Средства моделирования, используемые при модельно-параметрическом оснащении конференц-залов

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 пользовате- ля. 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 Международ- ным 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 «max , этот угол в значительной степени влияет на высоту экрана H ;

• -    предельное разрешение глаза в светотехнических расчетах обычно принимают «min ~ ¹ ; 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 L_im < 8Я; при отображении графики высокого разрешения ^_Х<(3...4)Я.

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-про-екция), 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: ^max – угол поля зрения в вертикальной плоскости; ^max – расстояние от экрана до последнего ряда; ^min – расстояние от экрана до первого ряда; H – высота экрана; h – 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 поля 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 реализован- ных 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; L = fWlw + ^ – проекционное расстояние; w – высота (ширина, диагональ) экрана; w – высота (ширина, диагональ) матрицы видеопроектора; Г – фокусное расстояние объектива, f = LKWfw + iy, W = w[(Z-/')//']

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 p^Wlw^-flz^-z'lf, где W и w – высота (ширина, диагональ) экрана и матрицы видеопроектора; /’– фокусное расстояние объектива. Поскольку zMa-rWL-fL проекционное расстояние равно L = f\/3 + \) = f'(W/w + l).

Рис. 3. Графическое построение изображения отрезка в положительной системе:

w и W – отрезок и его изображение; H и H' – передняя и задняя главные точки объектива; Ри F'

– точки фокусов; А и A'; / и f – 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].