Начертательная геометрии и инженерная графика Преобразование комплексного чертежа Плоскости и их проекции Конические сечения Компьютерная графика

Начертательная геометрии и инженерная графика

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА

Общие положения

Развитие вычислительной техники, систем программирования и техни­ческих средств отображения графической информации с числовым програм­мным управлением привело к созданию средств автоматизированного конс­труирования, выполнения чертежей, генерации наглядных изображений – компьютерной графике.

Компьютерная графика – это совокупность средств и приемов, обеспе­чивающих автоматизацию процессов подготовки, преобразования, хранения и воспроизведения графической информации с помощью ЭВМ.

Первые работы по компьютерной графике относятся к первым дням ис­пользования ЭВМ, когда для вывода простейших рисунков были использованы устройства для получения твердых копий – телетайпы, АЦПУ. Дальнейшее развитие вычислительной техники позволило частично автоматизировать чертежные и другие виды работ с большим объемом графического материала в таких областях промышленности, как изготовление ЭВМ, автомобилестроение, авиационная и космическая техника.

В нашей стране первые работы по АВЧ были выполнены препо­давателями кафедр инженерной графики вузов – МВТу, МАИ, МАДИ, МЭИ, многих вузов украины, Прибалтики, Закавказья, урала, сибири и других регионов бывшего ссср, а также сотрудниками НИИ и КБ промышленности.

Однако повсеместное использование достижений компьютерной графики сдерживалось рядом причин: высокой стоимостью специального графического оборудования, потребностью в большом объеме памяти ЭВМ для работы с графическими базами данных, необходимостью создания сложных программ для обеспечения обработки изображений в режиме диалога.

В настоящее время многие из этих трудностей удалось преодолеть, и компьютерная графика стала доступна широкому кругу специалистов. Из­вестный американский ученый Ликлайдер заметил, что потенциальные воз­можности компьютерной графики грандиозны, ограничения зависят только от нашей фантазии: чем она богаче, тем полнее раскрываются ее возможности.

Развитие компьютерной графики позволило создать системы автомати­зированного проектирования (САПР). В основе идеологии САПР заложен тезис "computer aided design" cad (проектирование с помощью ЭВМ). Аббревиатуру САПР впервые использовал основоположник этого научного направления Айзен Сазерленд в своих лекциях, прочитанных в Массачусет­ском технологическом институте в начале 60 годов.

В нашей стране в соответствии с ГОСТ 23501.0 – 79 – 23501.3 – 79 САПР представляет собой человеко-машинную систему, позволяющую на базе ЭВМ автоматизировать определенные функции, выполняемые человеком, с целью повышения темпов и качества проектирования.

При автоматизированном проектировании конструктором создается «электронный» эквивалент чертежа, а вместо карандаша и бумаги используется экран графического дисплея и устройство ввода. Подготовленный чертеж записывается на магнитный диск, а затем вычерчивается графопостроителем.

Двухмерные и трехмерные системы компьютерной графики

В настоящее время в компьютерной графике при разработке объектов проектирования широко распространены две системы: двухмерного и трехмерного моделирования.

В двухмерных системах любая из проекций ортогонального чертежа распознается графической системой как плоский элемент, ограниченный не­которым количеством точек с определенными координатами Х и Y. Двух­мерные системы имеют следующие относительные ограничения:

распознают геометрические формы, определяемые точками, прямыми или кривыми, только на плоскости;

не умея обрабатывать трехмерные формы, не могут автоматически генерировать дополнительные виды тех форм, которые уже построены на экране дисплея.

Двухмерные системы более примитивны, чем трехмерные, однако они довольно широко применяются и имеют сравнительно небольшую стоимость. С помощью двухмерных систем создается большинство конструкторских чертежей изделий в ортогональной проекции.

В трехмерных системах допускается использование координат X, Y и Z, что позволяет обрабатывать объемные изображения и воспроизводить их проекции на экране с различных направлений наблюдения. Трехмерные системы обеспечивают такую дисциплину работы с тремя координатами, при которой любое изменение (например, добавление элементов) одного вида автоматически приводит к соответствующим изменениям на других видах.

Трехмерное моделирование особенно успешно применяется, например, для создания сложных чертежей при проектировании размещения заводского оборудования, трубопроводов для различных сооружений.

Методы трехмерного моделирования делятся на три категории: каркасное, поверхностное и твердотельное (сплошное).

Каркасная модель полностью описывается в терминах точек и линий. Каркасное моделирование представляет собой моделирование самого низкого уровня и имеет ряд серьезных ограничений, большинство из которых возникает из-за недостатка информации о гранях, заключенных между лини­ями, и невозможности выделить внешнюю и внутреннюю области изображения твердого объемного тела.

Главным фактором в ограничении применения каркасных поверхностей является неоднозначность распознавания ориентации и видимости граней каркасного изображения. В отличие от твердотельной, в каркасной модели нельзя отличить видимые грани геометрической формы от невидимых (скрытых).

Однако каркасная модель требует гораздо меньше памяти, чем другие модели, и может быть использована для построения изображений объектов простых форм.

Поверхностная модель определяется с помощью точек, линий и поверхностей. Таким образом, ее можно рассматривать как модель более высокого уровня, чем каркасная модель, и, следовательно, как более гибкую и многофункциональную. Поверхностное моделирование позволяет распознавать и изображать сложные криволинейные грани и обеспечивать средство по­лучения тоновых трехмерных изображений, особые построения на поверх­ностях, например, отверстия.

Несмотря на целый ряд достоинств метода поверхностного модели­рования, его применение ограничено из-за недостатков и, прежде всего, из-за сложности процедуры удаления невидимых линий и отображения внутренних областей.

Твердотельная модель описывается в терминах того трехмерного объ­ема, который занимает определяемое моделью тело. Таким образом, твердо­тельное моделирование является единственным средством, которое обе­спечивает полное однозначное описание трехмерной геометрической формы. Этот способ моделирования представляет собой самый современный и наиболее мощный из трех разработанных методов.

Развитие разработки по визуализации в будущем может быть связано с применением голографии – особого способа получения «реального» трех­мерного изображения без использования экрана.

Широкое внедрение cad/caМ систем затрагивает не только про­мышленность, но и область образования. Сегодня высшие учебные заведения уделяют большое внимание применению компьютерных технологий при обучении студентов основам начертательной геометрии и конструирования.


Комплексный метод расчета цепей