SIMULATION TOOLS OF SIMULATION AND PARAMETRIC EQUIPMENT FOR CONFERENCE HALLS

Full Text

Введение В основе обоснованного выбора технических средств, используемых при оснащении конференц-зала, лежат результаты модельно-параметрического анализа аппаратно-технологического комплекса зала [1]. В свою очередь, модельно-параметрический анализ предполагает использование методов и средств геометрического и параметрического моделирования. Цели, задачи и критерии модельно-параметрического анализа видеопроекционной системы конференц-зала Цель модельно-параметрического анализа видеопроекционной системы конференц-зала - выбор элементов видеопроекционной системы, выходные параметры которых обеспечивают характеристики видеоизображения, удовлетворяющие пользователя. В настоящее время универсальным средством отображения видеоинформации, воспроизводящим информацию в конференц-зале с различных носителей (видеомагнитофонов, плееров, цифровых или аналоговых видеокамер, цифровых фотоаппаратов, документ-камер, компьютеров, графических станций), является видеопроектор. Одновременно могут использоваться и вспомогательные средства (плазменные панели, жидкокристаллические мониторы). Поскольку методологический подход к обоснованному выбору одинаков вне зависимости от типа средства воспроизведения информации, а наиболее высокие требования с точки зрения качественной видеопроекции предъявляются к видеопроекционному изображению, в данном исследовании рассматриваются вопросы выбора основных элементов, составляющих видеопроекционную систему: видеопроектора и экрана. При проведении модельно-параметрического анализа решается ряд задач: - получение достоверной информации о выходных параметрах и характеристиках элементов видеопроекционной системы (видеопроектора и экрана) из баз исходных данных, которые, как правило, предоставляют фирмы-производители; - согласование выходных параметров элементов (в данном исследовании - параметров видеопроектора и экрана) друг с другом и с параметрами конференц-зала. Решение этой задачи предполагает использование геометрического и параметрического моделирования. Результаты такого согласования могут быть внесены в базы метаданных, формирование которых позволит решать задачи оснащения конференц-залов, основанные на использовании не только исходных, но и взаимосвязанных данных; - обеспечение требуемых уровней характеристик изображения на основе использования зависимостей, устанавливающих влияние выходных параметров технических средств на характеристики видеоизображения. Решение этой задачи требует обращения к эмпирическим и теоретическим зависимостям, а также предполагает использование средств физического моделирования. Целевыми критериям модельно-параметрического анализа являются существующие на сегодняшний день требования и рекомендации в отношении характеристик, определяющих качество видеоизображения с учетом условий рассматривания изображения на экране в конференц-зале. Эти рекомендации, в основном, учитывают параметры видеоизображения, детальное описание методов оценки которых приведено в ряде рекомендаций, сформулированных Международным Союзом Телекоммуникаций (International Telecommunication Union, ITU) [2-8]. Наряду с объективными методами оценки характеристик, определяющих качество видеоизображения, также проводится субъективное тестирование [9-10]. Поскольку в данном исследовании проводится анализ методов и средств моделирования, используемых при оснащении конференц-залов видеопроекционными системами (то есть при выборе и согласовании параметров видеопроектора и экрана), в качестве целевых критериев модельно-параметрического анализа были приняты характеристики изображения, являющиеся результатом влияния параметров видеопроекционной системы: яркость, четкость, контрастность и цветопередача. Вне зависимости от модельно-параметрической структуры видеопроекционной системы конференц-зала, алгоритм ее модельно-параметрического анализа, может быть универсальным: - определение размеров экрана и его расположения в зале, исходя из геометрических параметров конференц-зала; - выбор параметров экрана; - выбор параметров видеопроектора; - выбор варианта взаимного расположения видеопроектора и экрана. Использование геометрического моделирования при выборе параметров экрана Вертикальные размеры экрана и его расположение в зале определяют параметры, приведенные на рис. 1 [11-12]. Исходными требованиями, которые необходимо учитывать при определении геометрических параметров экрана, являются: - угол поля зрения в вертикальной плоскости , этот угол в значительной степени влияет на высоту экрана H; - предельное разрешение глаза в светотехнических расчетах обычно принимают ; этот угол влияет на расстояние от экрана до последнего ряда кресел в конференц-зале, определяемое с учетом необходимости обеспечить разборчивость текстовой информации; - при демонстрации видеоизображения стандартного качества расстояние от экрана до последнего ряда должно составлять ≤ 8Н; при отображении графики высокого разрешения ≤ (3…4)Н. Горизонтальные размеры экрана при заданной высоте выбирают с учетом формата проецируемого изображения. Поскольку источники видеоинформации в конференц-залах могут быть различными, форматами видеоизображений, наиболее часто используемыми в конференц-залах, являются [13-15]: - универсальный формат 1:1 (оверхед проекция), позволяющий настроить изображение за счет уменьшения вертикального размера; - формат слайд-проекции 3:2; - формат видеопроекции 4:3, стандартный телевизионный видеоформат; - формат HDTV 16:9, подходит для просмотра DVD-фильмов, передач телевидения высокой четкости и спутниковых каналов; - формат 16:10 позволяет воспроизводить контент с компьютера, при этом изображение на проекционном экране соответствует исходному; - форматы1,85:1 и 2,35:1, используемые в профессиональных кинотеатрах. Рис. 1. Геометрические параметры системы видеонаблюдения: - угол поля зрения в вертикальной плоскости; - расстояние от экрана до последнего ряда; - расстояние от экрана до первого ряда; - высота экрана; - расстояние до нижнего края экрана Оптимальное соотношение сторон экрана, выбираемое пользователем, очевидно, должно являться результатом геометрического и параметрического моделирования, поскольку любое преобразование формата с целью улучшения одного параметра приводит к ухудшению другого (геометрическим искажениям элементов изображения, неоптимальному расположению изображения на экране, к снижению четкости и т.п.). Особенности зрения (соотношение углов поля зрения зрительного анализатора в горизонтальной и вертикальной плоскости, размер поле зрения) определяют преимущества формата 16:9 (16:10), который используется в настоящее время большинством источников информации. Однако неоднозначное отношение к проблеме субъективного восприятия данного формата, несмотря на его поддержку широким спектром реализованных технических решений, возможно, способствует дальнейшим исследованиям и разработкам в этом направлении [16]. В основе выбора конкретной модели экрана для видеопроекции лежит комплекс функциональных требований пользователя, учитывающих [17-18]: конструктивно-технологические характеристики, формат экрана, тип проекции, характер светоотражения, тип полотна, характер покрытия экрана. Геометрическое моделирование при согласовании расположения видеопроектора и экрана Достижение согласованного расположения видеопроектора и экрана предполагает использование двух методов геометрического моделирования: - определение проекционного расстояния L, то есть расстояния от вершины задней поверхности объектива до экрана для выбранного проектора; - определение параметров объектива проектора для обеспечения заданного проекционного расстояния [19] (см. рис. 2). Рис. 2. Параметры, определяющие взаимное расположение видеопроектора и экрана: 1 - матрица видеопроектора; 2 - объектив видеопроектора; 3 - экран; - проекционное расстояние; - высота (ширина, диагональ) экрана; - высота (ширина, диагональ) матрицы видеопроектора; - фокусное расстояние объектива, ; Корректный вывод формулы для определения проекционного расстояния требует обращения к положениям классической теории оптических систем [20]. На рис. 3 представлено графическое построение изображения отрезка (для положительной системы, в которой получается действительное изображение). В соответствии с основными формулами, описывающими ход лучей в идеальной оптической системе, линейное увеличение , где и - высота (ширина, диагональ) экрана и матрицы видеопроектора; - фокусное расстояние объектива. Поскольку , проекционное расстояние равно . Рис. 3. Графическое построение изображения отрезка в положительной системе: и - отрезок и его изображение; и - передняя и задняя главные точки объектива; и - точки фокусов; и ; и - фокусные расстояния Параметрическое моделирование с использованием «проекционных калькуляторов» Специальными средствами для оперативного комплексного геометрического моделирования характеристик оборудования конференц-залов, являются программы, которые принято называть «проекционными калькуляторами», или «графическими редакторами» [19]. Как правило, разработчиками таких программ являются производители видеопроекционного оборудования или фирмы-инсталляторы. Наиболее распространенный алгоритм действий калькулятора для расчета геометрических параметров видеопроекционной системы предполагает: - ввод исходных данных (фирма-производитель видеопроектора, модель видеопроектора; - постановку задачи (фиксированная диагональ экрана, фиксированное проекционное расстояние); - ввод соответствующих данных о конференц-зале (размеры экрана, величина проекционного расстояния); - получение результатов расчета, моделирование в определенном диапазоне за счет настроек вариообъектива. К наиболее распространенным проекционным калькуляторам следует отнести разработки фирм Epson, Acer, Nec, JVC; Casio [21-26]. Обобщенный алгоритм функционирования проекционных калькуляторов большинства фирм-изготовителей следующий: - ввод исходных данных (модель видеопроектора, формат изображения, тип установки проектора); - ввод ограничивающих условий (размеры экрана, величина проекционного расстояния, фиксированная диагональ экрана, фиксированное проекционное расстояние, соотношение сторон экрана); - возможность моделирования за счет таких параметров, как «зум», освещенность в помещении, расположение мест, положение изображения на экране, размеры экрана и изображения; - результаты расчета (размеры экрана, размеры, определяющие положение экрана; проекционное расстояние). Результаты сравнительного анализа функциональных возможностей проекционных калькуляторов, как средств графического и параметрического моделирования при выборе элементов проекционной системы, показывают: - исходной информацией для калькуляторов, которую должен ввести пользователь в начале расчета, является фирма-изготовитель видеопроектора, хотя для пользователя ответ на этот вопрос в самом начале выбора создает сложности и не является однозначным; - пользователь не имеет возможности одновременного обращения ко всей базе исходных данных калькулятора, возможно только последовательное обращение к каждой модели и отдельным параметрам, это создает громоздкие логические цепочки, не позволяет одновременно анализировать несколько вариантов; - при определении параметров изображения не приводятся формулы, по которым проводился расчет освещенности экранного изображения, не приводятся формулы, по которым рассчитывается проекционное расстояние, размеры экрана, не указано, каким образом учитывается в расчетах формат изображения и т.д. - все это не позволяет пользователю калькулятора относиться к результатам расчета с доверием; - в калькуляторах не реализован наиболее очевидный востребованный алгоритм - ввод требуемых характеристик (параметров зала, экрана); получение результата расчета в виде совокупности вариантов моделей видеопроекторов, экранов, параметры которых обеспечивают требуемые характеристики. Заключение Анализ методов и средств моделирования, используемых при оснащении конференц-залов видеопроекционными системами показывает, что: - обоснованный выбор моделей элементов видеопроекционных систем, параметры которых соответствуют требованиям пользователя конференц-зала, согласование выходных параметров элементов (в данном исследовании, параметров видеопроектора и экрана) друг с другом и с параметрами конференц-зала должны учитывать результаты модельно-параметрического анализа аппаратно-технологических комплексов конференц-залов, включающего методы и средства геометрического и параметрического моделирования; - алгоритмы, реализованные в on-line калькуляторах, как в средствах оперативного параметрического моделирования, носят частный характер, проработаны недостаточно детально и не позволяют пользователю проводить однозначный и корректный выбор параметров и моделей элементов видеопроекционных систем; - однотипный характер задач, решаемых при оснащении аппаратно-технологических комплексов предприятий медиаиндустрии, требует разработки и постоянного обновления универсальных онтологий исходных и метаданных для предприятий медиаиндустрии, что позволит реализовать универсальные методы, средства и алгоритмы моделирования при формировании структуры аппаратно-технологических комплексов [1; 27].

About the authors

Elena Ivanovna Nesterova

St. Petersburg State Institute of Film and Television

Email: nesterovaei@mail.ru

Artemy Andreevich Smogorzhevsky

St. Petersburg State Institute of Film and Television

Email: smogorzhevskii.a.a@icloud.com

References

Supplementary files