Перцептивные изображения автомобильных дорог

Теоретический анализ пространственной плавности трассы дает возможность с достаточной степенью точности оценить ее соответствие принятым критериям. Однако приемы увязки дороги с ландшафтом установлены пока лишь в общих формулировках, а качество размещения дороги на местности во многом зависит от опыта и эстетического вкуса проектировщика. Для получения наглядного представления о виде дороги после ее постройки прибегают к построениям методами начертательной геометрии перспективных изображений отдельных участков при взгляде с характерных точек местности, а также изготовлению моделей участков дороги. При анализе удовлетворения дорогой требованиям ландшафтной архитектуры прибегают к фотомонтажу - помещению на фотографию местности, снятую с места стоянки наблюдателя, построенного в масштабе фотоснимка перспективного изображения дороги.

К недостаткам анализа перспективных изображений, построенных по законам центральной проекции (к которым, кстати, относится и фотография), является несоответствие перспективных изображений и информации, получаемой при непосредственном зрительном восприятии человека. Поэтому возникла необходимость внесения корректив в пространственные параметры центральных проекций с учетом психофизических критериев восприятия человеком окружающей среды. При очевидных достоинствах компьютерных перспектив (и киноперспектив), построенных по законам центральной проекции, они не могут дать полного представления о будущем объекте без учета его психофизиологического (перцептивного) восприятия.

В работах российских и зарубежных ученых и, прежде всего, в работах академика Б.В. Раушенбаха на основе анализа живописных полотен и физических экспериментов по психологии зрительного восприятия и математических исследований разработана научная теория перцептивной проекции (percept - воспринимать), а также получены методы построения плоских перцептивных изображений. Результаты исследований академика Б.В. Раушенбаха учитывают сложные процессы зрительного восприятия, основанные на согласованной работе мозга человека и глаза. Сетчатка глаза человека фиксирует классическую центральную проекцию местности и находящихся на ней объектов (в том числе и автомобильных дорог), однако мозг преобразует эту информацию таким образом, что наблюдатель воспринимает ее совсем не такой, как это представлял себе проектировщик. Перцептивная проекция, хотя и не полностью совпадает по своим геометрическим параметрам с наблюдаемым пространством, но с большей степенью достоверности передает на плоскости то, что воспринимает наблюдатель на местности.

Использованию перцептивных проекций при ландшафтном проектировании автомобильных дорог посвящены исследования проф. А.И. Метелкина и канд. техн. наук С.Д. Шерстикова, выполненные в Воронежском инженерно-строительном институте (Шерстиков С.Д. Разработка методики ландшафтно-архитектурной проработки проектов автомобильных дорог с применением перцептивных проекций, фотограмметрии и ЭВМ: Дисс. канд. техн. наук. - М.: Союздорнии, 1992. Метелкин А.И., Борисович А.Ю., Шерстиков С.Д. Применение перцептивных проекций при архитектурно-ландшафтном проектировании объектов // Изв. вузов. Стр-во и арх. - Новосибирск, 1991. - №4).

Рис. 34.3. Совмещенные изображения участка автомобильной дороги Минск-Брест, выполненные в центральной и перцептивной проекциях

Степень несоответствия изображения автомобильной дороги в центральной проекции зрительному восприятию наблюдателя можно оценить при анализе изображения проектируемого участка автомобильной дороги Минск-Брест, полученные в проектном институте «Белремдорпроект» (рис. 34.3). Одно изображение получено в центральной проекции (тонкие линии), другое - в перцептивной (толстые линии). Как видно, объекты среднего и дальнего плана наблюдатель воспринимает на местности увеличенными и приподнятыми по сравнению с классической центральной проекцией или фотографией. Результаты анализа зрительной плавности и ясности автомобильных дорог по ведущим линиям с использованием центральной и перцептивной проекций существенно расходятся. Так, представленные на рис 34.3 изображения, дают значения видимого радиуса кривизны R_a и видимой ширины В_a в экстремальной точке соответственно для центральной и перцептивной проекций: R_a = 3, В_a = 2,06 и R_an = 67, В_an = 4,8.

Математические формулы для расчета перцептивных проекций могут быть получены в соответствии с рис. 34.4. На расстоянии r от наблюдателя перпендикулярно главному лучу зрения расположен отрезок L, а на расстоянии r_к перед наблюдателем - картинная плоскость N, тогда l_c и l_р будут соответственно величины центральной и перцептивной проекций отрезка L на картинную плоскость, а j_с и j_р - их угловые величины.

Рис. 34.4. Схема к выводу расчетных формул для построения перцептивной проекции

Обычно перцептивные изображения участков автомобильных дорог лежат в пределах конуса четкого видения с j_с £ 3°, для которого механизм возникновения перцептивного изображения характеризуется величинами L, l_c, l_р, j_с, j_р, связанными соотношениями:

l_р = R_(r)l_c; R_(r) = R₀f(r), где

R₀ - коэффициент преобразования на расстоянии r₀;

R_(r) - коэффициент перцептивного искажения;

f(r) - функция Б.В. Раушенбаха, определяемая на основе экспериментальных данных:

где

a, b, п - коэффициенты, определяемые экспериментально, а расстояние r₀ зависит от дальности «четкого зрения». При r₀ = 20 м; а = 0,25; b = 0,7; n = 5.

Для отрезков, выходящих за пределы конуса «четкого видения» при 3° < j_с £ 30°, их разбивают на более мелкие части и переходят к пределу интегральных сумм.