ES2305172T3 - Procedimiento y dispositivo para obtener campos visuales. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para generar campos visuales con miras a obtener y registrar contornos perturbadores y zonas muertas en un vehículo (2), en donde - se simula el vehículo (2) como un modelo CAD tridimensional y en donde - se posiciona como punto luminoso en o sobre el vehículo (2) al menos una fuente de luz (3) que emite rayos luminosos (5), caracterizado porque, con ayuda de este punto luminoso, - una proyección de sombra horizontal (13) como sombra del vehículo (2) se proyecta como diagrama de visibilidad del suelo sobre una superficie de suelo o un suelo de medida (1) y - una proyección de sombra vertical (16) como sombra del vehículo (2) se proyecta como campo visual vertical sobre un cuerpo de medida (11) que rodea al vehículo (2).
Description
Procedimiento y dispositivo para obtener campos
visuales.
La invención se refiere a un procedimiento y a
un dispositivo para obtener campos visuales con miras a la
representación de campos visuales en extensión horizontal y
vertical que representan un criterio de calidad para la valoración
de las condiciones de visibilidad desde un vehículo, especialmente
para ocupantes protegidos por un blindaje.
Dado que la visibilidad por una ventanilla de un
vehículo, por ejemplo para el conductor, puede ser muy diferente y
resulta perjudicada también por partes de la carrocería, por ejemplo
por un larguero de la ventanilla, es ventajoso instalar medios
auxiliares con los cuales se puedan vigilar zonas no visibles
directamente en el entorno del vehículo. Un medio auxiliar de esta
clase puede ser un sistema de cámaras como el que se revela en el
documento DE 198 16 054 A1.
La visibilidad natural desde un vehículo sin
medios auxiliares electrónicos, especialmente desde un vehículo
militar blindado, es, naturalmente, de gran importancia para la
efectividad de un sistema de vehículo y para la supervivencia de la
tripulación en el caso concreto de utilización. Por este motivo, se
querría ya también saber con más precisión en la fase de
desarrollo si se proporcionan en grado suficiente las condiciones de
visibilidad desde un vehículo que ha de desarrollarse. Ahora bien,
se querría comprobar también de la misma manera la visibilidad con
medios auxiliares, por ejemplo con una cámara de vídeo.
Así, en la práctica se aspira ya en el estadio
de construcción a la generación de un diagrama correspondiente del
suelo y también de campos de visión verticales.
Según un estado interno de la técnica, es
conocido el recurso de obtener y representar los diagramas de
visibilidad en forma gráfica geométrica, para lo cual se emplean
también aparatos de cálculo que, después del ingreso de datos
correspondientes y partiendo de un punto ocular en una abertura de
visualización prefijada en el vehículo, verifican la trayectoria de
los rayos de visualización y emiten un gráfico como diagrama de
visibilidad del suelo (visibilidad sobre el suelo).
Un dispositivo y un procedimiento para
establecer un modelo de instalación virtual son conocidos por el
documento DE 198 32 974 A1. Se reproduce aquí virtualmente en
formato 3D un modelo de instalación real.
Los inconvenientes de estas soluciones son el
gran consumo de trabajo para el establecimiento de los diagramas,
ya que todo se procesa manualmente o bien se tienen que ingresar
datos de construcción de dibujos o sistemas CAD (Computer Aided
Design = diseño asistido por ordenador) en un llamado ordenador de
campo visual.
En Carfagni M et al.: "A
rendering-based CAD method for the design and
testing of rearview mirrors", publicado en Norwel, MA, USA,
Kluwer Academic Publisher, USA, ISBN:
0-7923-7635-8, 2002,
páginas 115-126, se describe un programa CAD con
cuya ayuda se pretende optimizar, en la ejecución especial, un
espejo retrovisor. Esto se basa en el principio de la reflexión de
rayos en un espejo. No se pueden generar así los llamados diagramas
de visibilidad. Este trabajo se había publicado ya antes en
"IFIP Seventh Workshop on Geometric Modeling: Fundamentals and
Applications", el 2-4 de Octubre de 2000 en
Parma, Italia.
En "Combining ergonomic and
field-of-view analysis using
virtual humans", fuente: Conferencia CTS 1999, se indica que se
utilizan hombres virtuales para la configuración ergonómica del
habitáculo de un vehículo. A este fin, no sólo se considera la
posición de los ocupantes, sino que se mira también virtualmente
desde fuera hacia el vehículo.
La invención se plantea el problema de indicar
un procedimiento y un dispositivo para la representación sencilla
de campos o diagramas de visibilidad o de visión para satisfacer el
requisito general de diagramas de campo de visibilidad para la
visibilidad del suelo y para campos visuales verticales.
Este problema se resuelve mediante las
características de la reivindicación 1 y de la reivindicación
3.
La invención se basa en la idea de indicar una
representación virtual y, por tanto, automática. En este caso, se
utilizan datos conocidos de un vehículo de un sistema CAD en
formato 3D, se integran éstos en un espacio de medida simulado y se
introduce en esta representación 3D un punto luminoso imaginario
(fuente de luz) en lugar de un punto ocular para simular a partir
de la visión de este punto los campos visuales o campos de
visibilidad deseados en extensión horizontal y/o vertical como
tales por medio de un ordenador y, además, representar éstos
gráficamente sobre un aparato de visualización. Se conocen
elementos de software correspondientes para ello, como, por
ejemplo, el IPA, el ray-tracing, etc. Estas
extensiones se registran como diagrama de visibilidad del suelo
(diagrama polar para la visualización horizontal del suelo) y como
diagrama polar para los campos visuales verticales. Como ordenador
de simulación se utiliza un aparato informático o un ordenador
personal tomado del sector del diseño asistido por ordenador
(CAD).
Por tanto, según la invención, el modelo de
vehículo representado electrónicamente como modelo volumétrico por
medio de un ordenador se coloca dentro del espacio de medida
virtual y se le hace visible en el aparato de visualización. Cada
vehículo que así se genere electrónicamente como modelo 3D puede
ser colocado dentro del espacio de medida.
\global\parskip0.920000\baselineskip
Seguidamente, se representa electrónicamente el
punto ocular de un ocupante del vehículo como una luz puntual
virtual y se genera un diagrama de visibilidad del suelo por medio
de una proyección de sombra de la luz puntual sobre un suelo de
medida. Se indica aquí en metros sobre el suelo de medida la
distancia límite a partir de la cual un usuario tiene visibilidad
del suelo.
Para obtener el campo visual vertical, el modelo
CAD del vehículo no se coloca sobre el suelo de medida plano como
en el caso de la obtención del diagrama de visibilidad del suelo,
sino que se coloca en el centro de un cuerpo de medida
preferiblemente de forma parabólica. Sobre este cuerpo de medida se
reproducen rayos (luminosos) que no pueden alcanzar nunca el suelo
debido al ángulo de salida de los mismos.
Otras ventajas se desprenden de las
reivindicaciones subordinadas.
En una primera realización preferida el suelo de
medida virtual y el cuerpo de medida virtual están agrupados en un
espacio de medida virtual. Esto tiene la ventaja de que se tiene
que realizar una sola vez la alineación de las fuentes de luz para
campos visuales verticales y campos visuales del suelo (alineación
horizontal).
El espacio de medida virtual que se simula por
medio de un sistema informático y en el que se introduce pospuesto
el vehículo como modelo 3D, presenta preferiblemente una relación
de 1:1 con respecto al modelo 3D.
El suelo de medida está provisto de marcaciones
de medida concéntricas alrededor de un punto central y de
preferencia está dividido uniformemente en varios sectores
alrededor del punto central para que se puedan leer directamente
los ángulos del diagrama polar de visibilidad del suelo. Estas
marcaciones de medida concéntricas pueden ser anillos con datos
referentes a sus radios.
El cuerpo de medida está configurado en forma
tridimensional y con simetría radial alrededor de un punto central
y está provisto de una sección transversal de forma parabólica y de
varios anillos de marcación sobre la superficie del cuerpo de
medida vuelta hacia el punto central, estando configurada la forma
parabólica de modo que los anillos de marcación estén dispuestos a
una distancia adecuada uno de otro e indiquen al mismo tiempo una
diferencia angular uniforme al unir puntos de anillos contiguos y
diferentes con el punto central por medio de rayos de medida y al
medir el ángulo entre dos rayos.
En un perfeccionamiento de la invención, el
cuerpo de medida que rodea al vehículo que se ha medir está
conformado en sección transversal de modo que unos anillos
concéntricos, además de presentar saltos constantes de los datos
angulares, presenten también como marcaciones de medida sobre la
superficie del cuerpo de medida vuelta hacia el vehículo unos saltos
constantes en el radio asociado respecto del punto central para
evitar distorsiones, estando configurada la curva interior de la
sección transversal de manera correspondiente a una función
tangente.
Para poder medir de vez en cuando también, como
ángulos de elevación negativos, ángulos dirigidos hacia abajo
desde la horizontal, se tiene que, en un perfeccionamiento de la
invención, el cuerpo de medida, en su centro en el que están
dispuestos el vehículo a medir y correspondientemente el punto
ocular y el punto luminoso, está elevado con respecto al entorno
del centro.
El cuerpo de medida está preferiblemente vaciado
debajo del vehículo y este vehículo, incluyendo el punto ocular y
el punto luminoso situados en el centro del cuerpo de medida, está
flotando libremente en el espacio para evitar sombras perturbadoras
en las proximidades inmediatas del vehículo.
La fuente de luz preferiblemente puntiforme se
coloca de preferencia, en una simulación de los campos visuales, en
el eje de giro vertical de un arma de cañón o de otra arma
apuntable y con una trayectoria de los rayos a través del eje del
ánima del cañón para obtener contornos perturbadores durante el
giro en redondo del arma, obteniéndose también, como ángulos de
depresión, ángulos dirigidos hacia abajo desde la horizontal.
Asimismo, la fuente de luz puntiforme dispuesta
en el cuerpo de medida está de preferencia exactamente alineada con
el punto central de dicho cuerpo de medida para que los contornos
perturbadores rectilíneos del vehículo se reproduzcan también
rectos sobre la superficie de proyección bombeada. Como ayudas de
alineación en el cuerpo de medida se utilizan preferiblemente
paredes semitransparentes. Se alinean aquí con las ayudas de
alineación primero el vehículo y luego un punto ocular o un punto
luminoso para que se puedan posicionar también puntos luminosos en
vehículos opacos desde fuera, sin que haya que conocer las
coordenadas del punto.
Como fuentes de luz puntiformes se utilizan
fuentes de luz con cono de luz limitado y definido para mostrar
ángulos limitados de visualización de salida de una abertura de
ventana o de una abertura óptica.
Es ventajoso también que en el modelo virtual se
puedan emplear fuentes de luz con color de luz diferente para
diferenciar así en diagramas polares las posibilidades de
visualización de varias personas incluidas en el vehículo y
distinguir los campos visuales individuales con ayuda del color
asignado a una persona.
El suelo y el cuerpo de medida pueden ser
provistos preferiblemente de anillos de medida y de medidas
aplicados por fresado físico virtual en lugar de anillos y medidas
registrados, y la cavidad del fresado puede a veces ser provista de
un color rico en contraste de modo que se mejore sensiblemente la
capacidad de reconocimiento de los anillos y medidas y esto no
dependa de la respectiva situación de luz/sombra.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Una ventaja del modo de proceder según la
invención es la obtención y comprobación de campos visuales con
ahorro de tiempo en vehículos en los que se presentan los datos de
construcción en forma de un modelo 3D o un modelo volumétrico.
Otra ventaja resulta debido a que, después de
introducir el modelo de vehículo en el espacio de medida virtual y
de fijar un punto luminoso (luz puntual) como punto ocular en
diferentes sitios de interés del vehículo, se pueden establecer
rápidamente diagramas de visibilidad del suelo o diagramas
polares.
Además, se pueden comprobar inmediatamente
variaciones en el modelo de vehículo, o sea, en el vehículo aún no
construido, en cuanto a su repercusión sobre campos de visión.
Se explicará la invención con más detalle
ayudándose de un ejemplo de realización con dibujos.
Muestran en representación esquemática:
La figura 1, un esquema con suelo de medida y
vehículo,
La figura 2, una sección transversal del cuerpo
de medida,
La figura 3, un ejemplo de un diagrama de
visibilidad del suelo,
La figura 4, un ejemplo de un campo visual
vertical y
La figura 5, un vehículo en el espacio de medida
virtual.
En la figura 1 se encuentra sobre una superficie
de suelo plana 1 como superficie de medida de un espacio de medida
10 virtualmente creado un vehículo 2 insinuado (en formato 3D)
dispuesto en el centro de la superficie 1. Una fuente de luz
virtual 3 o un punto luminoso como punto ocular de un observador no
representado con detalle se encuentra sobre el vehículo 2. Unas
marcaciones de medida 4 están dibujadas en forma de anillos
concéntricos alrededor de la fuente de luz 3 sobre la superficie de
medida 1 y están uniformemente distanciadas una de otra.
El espacio de medida 10 comprende también un
cuerpo de medida 11 para el establecimiento de imágenes de
visualización verticales (se explicará más adelante).
En la figura 2, el punto ocular y al mismo
tiempo punto central del cuerpo de medida 11 está representado por
encima de un vehículo 2 insinuado como punto de partida de rayos
luminosos 5 de la fuente de luz 3. Los rayos luminosos 5 son
interrumpidos por un objeto 6 o dejados pasar por delante del
vehículo 2. Los rayos luminosos 5 inciden en puntos 7 sobre una
superficie de proyección 12 del cuerpo de medida 11 o bien se forma
allí un dibujo de sombra 8 del objeto 6 allí reproducido. Unas
marcaciones de medida 15, que, por ejemplo, marcan todo alrededor
los ángulos de 0 y 10 grados sobre la superficie de proyección 12,
indican, juntamente con una proyección de sombra 16, el diagrama
polar del campo visual vertical del punto ocular supuesto 3 a lo
largo de 360 grados alrededor del vehículo 2 (figura 4).
En la figura 3 se muestra un diagrama de
visibilidad del suelo con el vehículo 2 (aquí un vehículo militar)
en el centro del plano de proyección y con las marcaciones de
medida concéntricas 4 alrededor del vehículo 2. Se puede apreciar
claramente el contorno de los apantallamientos o de la proyección
de sombra 13. La superficie sombreada 14 dentro de la proyección se
sombra 13 representa la superficie 1 del suelo que no puede verse
con el punto ocular supuesto 3 en el vehículo 2.
En la figura 4 se muestra una representación del
campo visual vertical que es comparable con la figura 3. Unas
marcaciones de medida concéntricas 15, que representan aquí un
ángulo vertical, indican juntamente con la proyección de sombra 16
a partir de qué ángulo de elevación se proporciona visión libre
hacia arriba o dentro de un intervalo angular hacia arriba.
En la figura 5 se representa el vehículo 3 a
título de ejemplo en el espacio de medida virtual 10 con marcaciones
de medida periféricas 15 o radiales 15a. Para obtener el campo
visual vertical se coloca el modelo CAD del vehículo 2 no sobre un
suelo de medida plano 1 como para la determinación del diagrama de
visibilidad del suelo, sino en el centro del espacio de medida 10 o
cuerpo de medida 11 de forma parabólica. A continuación, como se
indica en la figura 2, se detecta desde el punto ocular supuesto 3,
por medio de un seguimiento virtual de los rayos de visualización
6, los ángulos de la proyección de sombra 16 sobre la superficie de
proyección 12 en el cuerpo de medida 11. Considerado desde arriba,
resulta el diagrama polar.
- 1
- Superficie del suelo/superficie de medida
- 2
- Vehículo
- 3
- Fuente de luz/punto luminoso-punto ocular
- 4
- Marcaciones de medida
- 5
- Rayos luminosos
- 6
- Objeto
- 7
- Puntos
- 8
- Dibujo de sombra
- 13
- Proyección de sombra
- 10
- Espacio de medida
- 11
- Cuerpo de medida
- 12
- Superficie de proyección del cuerpo de medida
- 14
- Superficie sombreada
- 15, 15a
- Marcaciones de medida
- 16
- Proyección de sombra
Claims (18)
1. Procedimiento para generar campos visuales
con miras a obtener y registrar contornos perturbadores y zonas
muertas en un vehículo (2), en donde
- -
- se simula el vehículo (2) como un modelo CAD tridimensional y en donde
- -
- se posiciona como punto luminoso en o sobre el vehículo (2) al menos una fuente de luz (3) que emite rayos luminosos (5), caracterizado porque, con ayuda de este punto luminoso,
- -
- una proyección de sombra horizontal (13) como sombra del vehículo (2) se proyecta como diagrama de visibilidad del suelo sobre una superficie de suelo o un suelo de medida (1) y
- -
- una proyección de sombra vertical (16) como sombra del vehículo (2) se proyecta como campo visual vertical sobre un cuerpo de medida (11) que rodea al vehículo (2).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se emplean fuentes de luz (3) con color
de luz diferente para que, en el caso de diagramas polares para la
visualización horizontal del suelo (diagrama de visibilidad del
suelo) y para los campos visuales verticales, se diferencien, para
varias personas incluidas en el vehículo, los campos visuales
individuales con ayuda del color asignado a una persona.
3. Dispositivo para generar campos visuales con
miras a obtener y registrar contornos perturbadores y zonas
muertas en un vehículo (2), cuyo dispositivo comprende
- -
- medios para simular el vehículo (2) como un modelo CAD tridimensional y en donde
- -
- al menos una fuente de luz (3) que emite rayos luminosos (5) está posicionada como punto luminoso en o sobre el vehículo (2), caracterizado porque, con ayuda de este punto luminoso,
- -
- una proyección de sombra horizontal (13) como sombra del vehículo (2) es proyectada como diagrama de visibilidad del suelo sobre una superficie del suelo o un suelo de medida (1) y
- -
- una proyección de sombra vertical (16) como sombra del vehículo (2) es proyectada como campo visual vertical sobre un cuerpo de medida (11) que rodea al vehículo (2).
4. Dispositivo según la reivindicación 3,
caracterizado porque la superficie (1) del suelo y el cuerpo
de medida (11) están agrupados en un espacio de medida virtual
(10).
5. Dispositivo según la reivindicación 3 ó 4,
caracterizado porque el espacio de medida (10) presenta una
relación de 1:1 con respecto al vehículo.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
3 a 5, caracterizado porque el suelo de medida plano (1) está
provisto de marcaciones de medida concéntricas (4) alrededor de un
punto central.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
3 a 6, caracterizado porque el suelo de medida (1) está
dividido uniformemente en varios sectores alrededor del punto
central.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones
3 a 7, caracterizado porque el cuerpo de medida (11) está
configurado en forma tridimensional y con simetría radial alrededor
de un punto central, y presenta una sección transversal de forma
parabólica con varios anillos de marcación (15) sobre la superficie
(12) del cuerpo de medida vuelta hacia el punto central, estando
configurada la forma parabólica de modo que los anillos de
marcación (15) estén dispuestos a una distancia adecuada uno de
otro e indiquen al mismo tiempo una diferencia angular uniforme al
unir puntos de anillos
contiguos y diferentes (15) con el punto central por medio de rayos de medida y al medir el ángulo entre dos rayos.
contiguos y diferentes (15) con el punto central por medio de rayos de medida y al medir el ángulo entre dos rayos.
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque el cuerpo de medida (11) que rodea al
vehículo (2) a medir está conformado en sección transversal de modo
que unos anillos concéntricos (15), además de presentar unos saltos
constantes de los datos angulares, presentan también, como
marcaciones de medida sobre la superficie (12) del cuerpo de medida
(11) vuelta hacia el vehículo (2), unos saltos constantes en el
radio asignado respecto del punto central, y una curva interior de
la sección transversal está configurada de conformidad con una
función tangente.
10. Dispositivo según la reivindicación 8 ó 9,
caracterizado porque el cuerpo de medida (11), en su centro
en el que están dispuestos el vehículo (2) a medir y de manera
correspondiente un punto ocular y un punto luminoso, está elevado
con respecto al entorno de dicho centro.
11. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque el cuerpo de
medida (11) está vaciado debajo del vehículo (2) y este vehículo
(2), incluyendo el punto ocular o luminoso (3) dispuesto en el
centro del cuerpo de medida (11), flota libremente en el
espacio.
12. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 3 a 11, caracterizado porque la fuente de
luz puntiforme (3) dispuesta en el espacio de medida (10) está
exactamente alineada con el punto central de dicho espacio de medida
(10).
13. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 3 a 12 anteriores, caracterizado porque se
utilizan unas paredes semitransparentes como ayudas de alineación
en el cuerpo de medida (11), alineándose con estas ayudas de
alineación primero el vehículo (2) y seguidamente un punto ocular o
luminoso (3).
14. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 3 a 13 anteriores, caracterizado porque la
fuente de luz (3) posee un cono de luz limitado y definido.
15. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 3 a 14 anteriores, caracterizado porque en
el modelo virtual se emplean fuentes de luz (3) con color de luz
diferente.
16. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 3 a 15 anteriores, caracterizado porque el
espacio de medida (10) está provisto de anillos de medida (4, 15)
y de medidas realizados por fresado físico virtual, y la cavidad
del fresado está provista de un color rico en contraste.
17. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 3 a 16, caracterizado porque
- -
- la fuente de luz puntiforme (2) es colocada en el eje de giro vertical de un arma de cañón o de otra arma apuntable y
- -
- con una trayectoria de los rayos a través del eje del ánima del cañón.
18. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 3 a 17, caracterizado porque se utiliza como
ordenador un aparato de cálculo o un ordenador personal tomado del
sector del diseño asistido por ordenador (CAD).
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