Об истории возникновения графических способов изображений и чертежа

Курс лекций

по дисциплине

«Инженерная компьютерная графика»

 

Курс лекций

по дисциплине «Инженерная компьютерная графика»

Пояснительная записка

Введение

Лекция 1.Системы автоматизированного проектирования в решении важнейших технических проблем.

Лекция 2. Системы двумерного автоматизированного проектирования.

Лекция 3. Разработка моделей с использованием систем трехмерного проектирования.

Лекция 4.. Основные сведения по оформлению чертежей.

Лекция 5. Основы геометрических построений.

Лекция 6. Изображения в ортогональных проекциях: виды, разрезы, сечения.

Лекция 7. Метод проекций. Эпюр Монжа.

Лекция 8. Плоскость. Способы преобразования проекций.

Лекция 9. Схема, ее назначение и содержание. Общие правила выполнения электрических схем.

Лекция 10. Правила выполнения схемы объектов сетевой инфраструктуры.

Лекция 11. Функциональные возможности графических систем. Программа КОМПАС-График.

Лекция 12. Основные принципы моделирования в графических системах. Программа КОМПАС-3D.

Список литературы

 

 

Пояснительная записка

Инженерная компьютерная графика относится к циклу общепрофессиональных учебных дисциплин, составляющих основу подготовки специалистов по специальности «Компьютерные сети».

Цель изучения теоретической части дисциплины состоит в том, чтобы приобрести знания в области средств инженерной и компьютерной графики; методов и приемов выполнения схем электрического оборудования и объектов сетевой инфраструктуры; основных функциональных возможностей современных графических систем; моделирования в рамках графических систем.

Знания, приобретенные при изучении теоретической части дисциплины, необходимы как при изучении общепрофессиональных дисциплин, так и в последующей профессиональной деятельности.

Учебное пособие «Курс лекций по дисциплине «Инженерная компьютерная графика», часть 1 составлено в соответствии с программой учебной дисциплины «Инженерная компьютерная графика» для студентов второго курса специальности 230111 «Компьютерные сети».

 

Введение

Что такое чертеж?

2. Об истории возникновения графических способов изображений и чертежа.

3. Материалы, принадлежности, чертежные инструменты.

4. Организация рабочего места при выполнении графических работ.

5. Вопросы и задания.

Что такое чертеж?

Чертеж — это документ, содержащий изображение изделия (электрической схемы или архитектурного сооружения), а также другие данные (размеры, масштаб, технические требования), необходимые для его изготовления (строительства) и контроля.

Например, для того чтобы изготовить деталь «Рамка», надо знать ее форму, размеры, материал, из которого она будет изготовлена. Все перечисленные данные должен содержать чертеж (рис. 1).

На чертежах изображаются различные изделия: детали (например: линейка, спица), сборочные единицы (например: валик для малярных работ, авторучка), комплекты (например: набор столярных инструментов, набор фломастеров), комплексы (например: токарно-фрезерный цех, луноход).

Изделие — любой предмет или набор предметов, подлежащих изготовлению.

Деталь (от фр. detail) — изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала, без применения сборочных операций. Например, вязальная спица является деталью, поскольку она изготовлена из однородного материала — алюминиевого сплава, без применения каких-либо сборочных операций (свинчивание, клепка).

Сборочная единица — изделие, составные части которого подлежат соединению между собой сборочными операциями (свинчиванием, клепкой, сваркой, сшиванием). Например: автомобиль, станок.

Комплект (от лат. completus — полный) — набор каких-либо предметов, отвечающих определенному назначению. Например: маникюрный набор, готовальня, персональный компьютер.

Комплекс (от лат. complexus — связь, сочетание) — совокупность чего-либо (изделий, зданий), образующих одно целое. Например, градостроительный комплекс или системный блок.

Все перечисленные виды изделий вы сможете изобразить, если овладеете методами и правилами выполнения и оформления технической документации. А если это не потребуется для будущей специальности, то что же даст каждому из вас изучение предмета? Ответ прост: изучение ИКГ будет способствовать развитию образного и логического мышления, сообразительности, внимания, усидчивости и аккуратности, так необходимых людям различных профессий. Кроме того, знание чертежа позволит вам осуществлять мелкий ремонт бытовых приборов в домашних условиях.

 

 

Лекция 1

Системы автоматизированного проектирования

В решении важнейших технических проблем

Значение автоматизированного проектирования

Основные сведения об автоматизированном проектировании.

Структура САПР

Основные принципы создания САПР

Специализированные САПР

6. Вопросы и задания

Структура САПР

Система автоматизированного проектирования представляет собой организационно-технический комплекс, состоящий из большого числа подсистем и компонентов. Подсистемы являются основными структурными звеньями САПР и различаются по назначению и по отношению к объекту проектирования.

Существующий отечественный и зарубежный опыт в области автоматизации проектирования свидетельствует о том, что разработка, внедрение и эффективное использование программных комплексов, предназначенных для автоматизации процесса проектирования и реализуемых на базе современных ЭВМ, требуют комплексного решения широкого спектра проблем: организационных, технических, математических, программных, лингвистических, информационных и др. Решение тих проблем базируется на соответствующих видах обеспечения.

САПР включает в себя следующие виды обеспечения:

· техническое — устройства вычислительной и организационной техники, средства передачи данных, измерительные и другие устройства или их сочетания;

· математическое — методы, модели, алгоритмы;

· программное — документы с текстами программ, программы на машинных носителях и эксплуатационные документы;

· информационное — документы, содержащие описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов, комплектующих изделий, материалов и другие данные, а также файлы и блоки данных на машинных носителях с записью указанных документов;

· методическое — документы, в которых отражены состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектирования;

· лингвистическое — языки проектирования, терминология;

· организационное — положения, инструкции, приказы, штатные расписания, квалификационные требования и другие документы, регламентирующие организационную структуру подразделений и их взаимодействие с комплексом средств автоматизации проектирования.

Основными структурными элементами САПР являются подсистемы, которые подразделяются на проектирующие и обслуживающие. К проектирующим относят подсистемы, выполняющие проектные процедур и операции, например расчетную, чертежно-графическую, подсистему подготовки носителей для станков с числовым программным управлением (ЧПУ) и автоматизированных линий (например, раскроя листов электротехнической стали или сварки металлоконструкций баков в трансформаторостроении). К обслуживающим относят подсистемы, предназначенные для поддержания работоспособности проектирующих подсистем, например подсистему управления данными и др.

В зависимости от отношения к объекту проектирования также различают объектно-ориентированные и объектно-независимые инвариантные) системы.

Специализированные САПР

При неавтоматизированном проектировании все процессы выполняются человеком, при автоматическом — ЭВМ. Особенностью автоматизированного проектирования является то, что проектирование ведется в интерактивном режиме, при этом процессы синтеза при проектировании предпочтительно выполняются человеком, процессы анализа — ЭВМ. В разнообразных по уровню организации, сложности и классу решаемых задач САПР эта особенность сохраняется. В настоящее время различают следующие системы автоматизированного проектирования:

Уникальные системы межотраслевого характера, создаваемые для решения крупнейших народнохозяйственных задач. Такие системы, как правило, имеют короткий “жизненный” цикл, определяемый временем проектирования уникального изделия.

Крупные системы отраслевого значения. Наиболее характерными отличительными особенностями ОСАПР являются:

· возможность решения определенного круга задач, возникающих при проектно-конструкторских работах с заданным классом объектов;

· наличие отраслевой базы данных, создание которой, как правило, оказывается возможным на основе специализированного банка данных;

· наличие единого проблемно-ориентированного языка проектирования, доступного соответствующим специалистам (проектировщикам, конструкторам) каждого предприятия отрасли;

· отработка единой отраслевой автоматизированной технологии принятия проектных решений на основе ОСАПР.

Разработка ОСАПР носит выраженную отраслевую специфику, что открывает возможность создания и развития инвариантного ядра отраслевой САПР. Это ядро можно представить как базовую систему автоматизированного проектирования (БаСАПР), позволяющую генерировать САПР конкретных объектов.

Существенным достоинством отраслевого принципа БаСАПР следует считать то обстоятельство, что создаваемые с ее помощью конкретные САПР будут построены в одном базисе, на единой методологической основе. Это обеспечивает возможность использования программного обеспечения различными САПР, обмена информацией между отдельными САПР, взаимной увязки проектных решений, распространения опыта специалистов внутри отрасли.

Главным отличием БаСАПР является качественно новый принцип ее функционирования, заключающийся в генерации промышленных САПР путем настройки базовых компонентов системы на конкретный класс проектируемых объектов с последующим их дополнением, обеспечивающим функциональную полноту конкретной САПР, что предопределяет ее высокую эффективность, надежное и быстрое внедрение на предприятиях отрасли. В этом случае даже относительно некрупная проектная организация с помощью БаСАПР получает возможность использовать самые совершенные и современные методы и средства автоматизированного проектирования.

В настоящее время находят распространение специализированные интегрированные системы автоматизированного проектирования, в которых предусматривается полная автоматизация всех расчетных и чертежных работ, а также технологической подготовки производства (проектирования технологической оснастки, определения оптимальных маршрутов, выбора оборудования и инструмента и др.). Кроме того, в них предусматривается полная или частичная автоматизация изготовления всей необходимой документации (чертежей, таблиц, текстов и др.).

Интегрированные САПР должны:

· охватывать все этапы проектирования от ввода описания проектируемого объекта до получения проектно-технической документации (интеграция по глубине);

· иметь на отдельных этапах альтернативные алгоритмы и программы, позволяющие формировать наиболее экономичные и достаточно адекватные математические модели в соответствии с конкретными условиями проектирования, выбирать различные математические методы для решения заданной задачи (интеграция по ширине);

· иметь систему управления проектированием, а также интегрированную базу данных;

· быть приспособленными для тиражирования в различных проектных организациях.

Локальные автономные системы автоматизированного проектирования решают отдельные частные задачи: конкретные проектно-конструкторские расчеты, определенные виды чертежно-графических работ и др. По существу локальные САПР являются подсистемами и входят в системы более высокого уровня иерархии

Лекция 2

Введение

Виды САПР

3. Типы САПР

4. Требования к САПР

5. Вопросы и задания

Введение

По мнению ведущих мировых аналитиков, основными факторами успеха в современном промышленном производстве являются: сокращение срока выхода продукции на рынок, снижение ее себестоимости и повышение качества. К числу наиболее эффективных технологий, позволяющих выполнить эти требования, принадлежат так называемые CAD/CAM/CAE-системы (системы автоматизированного проектирования, технологической подготовки производства и инженерного анализа).

Необходимость автоматизации всех этапов проектирования, подготовки производства, выпуска продукции в рамках единого решения по управлению предприятием, осознает сейчас подавляющее большинство руководителей отечественных промышленных предприятий. Постепенно это становится залогом удержания своих позиций не только на мировом, но уже и на внутреннем рынке.

Свое начало термин САПР (Система Автоматизированного Проектирования) берет в 1970-х годах. САПР или CAD (Computer-Aided Design) обычно используются совместно с системами автоматизации инженерных расчетов и анализа CAE (Computer-aided engineering). Данные из СAD-систем передаются в CAM (Computer-aided manufacturing) – систему автоматизированной разработки программ обработки деталей для станков с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем)).

Под термином «САПР для машиностроения» в нашей стране обычно подразумеваются пакеты, выполняющие функции CAD/CAM/CAE/PDM, т. е. автоматизированного проектирования, подготовки производства и конструирования, а также управления инженерными данными.

Первые CAD-системы появились еще на заре вычислительной техники – в 60-х годах. Именно тогда в компании General Motors была разработана интерактивная графическая система подготовки производства, а в 1971-м ее создатель – доктор Патрик Хэнретти (его называют отцом САПР) – основал компанию Manufacturing and Consulting Services (MCS), оказавшую огромное влияние на развитие этой отрасли. По мнению аналитиков, идеи MCS составили основу почти 70% современных САПР.

На начальном этапе пользователи CAD/CAM/CAE-систем работали на графических терминалах, присоединенных к мэйнфреймам производства компаний IBM и Control Data, или же мини-ЭВМ PDP/11 (от Digital Equipment Corporation) и Nova (производства Data General). Большинство таких систем предлагали фирмы, продававшие одновременно аппаратные и программные средства (в те годы лидерами рассматриваемого рынка были компании Applicon, Auto-Trol Technology, Calma, Computervision и Intergraph). У мэйнфреймов того времени был ряд существенных недостатков. Например, при разделении системных ресурсов слишком большим числом пользователей нагрузка на центральный процессор увеличивалась до такой степени, что работать в интерактивном режиме становилось трудно. Но в то время пользователям CAD/CAM/CAE-систем ничего, кроме громоздких компьютерных систем с разделением ресурсов (по устанавливаемым приоритетам), предложить было нечего, т.к. микропроцессоры были еще весьма несовершенными.

В начале 80-х годов, когда вычислительная мощность компьютеров значительно выросла, на сцену вышли первые CAM-пакеты, позволяющие частично автоматизировать процесс производства с помощью программ для станков с ЧПУ, и CAE-продукты, предназначенные для анализа сложных конструкций.

Таким образом, к середине 80-х системы САПР для машиностроения обрели форму, которая существует и сейчас. Но наиболее бурное развитие происходило в течение 90-х годов – к тому времени на поле вышли новые игроки «средней весовой категории».

Усиление конкуренции стимулировало совершенствование продуктов: благодаря удобному графическому интерфейсу значительно упростилось их использование, появились новые механизмы твердотельного моделирования ACIS и Parasolid, которые сейчас используются во многих ведущих САПР, значительно расширились функциональные возможности.

Можно сказать, что переход в новый век стал для рынка САПР переломным моментом. В такой ситуации на первый план вышли две основные тенденции – слияние компаний и поиск новых направлений для роста. Яркий пример первой тенденции – покупка компанией EDS в 2001 г. двух известных разработчиков тяжелых САПР – Unigraphics и SDRC, а второй – активное продвижение концепции PLM (Product Lifecycle Mana-gement), подразумевающей управление информацией об изделии на протяжении всего его жизненного цикла.

Виды САПР

Типы САПР

1. САПР двумерного проектирования — «2D-3D Легкие — Нижний уровень»

Эти САПР служат для выполнения почти всех работ с двумерными чертежами и имеют ограниченный набор функций по трехмерному моделированию. С помощью этих систем выполняются порядка 90% всех работ по проектированию. Хотя имеющиеся ограничения делают их не всегда довольно удобными. Область их работы — создание чертежей отдельных деталей и сборок. Платой за возросшие возможности является усложнение интерфейса и меньшее удобство в работе. Характерные представители таких САПР — AutoCAD, CADdy, CADMECH Desktop, MasterCAM, T-FlexCAD, OmniCAD, Компас-График.

2. САПР объемного моделирования «3D — Средний уровень»

По своим возможностям они полностью охватывают САПР «легкого веса», а также позволяют работать со сборками, по некоторым параметрам они уже не уступают тяжелым САПР, а в удобстве работы даже превосходят. Обязательным условием является наличие функции обмена данными (или интеграции). Это не просто программы, а программные комплексы, в частности, SolidWorks SolidEdge, Cimatron, Form-Z, Autodesk Inventor, CAD SolidMaster, и все еще продолжающий развиваться, Mechanical Desktop, DesignSpace.

3. САПР объемного моделирования «3D Тяжелые — Верхний уровень»

Эти системы применяются для решения наиболее трудоемких задач - моделирования поведения сложных механических систем в реальном масштабе времени, оптимизирующих расчетов с визуализацией результатов, расчетов температурных полей и теплообмена и т.д. Обычно в состав системы входят как чисто графические, так и модули для проведения расчетов и моделирования, постпроцессоры для станков с ЧПУ. К сожалению, эти самые мощные САПР наиболее громоздки и сложны в работе, а также имеют значительную стоимость. Примерами «тяжелых» САПР могут служить такие продукты, как ADAMS, ANSYS, CATIA, EUCLID3, Pro/ENGINEER, UniGraphics.

Стоимость всех САПР соотносятся по уровням следующим образом:

· Нижний: $500-$2000 за рабочее место (AutoCAD, AutoCAD LT, Компас);

· Средний: $2000-$20000 (Inventor, Mechanical Desktop, SolidWorks);

· Верхний: более $20000 (ProEngeneer, Unigraphics).

САПР «тяжелого» уровня не оптимальны для выпуска и корректировки конструкторской документации, которая по-прежнему составляет максимальную долю затрат на проектирование изделия. По мнению экспертов, количество рабочих мест таких САПР должно составлять приблизительно 5-10% от общего количества рабочих мест. Эта цифра подтверждается примерами наиболее успешных внедрений САПР на отечественных предприятиях, например, в САПР ЦКБ МТ «Рубин».

В настоящее время наиболее распространены следующие типы САПР для автоматизированного проектирования в машиностроении:

· системы автоматизированного черчения CADD (Computer Aided Design and Drafting, «компьютерная помощь в разработке и проектировании»);

· системы автоматизированного построения технологических процессов CAM (Computer Aided Mechanical Process, «компьютерная помощь в механообработке»);

· системы автоматизации инженерных расчетов CAE (Computer Aided Engineering, «компьютерная помощь в инженерных расчетах) и трехмерного моделирования» (в том числе геометрического);

· системы САПР для подготовки данных для станков с ЧПУ (постпроцессоры);

· специализированные САПР (например для проектирования коробок передач);

· интегрированные системы, включающие в себя несколько вышеперечисленных.

Требования к САПР

В зависимости от области применения требования к САПР сильно отличаются, но можно выделить основные:

1. Система должна быть открытой, т.е. пользователь должен иметь возможность настраивать и надстраивать систему в зависимости от своих нужд. Например, пользователь может подключать свои программные модули, написанные на языках программирования высокого уровня.

2. Система должна работать со стандартными протоколами обмена и хранения информации. Обязательна поддержка ГОСТ и ЕСКД (для конструкторских САПР). Крайне желательно наличие функций моделирования и параметрического проектирования.

3. Желательно, чтобы система функционировала на различных аппаратных и программных платформах.

4. Системой должна поддерживаться работа над проектом в многопользовательском режиме.

5. Необходима интеграция САПР в единую систему электронного документооборота и архива предприятия.

Вопросы и задания

Лекция 3

Моделирование

Моделирование сцены (виртуального пространства моделирования) включает в себя несколько категорий объектов:

· Геометрия (построенная с помощью различных техник (напр., создание полигональной сетки) модель, например здание);

· Материалы (информация о визуальных свойствах модели, например цвет стен и отражающая/преломляющая способность окон);

· Источники света (настройки направления, мощности, спектра освещения);

· Виртуальные камеры (выбор точки и угла построения проекции);

· Силы и воздействия (настройки динамических искажений объектов, применяется в основном в анимации);

· Дополнительные эффекты (объекты, имитирующие атмосферные явления: свет в тумане, облака, пламя и пр.)

Задача трёхмерного моделирования — описать эти объекты и разместить их в сцене с помощью геометрических преобразований в соответствии с требованиями к будущему изображению.

Назначение материалов: для сенсора реальной фотокамеры материалы объектов реального мира отличаются по признаку того, как они отражают, пропускают и рассеивают свет; виртуальным материалам задается соответствие свойств реальных материалов — прозрачность, отражения, рассеивания света, шероховатость, рельеф и пр.

Наиболее популярными пакетами сугубо для моделирования являются:

· Pixologic Zbrush;

· Autodesk Mudbox;

· Robert McNeel & Assoc. Rhinoceros 3D;

· Google SketchUp.

Для создания трехмерной модели человека или существа может быть использована, как прообраз (в большинстве случаев) Скульптура.

Текстурирование

Текстурирование подразумевает проецирование растровых или процедурных текстур на поверхности трехмерного объекта в соответствии с картой UV-координат, где каждой вершине объекта ставится в соответствие определенная координата на двухмерном пространстве текстуры.

Как правило, многофункциональные редакторы UV-координат входят в состав универсальных пакетов трехмерной графики. Существуют также автономные и подключаемые редакторы от независимых разработчиков, например Unfold3D magic, Deep UV, Unwrella и др.

Освещение

Заключается в создании, направлении и настройке виртуальных источников света. При этом, в виртуальном мире источники света могут иметь негативную интенсивность, отбирая свет из зоны своего "отрицательного освещения". Как правило, пакеты 3D графики предоставляют следующие типы источников освещения:

· Omni light (Point light) — всенаправленный

· Spot light — конический (прожектор), источник расходящихся лучей

· Directional light — источник параллельных лучей

· Area light (Plane light) — световой портал, излучающий свет из плоскости

· Photometric — источники света, моделируемые по параметрам яркости свечения в физически измеримых единицах, с заданной температурой накала

Существуют также другие типы источников света, отличающиеся по своему функциональному предназначению в разных программах трехмерной графики и визуализации. некоторые пакеты предоставляют возможности создавать источники объемного свечения (Sphere light) или объемного освещения (Volume light), в пределах строго заданного объёма. Некоторые предоставляют возможность использовать геометрические объекты произвольной формы.

Анимация

Одно из главных призваний трехмерной графики — придание движения (анимация) трехмерной модели, либо имитация движения среди трехмерных объектов. Универсальные пакеты трехмерной графики обладают весьма богатыми возможностями по созданию анимации. Существуют также узкоспециализированные программы, созданные сугубо для анимации и обладающие очень ограниченным набором инструментов моделирования:

· Autodesk Motionbuilder

· PMG Messiah Studio

Рендеринг

На этом этапе математическая (векторная) пространственная модель превращается в плоскую (растровую) картинку. Если требуется создать фильм, то рендерится последовательность таких картинок — кадров. Как структура данных, изображение на экране представлено матрицей точек, где каждая точка определена по крайней мере тремя числами: интенсивностью красного, синего и зелёного цвета. Таким образом рендеринг преобразует трёхмерную векторную структуру данных в плоскую матрицу пикселов. Этот шаг часто требует очень сложных вычислений, особенно если требуется создать иллюзию реальности. Самый простой вид рендеринга — это построить контуры моделей на экране компьютера с помощью проекции, как показано выше. Обычно этого недостаточно и нужно создать иллюзию материалов, из которых изготовлены объекты, а также рассчитать искажения этих объектов за счёт прозрачных сред (например, жидкости в стакане).

Существует несколько технологий рендеринга, часто комбинируемых вместе. Например:

· Z-буфер (используется в OpenGL и DirectX 10);

· Сканлайн (scanline) — он же Ray casting («бросание луча», упрощенный алгоритм обратной трассировки лучей) — расчёт цвета каждой точки картинки построением луча из точки зрения наблюдателя через воображаемое отверстие в экране на месте этого пиксела «в сцену» до пересечения с первой поверхностью. Цвет пиксела будет таким же, как цвет этой поверхности (иногда с учётом освещения и т. д.);

· Трассировка лучей (рейтрейсинг, англ. raytracing) — то же, что и сканлайн, но цвет пиксела уточняется за счёт построения дополнительных лучей (отражённых, преломлённых и т. д.) от точки пересечения луча взгляда. Несмотря на название, применяется только обратная трассировка лучей (то есть как раз от наблюдателя к источнику света), прямая крайне неэффективна и потребляет слишком много ресурсов для получения качественной картинки;

· Глобальное освещение (англ. global illumination, radiosity) — расчёт взаимодействия поверхностей и сред в видимом спектре излучения с помощью интегральных уравнений.

Грань между алгоритмами трассировки лучей в настоящее время практически стёрлась. Так, в 3D Studio Max стандартный визуализатор называется Default scanline renderer, но он считает не только вклад диффузного, отражённого и собственного (цвета самосвечения) света, но и сглаженные тени. По этой причине, чаще понятие Raycasting относится к обратной трассировке лучей, а Raytracing — к прямой.

SketchUp

Бесплатная программа SketchUp от Google позволяет создавать модели, совместимые с географическими ландшафтами ресурса Google Планета Земля, а также просматривать в интерактивном режиме на компьютере пользователя несколько тысяч архитектурных моделей, которые выложены на бесплатном постоянно пополняемом ресурсе Google Cities in Development (выдающиеся здания мира), созданные сообществом пользователей.

Системы моделирования

Существует четыре основных системы моделирования: полигональная, сплайновая, кусочная и параметрическая. Во многих программах поддерживаются все четыре вида, поскольку каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Полигональное моделирование — это основной тип моделирования, при котором трехмерные объекты рассматриваются только как группы многоугольников. Сплайновая технология более замысловата, но она предоставляет возможность работать с объектами независимо от их разрешения. Кусочное моделирование прекрасно подходит для создания органических объектов, а параметрическое — для быстрого и удобного изменения параметров объекта в процессе моделирования. Хотя в каждой отдельной программе реализуются различные подходы, в большинстве случаев поддерживаются две или более системы, что делает программу более многофункциональной.

Полигональное моделирование

Полигональное моделирование (polygonal modeling) — это самая первая разновидность трехмерного моделирования, которая появилась в те времена, когда для определения точек в трехмерном пространстве приходилось вводить вручную с клавиатуры координаты X, Y и Z. Как известно, если три или более точек координат заданы в качестве вершин и соединены ребрами, то они формируют многоугольник (полигон), который может иметь цвет и текстуру. Соединение группы таких полигонов позволяет смоделировать практически любой объект. Недостаток полигонального моделирования состоит в том, что все объекты должны состоять из крошечных плоских поверхностей, а полигоны должны иметь очень малый размер, иначе края объекта будут иметь ограненный вид (рис. 3.1). Это означает, что если для объекта на сцене предполагается увеличение, его необходимо моделировать с большим количеством полигонов (плотностью) даже несмотря на то, что большинство из них будут лишними при удалении от объекта.

Благодаря росту мощности процессоров и графических адаптеров, в графических программах наблюдается переход с полигонов на сплайны, и на данный момент уже существуют программы, абсолютно не поддерживающие полигональное моделирование. Тем не менее, благодаря огромной популярности трехмерных игр реального времени, полигональному моделированию было воздано по заслугам, поэтому многофункциональные средства редактирования полигонов постепенно преобразовываются в инструменты для работы со сплайнами.

Сплайновое моделирование

Пользователи, работавшие с такими программами двухмерного моделирования, как Illustrator или CorelDraw, наверняка знакомы с одним из основных средств, используемых в этих программах — сплайнами. Говоря техническим языком, сплайн (spline) — это, как правило, кривая линия, задаваемая контрольными точками. Одно из главных преимуществ сплайнового моделирования состоит в том, что оно не зависит от разрешения объекта, то есть теоретически существует возможность приближаться сколь угодно близко к объекту, не опасаясь эффекта ступенчатости. Сплайновое моделирование прекрасно подходит для создания сложных органических форм, таких как лица людей ли модели инопланетных летающих тарелок. Это связано с тем, что при подобном методе построения форм используются сглаженные и естественные кривые, а не ступенчатые и искусственные полигональные формы. Существует несколько видов сплайнов, к самым распространенным из которых относятся В-сплайны, сплайны Безье (Bezier) и NURBS.

Кусочное моделирование

При кусочном моделировании (patch modeling) для задания и изменения формы куска, представляющего собой пространственную решетку из сплайнов или полигонов, применяется сеть контрольных точек. Эти точки управления, также известные как контрольные вершины (control vertices — CV) оказывают на гибкую поверхность куска подобное магнитному влияние, при котором поверхность растягивается в том или ином направлении. Кроме того, куски можно и дальше подразделять на элементы для достижения большего разрешения и "сшивать" друг с другом, тем самым создавая сложные объемные поверхности. Так же, как и сплайновые, кусочные модели используются при создании органических форм.

Лекция 4

Основные сведения по оформлению чертежей

1. Введение.

2. Государственные стандарты ЕСКД.

3. Шрифт чертежный.

4. Типы линий.

5. Форматы

6. Основная надпись чертежа

7. Общие правила нанесения размеров на чертежах

8. Масштабы

9. Вопросы и задания

 

Введение

Условиями успешного овладения техническими знаниями являются умение читать чертежи и знание правил их выполнения и оформления. Чертеж является одним из главных носителей технической информации, без которой не обходится ни одно производство.

В настоящее время нельзя представить себе работу и развитие большинства отраслей народного хозяйства, а также науки и техники без чертежей. На вновь создаваемые приборы, машины, сооружения и разрабатываемые сети сначала разрабатывают чертежи (проекты). По ним определяют их достоинства и недостатки, вносят изменения в конструкцию. Только после обсуждения чертежей (проектов) изготавливают опытные образцы изделия или разрабатывают сетевую инфраструктуру. Рабочие, инженеры и техники должны уметь читать чертеж, чтобы понять как саму конструкцию, так и работу изображенного изделия, а также изложить свои технические мысли, используя чертеж. Чертежи широко используются и в учебных заведениях при изучении теоретических, общетехнических и специальных предметов.

Чертежом называется графическое изображение объекта (например, изделия) или его части на плоскости (чертежной бумаге, экране монитора и др.), передающее с определенными условностями в выбранном масштабе его геометрическую форму и размеры. В техническом черчении, объектами которого являются изделия и сооружения, применяются различные виды чертежей, представляющие собой отдельные конструкторские документы. Правила выполнения основных видов этих чертежей регламентируются государственными стандартами.

Целью изучения настоящего курса является успешное овладение начертательной геометрией, инженерной и компьютерной графикой, техническими знаниями и требованиями стандартов при выполнении, оформлении и чтении чертежей, навыками работы в системах автоматизированного проектирования, таких, как КОМПАС, AutoCAD, CorelDrow.

Изучение курса «Инженерная компьютерная графика» поможет студентам овладеть специальными учебными дисциплинами, расширит их технический кругозор и позволит осознано читать любую техническую литературу, содержащую чертежи и схемы, а также работать в системах автоматизированного проектирования.

Шрифт чертежный

Первый стандарт, с которым вы познакомитесь, устанавливает правила начертания букв, цифр чертежного шрифта, а также условных знаков, используемых на чертежах.

Стандарт устанавливает десять размеров шрифта: 1,8; 2,5; 3,5; 5; 7; 10; 14; 20; 28; 40. За размер шрифта принимается величина, определяющая высоту прописной (заглавной) буквы. Шрифт может быть выполнен как с наклоном в 75°, так и без наклона.

Начертание букв чертежного шрифта. Высота буквы измеряется перпендикулярно к основанию строки.

Прописные буквы. Высота прописной буквы (h) равна размеру шрифта. Нижние элементы букв Д, Ц, Щ и верхний элемент буквы Й выполняются за счет расстояний между строками. Толщину линии шрифта (d) выбирают равной 0,1 h. Используя названные параметры (h, 0,lh), выстраивают вспомогательную сетку, в которую вписывают буквы (рис. 23).

Ширина большинства прописных букв (g) равна 0,6h или 6d, что примерно соответствует размеру h ближайшего наименьшего номера шрифта. Исключение составляют буквы А, Д, М, X, Ц, Ы, Ю, ширина которы