WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|

задание списка опорных точек; сохранение данного входного файла опорных точек в требуемом виде для корректной работы в программе Z-Space 1.2 (lite-версия). В отличие от классической аэрофотограмметрии, где на аэрофотоснимок краевые метки впечатываются во время съемки, при получении снимков на микроскопе этого не происходит. Для краевой разметки РЭМ-снимков пользователь осуществляет выбор схемы расположения краевых меток с помощью кнопок на панели инструментов. В программе реализовано два вида схем расположения краевых меток на стереопаре: а) 4 Fid’s - четыре метки, расположение «прямой крест», б) 3 Fid’s- три метки.

пользователь Интерфейсный уровень приложения PA-3DM/ PA-3DM/ Входные Работа с 3-D данные моделью Z-Space 1.2 (lite-версия) РЭМ БД снимков БД исследователя - разработанное программное обеспечение Рис. 2. Модули программной системы PA-3DM, потоки обменов данными между модулями.

Для этапа внешнего ориентирования модели, с помощью разработанного метода определения опорных данных AГ для РЭМ-снимков в модуле «РА-3DM/ Входные данные», создается файл опорных точек. При работе с РЭМ-изображением оператор вручную выполняет идентификацию соответствующих опорных точек на изображении, полученном в исходной позиции (перпендикулярно плоскости образца), с помощью опции меню «Внешнее ориентирование». Все точки нумеруются в порядке их нанесения. Номера точек и их координаты хi, yi, определенные программой «РА-3DM/ Входные данные», а также их высоты zi, которые принимаются равными для данных точек zi = zстолика, заносятся в текстовый файл geod.pnt и сохраняются в определенной пользователем директории.

Z-Space 1.2 (lite-версия). Обработанная с помощью модуля «РА-3DM/ Входные данные» РЭМ-стереопара, а также определенные входные параметры вводятся в качестве исходных данных для работы с цифровой фотограмметрической системой ZSpace 1.2 (lite-версия). Проект восстановления 3-D модели микрообъекта включает в себя: ввод данных (М, f); поиск точек на основании алгоритма соответствия (MatchingAlgorithmus), позволяющего автоматически или в ручном режиме идентифицировать гомологические точки на двух стереоизображениях; генерация цифровой модели рельефа, которая строится на заданной оператором области. Проекты фотограмметрического восстановления хранятся в базе данных проектов.

Модуль PA-3DM / Работа с 3D моделью. Второй программный модуль «PA-3DM / Работа с 3D моделью» разработан для решения задач моделирования и визуального отображения на экране монитора 3-D модели микрообъекта с возможностью ее анализа исследователем.

Ввод данных для визуализации цифровой модели рельефа осуществляется из стандартного текстового ASCII-файла (*.*, *.txt, *.asc – текстовый файл в кодировке DOS). Файл с данным расширением экспортируется программой Z-Space 1.2 (liteверсия). Экспортируемый файл имеет следующий формат: три столбца соответствуют координатным значениям точек xi, yi, zi. Пример файла приведен ниже:

219.0 315.0 -10000.} 233.0 315.0 906.8 фрагмент файла setka6.asc.

235.0 315.0 907. Строки, в которых значение высоты равно zi = - 10 000.0, относятся к участкам на стереопаре не восстановленным Z-Space 1.2 (lite-версия) - малоконтрастные темные или слишком светлые пятна на РЭМ-изображениях. Получив данный файл, программный модуль обеспечивает построение цифровой матрицы рельефа, участки малой контрастности аппроксимируются по высотам некоторой ближайшей окрестности данной точки. Затем осуществляется демонстрация пользователю построенного 3-D рельефа микрообъекта на экране компьютера. Визуализация 3-D модели микрообъекта в программном модуле «PA-3DM/Работа с 3D моделью» может быть выполнена в разных режимах: точечное представление, создание контура рельефа исследуемой поверхности и в виде полигонов. При работе с трехмерной моделью используется простой интерфейс с набором кнопок и панелью инструментов.

В «PA-3DM/Работа с 3D моделью» реализован большой набор дополнительных средств преобразования поверхности и различных операций с ней: вращение;

масштабирование; рассечение (использование плоскости среза); растягивание поверхности (изменение масштаба вдоль оси Z) с использованием методов умножения на число; сохранение поверхности в виде файла формата bmp на любом шаге работы с трехмерной поверхностью; отображение координатных осей X,Y,Z.

Использование инструментальных средств обеспечивает дополнительные возможности для анализа, например, цветового картографирования объекта (Палитра), профилирования (Срез). Срез – инструмент, позволяющий получить профили микрорельефа вдоль любого заданного пользователем направления с возможностью просмотра графика высот, а также при необходимости дальнейшей работой с оставшейся после отсечения частью.

Четвертая глава посвящена применению разработанной информационной системы при решении задач определения видовой принадлежности, морфологической изменчивости, сохранения биоразнообразия озера Байкал, а также при решении экологических задач – определения источников происхождения атмосферных аэрозолей в Байкальском регионе.

1. Задача определения возраста байкальского омуля (Coregonus autumnalis migratoris Georgi) с помощью созданной цифровой модели поверхностного слоя его чешуи. Распознавание закономерностей поверхностного рельефа чешуи байкальского омуля (самой многочисленной рыбы оз. Байкал, имеющей важную промысловую ценность) являлось одной из значимых задач байкальской ихтиологии. От правильной интерпретации формы гиалодентинового слоя чешуйной пластинки зависит точность определения возраста рыбы, принадлежность к морфоэкологической группе (МЭГ) и особенности экологических условий ее обитания (прогрев и циркуляция воды в дельтах рек, обеспеченность МЭГ кормовыми ресурсами). Поверхностный рельеф чешуи периодически повторяется, что объясняется сменой сезонов, благодаря чему существует возможность выделять в чешуйном рисунке годовые зоны. У разных исследователей, работающих с одним и тем же экземпляром чешуи, результат подсчета числа годовых зон различный, поскольку размеры чешуи байкальского омуля составляют от 2 до 8 мм и практически невозможно получить неискаженную структуру поверхности гиалодентинового слоя. В результате применения созданной информационной системы исследователь может получить и проанализировать интересующий его срез восстановленной 3-D модели чешуи, а также построить график высот вдоль любого заданного направления (рис. 3). С помощью данного графика, исследователь выделяет концентрические склериты, несущие информацию о возрасте рыбы.

а) б) в) Рис. 3. Этапы создания профиля цифрового микрорельефа, определение годовых склеритов: а) создание профиля ЦМР; б) восстановленный участок чешуи байкальского омуля; в) график высот.

Полученные, с помощью биологических коллекций чешуи рыб, результаты подтвердили важный факт снижения темпа роста к половозрелому возрасту омуля, на основании которого совместно с биологами8 установлено, что рыба переходит на другой корм питания. В возрастных группах (7-9 лет) вплоть до начала шестидесятых годов прошлого века омули интенсивно питались молодью бычка-желтокрылки (Cottocomephorus grewenkii), а доля ракообразных (Epishura baikalensis) и макрогептопуса (Macrohektopus branickii) в их желудках снижалась. В связи с постройкой Иркутской ГЭС и поднятием уровня воды Байкала произошло разрушение большей части нерестилищ бычка - желтокрылки и резкое снижение численности этого вида, что привело к перестройке питания омуля, снижению калорийности его корма, вследствие чего происходило замедление темпов развития особей.

2. Определение пространственной структуры раковины байкальской остракоды для создания электронных коллекций. Остракоды являются одним из важных компонентов морских и пресноводных экосистем. Имея двустворчатую раковину, сохраняющуюся в ископаемом состоянии, остракоды стали хорошим модельным объектом для построения трехмерных изображений их внешнего вида. С помощью разработанной информационной системы восстановлена ЦМР байкальской остракоды Cytherissa pennata, получены продольный и поперечный разрез ее цифровой модели, а также создана gif-анимация, выполняющая полный оборот на 180 3-D модели ее створки. Положено начало создания коллекции трехмерных изображений байкальских остракод (коллекции микроскульптуры створок), позволяющей накапливать научную информацию для последующего морфологического сравнения с мировой фауной остракод, определять их схожесть и принципиальные различия.

3. Моделирования байкальских коловраток на примере Кeratella Сochlearis.

Коловратки являются одним из значимых компонентов экосистемы оз. Байкал.

Благодаря своим небольшим размерам (десятки-сотни микрон), повсеместному распространению и четкой системе «линейных» морфологических параметров панциря9, они стали хорошим модельным объектом для построения трехмерных изображений, по которым проводилось исследование их функциональной морфологии. Получена цифровая матрица рельефа поверхности коловратки Keratella Тягун М.Л. Изучение структуры и роста чешуи байкальского омуля (Сoregonus autumnalis migratorius Georgi). Автореферат диссертационной работы на соискание ученой степени канд. биол. наук. Иркутск, 2004.12 с.

Атлас и определитель пелагобионтов Байкала/ Тимошкин О.А., Мазепова Г.Ф., Мельник Н.Г. и др. – Н.: Наука. 1995г. – 694с.

cochlearis cochlearis, а также определена характерная скульптура на спинной пластинке образца (рис. 4в). Параллельно с восстановлением скульптуры панциря образца коловратки, проведена работа по созданию макета образца с помощью программы 3-D моделирования (рис. 4а,б). Моделирование скульптуры панциря и формы коловраток направлены на автоматизацию выявления морфологической изменчивости и компьютерную видовую диагностику природных образцов.

в Рис. 4. Смоделированное изображение коловратки: а) дорсально, б) вентрально, в) восстановленный рельеф скульптуры панциря образца.

4. Решение задачи воссоздания ЦМР байкальских аэрозолей. Исследованию свойств атмосферных аэрозолей и их роли в различных биогеохимических циклах биосферы в настоящее время уделяется большое внимание. Это связано в первую очередь с изучением глобальных изменений климата и загрязнением окружающей среды, в которых аэрозоли играют одну из ведущих ролей. На долю аэрозолей антропогенного происхождения приходится примерно 20% от содержания естественных аэрозолей10. Полученные с помощью созданной информационной системы пространственные изображения аэрозолей помогают решать задачу вклада отдельных источников в общий состав аэрозольного вещества в атмосфере Байкальского региона. В байкальских аэрозолях найдены частицы биологической компоненты: цисты некоторых байкальских планктонных водорослей; пыльца различных видов растений; определены частицы минерального происхождения, а также частицы техногенного характера над акваторией Южного Байкала.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы:

1. Предложена и описана модель информационной системы фотограмметрического моделирования микрообъектов для получения, сбора и хранения первичных биологических данных на основе фотограмметрических методов и методов растровоэлектронной микроскопии.

2. Унифицированы методы определения корректных параметров съемки на растровом электронном микроскопе для формирования стереопары микрообъекта (метод получения стереопары на РЭМ с увеличением до 500х; метод вычисления фокусного расстояния) и предложен новый метод определения опорных данных для фотограмметрического восстановления цифровой модели микрообъекта по РЭМстереопаре.

3. Выполнено проектирование и реализован комплекс прикладных программ, включающий базовый модуль – цифровую фотограмметрическую систему Z-Space 1. Бримблкумб П. Состав и Химия атмосферы, М: Мир, 1988г.– 351с.

(lite-версия) и разработанные модули «PA-3DM/ Входные данные», «PA-3DM/ Работа с 3-D моделью», обеспечивающие полуавтоматизированный процесс моделирования микрообъекта и анализ его цифровой 3-D модели.

4. Проведена апробация созданной информационной системы на конкретных примерах байкальских микрообъектов: воссоздание рельефа гиалодентинового слоя чешуи байкальского омуля (с возможностью определения возраста рыбы); создание трехмерной поверхности раковины байкальской остракоды (для создания электронных коллекций); моделирование байкальских коловраток (функциональная морфология;

приспособительная изменчивость, поиск принципиально новых ключевых признаков);

восстановление 3D модели байкальских аэрозолей (уточнение источников происхождения).

5. Создана первая версия биологической коллекции цифровых трехмерных изображений байкальских микрообъектов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК для представления основных научных результатов диссертации:

1. Ходжер Т.А., Бычков И.В., Тягун М.Л. Использование методов цифровой фотограмметрии для воссоздания рельефа чешуи байкальского омуля// Вычислительные технологии. – 2005. – Том 10, № 4. – С. 104 – 110.

2. Голобокова Л.П., Ходжер Т.А., Ходжер Т.В. Современная оценка сухих осаждений химических веществ на подстилающую поверхность в разных районах азиатской территории России// Оптика атмосферы и океана. – 2007. – Том 20, № 06. –С. – 516.

Свидетельства РОСПАТЕНТа РФ:

3. Ходжер Т.В., Голобокова Л.П., Нецветаева О.Г., Чубаров М.П., Потемкин В.Л., Сергеева В.Н., Лаврентьева Л.П., Ходжер Т.А. Атмосферные аэрозоли Сибири (БД ’Аэрозоли’) // Свидетельство об официальной регистрации базы данных № от 10.03.1999г.

4. Дроздов В.Н., Ходжер Т.А. Программа для ЭВМ. Создание Интернет атласов животного и растительного мира оз. Байкал (ППП «Интернет-атлас оз. Байкал»)// Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2000611361 от 25.12. 2000г.

Публикации по материалам конференций:

5. Ходжер Т.А., Дроздов В.Н., Тягун М.Л., Стягов Е.В., Перетолчин А.С., Осипов Э.Ю., Троицкая Е.С., Ханаев И.В. Использование математических, мультимедийных и геоинформационных технологий в исследованиях водных экосистем на примере озера Байкал // Третья Верещагинская Байкальская конференция: Тез.докл. – Иркутск, 2000. – С.260 – 262.

6. Ходжер Т.А., Тягун М.Л., Грачев М.А. Поверхностный рельеф чешуи байкальского омуля (Coregonus autumnalis migratorius Georgi) методом воссоздания трехмерного изображения по стереопаре// Сборник трудов конференции Modas – 2001, Моделирование, базы данных и информационные системы для атмосферных наук.– Томск, 2001, – С. 93.

Pages:     ||
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.