совместного применения этих методов, в том числе, на основе использования существующих баз данных векторных текстур, заданных прямыми линиями.

Рассмотрены вопросы построения плоских и пространственных кривых методом сферической интерполяции. Приведены конечные соотношения для определения точки гладких кривых и поверхностей. Приведены результаты моделирования в пакете Wolfram Mathematica кривых и поверхностей с оценкой погрешностей. Совмещение метода сферической интерполяции и синтеза изображений кривых и поверхностей методом обратного трассирования (Ray Tracing) дает возможность использовать существующие базы данных кривых, заданных отрезками прямых линий, и триангулированных поверхностей, используемых для конструирования различных объектов в современной компьютерной графике, с сохранением высокого реализма, присущего методу обратного трассирования.