Основные области применения

Научная графика — первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, производили их графическую обработку, строили графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Первые графики на машине получали в режиме символьной печати. Затем появились специальные устройства — графопостроители (плоттеры) для вычерчивания чертежей и графиков чернильным пером на бумаге. Современная научная компьютерная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов.

Деловая графика — область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчётная документация, статистические сводки — вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы. Программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц.

Конструкторская графика используется в работе инженеров-конструкторов, архитекторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом САПР (систем автоматизации проектирования). Средствами конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трёхмерные изображения.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ

Иллюстративная графика — это произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Пакеты иллюстративной графики относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения. Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.

Художественная и рекламная графика — ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видео уроки, видео презентации. Графические пакеты для этих целей требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и «движущихся картинок». Получение рисунков трёхмерных объектов, их повороты, приближения, удаления, деформации связано с большим объёмом вычислений. Передача освещённости объекта в зависимости от положения источника света, от расположения теней, от фактуры поверхности, требует расчётов, учитывающих законы оптики.

Компьютерная анимация — это получение движущихся изображений на экране дисплея. Художник создает на экране рисунки начального и конечного положения движущихся объектов, все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер, выполняя расчёты, опирающиеся на математическое описание данного вида движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определённой частотой, создают иллюзию движения.

Мультимедиа — это объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением. Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развлечений.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ

Технологии компьютерной графики

Двухмерная (2D — от англ. two dimensions — «два измерения») - компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую, хотя обособляют ещё и фрактальный тип представления изображений.

Векторная графика - представляет изображение как набор геометрических примитивов. Обычно в качестве них выбираются точки, прямые, окружности, прямоугольники, а также как общий случай, кривые некоторого порядка. Объектам присваиваются некоторые атрибуты, например, толщина линий, цвет заполнения. Рисунок хранится как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих набор примитивов. При воспроизведении перекрывающихся объектов имеет значение их порядок.

Растровая графика всегда оперирует двумерным массивом (матрицей) пикселей. Каждому пикселю сопоставляется значение — яркости, цвета, прозрачности — или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов.

Фрактал — объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.

Трёхмерная графика (3D — от англ. three dimensions — «три измерения») оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.

1.2 Среда моделирования

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ

Blender — свободный, профессиональный пакет для создания трёхмерной компьютерной графики, включающий в себя средства моделирования, анимации, рендеринга, постобработки и монтажа видео со звуком, компоновки с помощью «узлов» (Node Compositing), а также для создания интерактивных игр. В настоящее время пользуется наибольшей популярностью среди бесплатных 3D редакторов в связи с его быстрым и стабильным развитием, которому способствует профессиональная команда разработчиков.

Рисунок 1.1 – Логотип программы «Blender»

Blender был разработан как рабочий инструмент голландской анимационной студией NeoGeo (не имеет отношения к игровой консоли Neo-Geo). В июне 1998 года автор Blender’а, Тон Розендаль (Ton Roosendaal), основал компанию Not a Number (NaN) с целью дальнейшего развития и сопровождения Blender. Программа распространялась по принципу shareware.

В 2002 году компания NaN обанкротилась. Усилиями Тона Розендаля кредиторы соглашаются на изменение лицензии распространения Blender в пользу GNU GPL с условием единовременной выплаты 100 тысяч евро. 18 июля 2002 года началась программа по сбору спонсорских пожертвований на покрытие необходимой суммы. Уже 7 сентября 2002 года было объявлено о том, что необходимая сумма набрана, и о планах перевести в ближайшее время исходный код и сам Blender под лицензию GPL.

13 октября 2002 года компания Blender Foundation представила лицензированный под GNU GPL продукт.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ

В настоящее время Blender является проектом с открытым исходным кодом и развивается при активной поддержке Blender Foundation.

На основе даты создания первых файлов исходного кода 2 января 1994 года считается днём рождения Blender. В 2014 году ему исполнилось 20 лет.

Достоинства:

- бесплатность;

- открытый код;

- постоянное развитие;

- небольшой размер установщика;

- возможность создания игр;

- кроссплатформенность;

- большое количество модификаторов;

- возможность создания анимации;

- возможность риггинга (анимация с помощью «арматуры»);

- настройка фона;

- монтаж видео;

- скининг;

- трекинг видео;

- возможность работы с хромакеем.

Недостатки:

- отсутствие документации в базовой поставке, но её можно найти на сайте программы, и других источников;

- не очень хороший перевод интерфейса с английского на иные языки.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ

Рисунок 1.2 – Интерфейс программы «Blender»

Число пользователей Blender выросло до 500 000 человек по всему миру, и поддержка доступна практически в любой точке планеты. Многие пользователи осваивают Blender по статьям, созданным другими пользователями. Другие же пользуются тематическими форумами и получают информацию по ходу обсуждения. Популярный форум обсуждающих Blender — Blender Artists, ранее известный как elYsiun (http://www.blenderartists.org/forum/). Также для Blender доступны бесплатные, поддерживаемые сообществом, распределённые рендер-фермы.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ

1.3 Использование визуализации солнечной системы

Освоение космоса влечет за собой создание различных визуализации (Спутников, Планет) для того, чтобы у людей были общие и достоверные представления о космосе и об устройстве нашей солнечной системы.

Производство спутников, модулей космических станций, их доставка на орбиту ракетоносителями и кораблями многоразового использования, телеметрия, все это визуализируется в компьютерной 3D - графике. Так как наглядное представление работы той или иной системы может использоваться не только ради представления, но и в целях обучения. Для быстрого развития человечества в области освоения космоса, миру необходимо не только изучение околоземного пространства, но и как можно большее участие в изучении и освоении далеких и неизведанных уголков вселенной.

Исходя из выше сказанного, можно сказать, что компьютерная визуализация солнечной системы, а также других объектов вселенной, решает много задач в области представления и изучения космоса.

Рисунок 1.3 – Пример визуализации солнечной системы

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ

И в этой части важны все параметры визуализации, не только их достоверность и точность, но и наглядность. С целью повышения презентабельности 3D - визуализации недостаточно одних расчетов и выкладок, необходимо применение современных технологий компьютерной графики для иллюстрации ожидаемых результатов проекта.

Таким образом, использование компьютерной визуализации солнечной системы позволит существенным образом ускорить процесс обучения персонала в космической индустрии, а также наглядно показать людям устройство нашей солнечной системы.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ

2 Практическая часть

2.1 Исследование визуализации солнечной системы

Построение визуализации реализовано в программе Blender 2.76, c помощью всех современных средств которые предоставляет эта программа.

Добавление объектов на сцену выполнено в виде графических примитивов (сфер), в необходимом количестве. С помощью режима редактирования можно изменить их свойства, такие как размер и место расположения. В режиме «Compositing» с применением нодов были заданы все необходимые свойства объектам (сферам).

Рисунок 2.1– Применение нодов

В режиме «Animation» создана анимация ко всем объектам в сцене и с помощью эффекта «Environment Texture» была реализована окружающая картина вселенной.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ

Рисунок 2.2 – Режим «Animation»

Исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод, что в итоге, создание визуализации солнечной системы в «Blender» очень подходит для достоверной и точной ее реализации.

2.2 Алгоритм

С помощью алгоритма представленного ниже, можно реализовать достоверную и реалистичную визуализацию солнечной системы.

Рисунок 2.3 – Алгоритм построения 3D – визуализации

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ

Данный словесный алгоритм подходит для полного описания визуализации солнечной системы.

2.3 Входные, выходные данные проекта

На представленных ниже таблицах, описываются входные и выходные данные проекта.

Таблица 2.1 – Входные данные

Имя объекта	Входные данные
Солнце	UV Сфера, координаты расположения, размер, яркость, масса, цвет, скорость вращения вокруг своей оси.
Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.	UV Сфера, координаты расположения, размер, масса, цвет, скорость вращения вокруг своей оси, скорость движения по орбите, траектория движения по орбите
Вселенная	фоновое изображение 3D сцены.

Таблица 2.2 – Выходные данные

Имя объекта	Выходные данные
Солнечная система	конечные файлы: png, mpeg, exe.

После инициализации всех входных данных и построения визуализации согласно алгоритму, на выходе получим выходные данные, указанные в таблице выше.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ

3 Экономическое обоснование проектного решения

3.1 Планирование работы над проектом

Рисунок 3.1 – Диаграмма Ганта

Таблица 3.1 – Анализ временных затрат разработки КП

	%
Общие (по средним показателям при создании ПП)	Для данной задачи
Трудозатраты планирование, составление требований детальное проектирование разработка тестирование и сопровождение		14,5 23,5 44,5 26,5
Временные затраты планирование, составление требований дополнительное проектирование и разработка тестирование и сопровождение		12,8 60,8 26,4

Таблица 3.2 – Расчет затрат по материалам

Наименование материалов и комплектующих	Единицы измерения	Количество	Цена за единицу (руб.)	Сумма затрат (руб.)
бумага	Лист
краска для картриджа	мл		1,5
Канцелярские расходы
Ручка	Штука
Папка	Штука
CD-RW	Штука
Прочие затраты
Интернет	Месяц
Итого:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ

3.2 Энергетические затраты

Время выполнения курсового проекта.

Т₁ = Т_Н1 × Т_Ч1 = 5×22=110 час.

Т_Н1- число недель курсового проектирования- 5 недель.

Т_Ч1- количество часов работы – 22 час.

Количество потраченной электроэнергии.

Э = Т₁ × 2/3 × Р = 110 × 2/3 × 0,45 = 29,7кВТ

2/3 – часы работы за компьютером.

Р – мощность компьютера.

Цена за количество потраченной электроэнергии.

З_Э/Э = Э × Ц = 29,7 × 2,98 = 89 руб.

Ц – цена за кВТ/час потребляемой энергии – 2,98.

3.3 Амортизационные отчисления

А = Ф_ОПФ × Н_А /100 = 21276 × 5/100 = 1063,8 руб.

Н_А – норма амортизации, 5 %

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.Пр5-13.11. МДК.03.02.ПЗ

3.4 Расчет эффективности от внедрения программного продукта

На рисунке ниже представлена 3d модель солнечной системы с сайта http://web.sponli.com/3d-ru/. Она сделана на технологии WebGL, которая может работать практически в любом браузере.

Рисунок 3.2 – Визуализация солнечной системы

Эффективностью от внедрения данного программного продукта является:

- более реалистичная модель солнечной системы;

- возможность перемещаться по сцене;

- более наглядная и красивая визуализация.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.Пр5-13.11. МДК.03.02.ПЗ

4 Охрана труда и техника безопасности

4.1Общие требования безопасности

К работе на персональном компьютере допускаются лица, прошедшие обучение безопасным методам труда, вводный инструктаж, первичный инструктаж на рабочем месте.

При эксплуатации персонального компьютера на работника могут оказывать действие следующие опасные и вредные производственные факторы:

- повышенный уровень электромагнитных излучений;

- повышенный уровень статического электричества;

- пониженная ионизация воздуха;

- статические физические перегрузки;

- перенапряжение зрительных анализаторов.

Рабочие места с компьютерами должны размещаться таким образом, чтобы расстояние от экрана одного видеомонитора до тыла другого было не менее 2,0 м, а расстояние между боковыми поверхностями видеомониторов - не менее 1,2 м.

Рабочие места с персональными компьютерами по отношению к световым проемам должны располагаться так, чтобы естественный свет падал сбоку, преимущественно слева.

Оконные проемы в помещениях, где используются персональные компьютеры, должны быть оборудованы регулируемыми устройствами типа: жалюзи, занавесей, внешних козырьков и др.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.Пр5-13.11. МДК.03.02.ПЗ

Для нормализации аэроионного фактора помещений с компьютерами необходимо использовать устройства автоматического регулирования ионного режима воздушной среды (например, аэроионизатор стабилизирующий "Москва-СА1").

Женщины со времени установления беременности и в период кормления грудью к выполнению всех видов работ, связанных с использованием компьютеров, не допускаются.

За невыполнение данной инструкции виновные привлекаются к ответственности согласно правилам внутреннего трудового распорядка или взысканиям, определенным Кодексом законов о труде Российской Федерации.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.Пр5-13.11. МДК.03.02.ПЗ

4.2 Требования охраны труда перед началом работы и во время работы

Перед началом работы с ПК работник должен:

- проветрить рабочее помещение;

- проверить устойчивость положения оборудования на рабочем столе;

- проверить отсутствие видимых повреждений оборудования, дискет в дисководе системного блока;

- исправность и целостность питающих и соединительных кабелей, разъемных и штепсельных соединений, защитного заземления;

- исправность мебели.

Отрегулировать:

- положение стола, стула (кресла), подставки для ног, клавиатуры, экрана монитора;

- освещенность на рабочем месте, убедиться в достаточности освещенности, при необходимости включить местное освещение.

Протереть поверхность экрана монитора, защитного фильтра (при его наличии) сухой мягкой тканевой салфеткой.

Убедиться в отсутствии отражений на экране монитора, встречного светового потока. Включить оборудование ПК в электрическую сеть, соблюдая следующую последовательность: стабилизатор напряжения (если он используется), блок бесперебойного питания, периферийные устройства (принтер, монитор, сканер и другие устройства), системный блок (процессор).

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.Пр5-13.11. МДК.03.02.ПЗ

Работающий на ПК во время работы обязан:

- в течение всего рабочего времени содержать в порядке и чистоте рабочее место;

- держать открытыми вентиляционные отверстия, которыми оборудования;

- соблюдать оптимальное расстояние от экрана монитора до глаз.

Работу за экраном монитора следует периодически прерывать на регламентированные перерывы, которые устанавливаются для обеспечения работоспособности и сохранения здоровья, или заменять другой работой с целью сокращения рабочей нагрузки у экрана.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

КП.Пр5-13.11. МДК.03.02.ПЗ

4.3 Требования по охране труда по окончанию работы

По окончании работы работающий на ПК должен:

- произвести закрытие всех активных задач;

- убедиться, что в дисководах нет дискет, при наличии извлечь их;

- выключить питание системного блока (процессора);

- выключить питание всех периферийных устройств;

- отключить блок питания от электросети;

- отключить стабилизатор от сети (если он используется);

- отключить питающий кабель от сети;

- осмотреть и привести в порядок рабочее место;

- сообщить непосредственному руководителю о недостатках, выявленных при работе оборудования;

- при необходимости вымыть руки с мылом.