Обертання навколо проектуючих осей
 |
Цей метод є практично аналогом методу плоскопаралельного переміщення, з одним доповненням: фігурам надають нове положення, обертаючи їх навколо чітко зафіксованих осей, перпендикулярних площинам проекцій. На рис. 48 показано відрізок прямої загального положення АВ. Для визначення натуральної величини відрізка через його кінцеву точку А проведено горизонтально - проекуючу вісь, навколо якої відрізок АВповертають до фронтального положення. Точка В при цьому переміщується по дузі кола, площина якого перпендикулярна до вертикальної осі і. Натуральну величину показано на П2 подвійною прямою.
Визначення натуральної величини двогранного кута показано на рис. 49. Для цього ребро двогранного кута АВ, що займає загальне положення, треба встановити в проектуюче положення. Спочатку двогранний кут навколо вертикальної осі i повертають так, щоб ребро його розмістилось фронтально, другим поворотом навколо фронтально-проектуючої осі j ребро ставиться у вертикальне положення, при цьому на полі П1двогранний кут a зображається в натуральну величину.
Питання для самоконтролю
І. Для чого необхідне перетворення комплексного креслення?
2. Скільки потрібно замін площин проекцій, щоб пряму загального положення зробити проектуючою?
3. Чи можна використати способи заміни площини проекцій та плоско-паралельного переміщення для розв’язання позиційних задач?
4. Чи треба при способі плоско-паралельного переміщення фіксувати на рисунку вісь проекцій?
Тема: Основи комп’ютерної графіки.
Лекція –6,7, 4 год.
"Комп’ютерна графіка” (КГ) –загальнонаукова дисципліна, що є необхідною складовою інженерної освіти. Її предметом є комп’ютерне уявлення інформації про геометричні образи, комплекси технічних та програмних засобів, що дають змогу створювати, аналізувати, редагувати та зберігати інформацію про графічні об’єкти. Необхідність вивчення систем комп’ютерної графіки зумовлена інтенсифікацією інформаційного обміну, вимогами підвищення рівня творчості та продуктивності праці інженера, звільнення його від рутинної канцелярської роботи.
Мета викладання дисципліни – розвиток просторової уяви у студентів, здібностей до аналізу і синтезу просторових форм, вироблення навичок автоматизації графічних робіт.
Задачі вивчення дисципліни:
· технічне забезпечення комп’ютерної графіки;
· основи графічного подання інформації;
· алгоритми формування зображень в інтерактивному режимі;
· структура і можливості графічних пакетів;
· виконання графічних побудов і створення зображень за допомогою ПК.
Поняття про комп'ютерну графіку
Жодна із галузей науки і техніки не розвивалася так стрімко, як комп’ютерна. Адже від створення першого комп’ютера пройшло тільки близько 60-ти років. Швидкий розвиток електроніки та обчислювальної техніки призвів до створення на їхній основі багатопланової автоматизованої системи комп'ютерної графіки.
На початку свого розвитку комп'ютерну графіку розглядали як частину системного програмування для ЕОМ або як одну з основних підсистем автоматизованого проектування (САПР). Сучасна комп'ютерна графіка становить ряд напрямів і різноманітних застосувань. Для одних із них основою є автоматизація виконання креслення та технічної документації, для інших - проблеми оперативної взаємодії людини й комп'ютера, а також задачі числової обробки, шифрування та передачі зображень. Сучасне розширення можливостей ЕОМ, створених для виконання обчислень, дає змогу комп'ютеру приймати й наочно відображати результати розрахунків та будувати необхідні комплексні креслення, схеми, тощо.
Зорове сприйняття графічної інформації для людини має важливе значення, обсяг і швидкість сприйняття зорових образів значні. Для уявлення особливостей креслення чи будь-якого процесу досить кількох секунд, протягом яких ми розглядаємо креслення, а для обробки сотень тисяч чисел або формул, якими можуть бути подані ті самі об'єкти, потрібні години. Отже, важливість наочного подання комп'ютером результатів обчислення важко переоцінити.
Однією з основних підсистем САПР, що забезпечує комплексне виконання проектних робіт на основні ЕОМ, є комп'ютерна графіка (КГ).
Комп'ютерною, або машинною, графікою називають наукову дисципліну, яка розробляє сукупність засобів та прийомів автоматизації кодування, обробки й декодування графічної інформації.
Іншими словами, комп'ютерна графіка розробляє сукупність технічних, програмних, інформаційних засобів і методів зв'язку користувача з ЕОМ на рівні зорових образів для розв'язання різноманітних задач при виконанні конструкторської та технічної підготовки виробництва.
Упродовж останнього двадцятиріччя ведеться інтенсивний пошук шляхів та способів розв'язання проблеми різкого підвищення продуктивності інженерної праці під час виконання креслярсько-графічних робіт, конструкторської та технологічної підготовок виробництва. Це спричинено потребою ліквідувати розрив, який утворився між відносно високою продуктивністю автоматизованого процесу основного виробництва та низькою продуктивністю ручного чи механізованого процесу конструкторської й технічної підготовки виробництва.
Вивчення комп'ютерної графіки зумовлене:
- широким впровадження системи комп'ютерної графіки для забезпечення систем автоматизованого проектування, автоматизованих систем конструювання (АСК) та автоматизованих систем технологічної підготовки виробництва (АСТПВ) в усіх сферах інженерної діяльності;
- значним обсягом перероблюваної геометричної інформації, що становить 60...80% загального обсягу інформації, необхідної для проектування, конструювання та виробництва літаків, кораблів, автомобілів, складних архітектурних споруд тощо;
- необхідністю автоматизації виконання численних креслярсько-графічних робіт;
- необхідністю підвищення продуктивності та якості інженерної праці.
Метою комп'ютерної графіки є підвищення продуктивності праці та якості проектів, зниження вартості проектних робіт, скорочення термінів виконання їх.
Завданням комп'ютерної графіки є звільнення людини від виконання трудомістких графічних операцій, які можна формалізувати, вироблення оптимальних рішень, забезпечення природного зв'язку людини з ЕОМ на рівні графічних зображень.
При взаємодії користувача з комп'ютером розрізняють три режими роботи: пакетний; пасивно-інтерактивний; інтерактивний.
У ПАКЕТНОМУ РЕЖИМІ роботи графічна інформація формується і виводиться за допомогою заздалегідь написаного пакету прикладних програм - ППП. Формування та виведення простих зображень у пакетному режимі на пристроях одержання твердих копій (телетайп, АЧПП) здійснювалося ще до початку використання комп'ютерів.
У ПАСИВНО-ІНТЕРАКТИВНОМУ РЕЖИМІ роботи графічна інформація формується і виводиться за допомогою заздалегідь написаних прикладних програм, в яких передбачено багаторазові запити даних у користувача.
В ІНТЕРАКТИВНОМУ РЕЖИМІ роботи графічна інформація формується і виводиться в режимі оперативної графічної взаємодії користувача та комп'ютера.
Початком сучасної інтерактивної комп'ютерної графіки можна вважати дисертацію Сазерленда (1963р.), присвячену графічній системі SKETCHPAD. Ця система могла відтворювати та перетворювати геометричні фігури за допомогою світлового пера. Робоче поле екрана поділяється на чотири частини для побудови проекцій об'єкта: вигляду спереду, зліва, зверху та в перспективі. Будь-яка зміна однієї з проекцій автоматично зумовлювала зміну всіх інших проекцій та зображення в перспективі. Отже, зрозуміло, наскільки великі можливості комп'ютерної графіки для автоматизації креслярсько-графічних робіт з великим обсягом графічного матеріалу при машинному проектуванні та автоматизації виробництва в багатьох галузях промисловості.
У 60-роках виникає ряд дослідних проектів, з'являються розробки, придатні для комерційного розповсюдження. Найбільш значними серед них були проекти фірми GENERAL MOTORS з використанням багатопультової графічної системи з розподілом часу для багатьох етапів проектування автомобілів, система Digigraphic була створена фірмою для проектування лінз і дисплейна система IBM 2250, заснована на прототипі фірми GENERAL MOTORS.
В Україні перша інтерактивна графічна система автоматизованого проектування електронних схем була розроблена Київським політехнічним інститутом і Науково-дослідним інститутом автоматизованих систем управління та планування в будівництві (НДІАСБ, Київ) і демонструвалася в 1969 році.
Основні галузі застосування комп'ютерної графіки та її компонентів.
Застосування комп'ютерної графіки для формування різноманітної графічної інформації в різних галузях людської діяльності свідчить про те, що комп'ютерна графіка та прикладна геометрія - явища різноманітні та багатопланові. У рамках комп'ютерної графіки розв'язуються такі проблеми:
- розробка нових методів математичного забезпечення;
- розробка програмних систем графічних мов;
- створення нових ефективних технічних засобів для проектувальників, конструкторів та дослідників;
- розвиток нових наукових дисциплін і навчальних предметів, які увібрали в себе аналітичну, диференційну, прикладну та нарисну геометрії, програмування для ЕОМ, методи обчислювальної 
математики та багато інших.
|
Теоретичною основою рішення задач, які стоять перед комп’ютерною графікою покладено фундаментальний теоретичний апарат: аналітичної та диференційної геометрії, топології, дискретної геометрії, векторної алгебри, розпізнавання образів та штучного інтелекту, багатовимірної геометрії та методів оптимізації, нарисної геометрії та креслення, геометричного моделювання, математичної логіки та інших галузей прикладної геометрії.
На сьогоднішній день можна виділити чотири основні базові класи комп’ютерної графіки (рис.1):
- інженерна;
- ділова;
- наукова;
- ілюстративна.
Але дуже багато галузей застосування комп’ютерної графіки, або лежать на стику цих основних, або в них не входять, тому такий поділ є досить умовний і не є її класифікацією.
Стисла характеристика базових класів та галузей систем комп'ютерної графіки
Таблиця 1
| Найменування та основне призначення базових класів систем комп'ютерної графіки | Типові приклади систем вказаного класу |
| 1. Інженерна комп'ютерна графіка. Призначені для автоматизації креслярсько-графічних та конструкторських робіт у процесі проектування компонентів та систем механічних, електричних, електромеханічних, електронних та радіоелектронних пристроїв, у будівництві та архітектурі. Надають можливість виконувати у реальному часі каркасне та твердотільне ЗD-моделювання, морфінг, анімацію та реалістичну візуалізацію. Дозволяють: передати комп'ютеру більшу частину рутинної роботи з проектування та вивільнити за рахунок цього час інженера-конструктора для творчої діяльності; суттєво підвищують якість результатів проектування. Перспективним напрямком подальшого підвищення продуктивності систем інженерної комп'ютерної графіки є їх функціонування у складі інтелектуальних САПР у мережі Internet. | AutoCAD, ProEngineer, КОМПАС, Mapguide Author, bCAD, EngineeringGeometryAssistant VariCAD, Femap, Solid Pipe Designer, Archicad, Arc View, 3D Home, Architect Deluxe, P-CAD, OrCAD, Electronics Workbench, Micro Cap, ArCon. |
| 2. Ділова комп'ютерна графіка. Призначені для наочного графічного відображення даних, які зберігаються у електронних таблицях і базах даних, переважно - для сфер бізнесу, маркетингу, управління підприємствами, економічних розрахунків тощо. Дозволяють наочно відображати співвідношення різних чисельних показників у зручній для сприйняття формі у вигляді статичних та динамічних, двовимірних та тривимірних графіків, схем, діаграм. | Excel, QuattroPro, Lotus l-2-3, SuperCalc, FoxGraph, Boeing Graph, PowerPoint, Word, Лексикон-XL |
| 3. Наукова комп'ютерна графіка. Призначені для: - наочної візуалізації результатів наукових експериментів, автоматизованого проектування наукових та науково-технічних задач; формування наукової документації із застосуванням спеціальної нотації (математичних та хімічних формул тощо) - дослідження географічних, геологічних, гідрологічних, сейсмологічних, екологічних, метеорологічних, астрономічних та інших природних об'єктів, процесів та явищ, нафтогазових розвідки та видобування, комп'ютерної картографії; медичного діагностування тощо. | MathCAD, Мathematica, MathLAВ, SPSS, Maple, Statistica, Axum, NCSS, S-Plus, Stat Graphics, Graphlt, Super Graph, GS Didger, GS Surfer, GS Grapher. |
| Найменування та основне призначення базових класів систем комп'ютерної графіки | Типові приклади систем вказаного класу |
| 4. Ілюстративна комп'ютерна графіка. Призначені для створення та художньої обробки комп'ютерних зображень, які відіграють роль: 1) ілюстративного матеріалу - ілюстрацій до друкованих та електронних видань (малюнків, фотографій, ескізів, умовних схем, географічних карт, відео матеріалів, мультимедіа-матеріалів, Web-матеріалів тощо); 2) дизайнерських розробок; 3) рекламного оздоблення; 4) витворів мистецтва. Дозволяють формувати та перетворювати графічні об'єкти настільки ж легко, як масиви чисел або тексти. | Illustrator, CorelDraw, Photoshop, Painter, 3D Studio MAX, Maya, Bryce3D, Face Works Studio, Poser, PowerPoint, Hyper Method, Director, Image Ready, FreeHand, Premiere, PageMaker, Ventura, QuarkXPress. |
Тема: Огляд CAD систем .
Лекція –8 1 год.
Машинобудівні САПР
Інженерну комп'ютерну графіку широко застосовують при розв'язанні актуальної проблеми підвищення продуктивності й точності інженерної праці. Цього досягають автоматизацією розрахунково-графічних робіт, розв'язуючи різноманітні задачі у галузі машинобудування, літакобудування, профілювання складного різального інструменту тощо. Системи комп'ютерного проектування в машинобудуванні, можна умовно поділити на три вагові категорії: легкі, середні і важкі.
Легкі системи призначені для створення простих двовимірних (2D) креслень і можуть мати невеликий набір функцій для 3D-моделювання. Як правило, це “урізані версії” систем більш високого рівня, які використовуються для навчання студентів і молодих фахівців-конструкторів.
Системи середнього рівня, що набули сьогодні найбільшого розповсюдження, є повно функціональними пакетами з можливістю складного параметричного моделювання, підключення різних модулів і наявністю великих спеціалізованих бібліотек. Практично всі вони працюють на платформі Windows, мають модульну структуру, що забезпечує вигідне співвідношення ціна-функціональність.
| Назва пакету | Розробник | URL | Ціна* (близько) |
| ЛЕГКІ | |||
| AutoCAD LT 2002 | Autodesk, США | www.autodesk.com | |
| BlueCAD 2.0 | CADWare, Італія | www.cadware.it | н.д. |
| CADdy | ZIEGLER-Informatics GmbH, Німеччина | www.caddy.de | н.д. |
| CADRA | SofTECH Inc., , США | www.softech.com | н.д. |
| MasterCAM Draft | CNC Software, США | www.mastercam.com | |
| T-Flex CAD LT 7.0 | Топ Системы, Росія | www.topsystems.ru | |
| СЕРЕДНІ | |||
| AutoCAD 2002 | Autodesk, США | www.autodesk.com | 4 160 |
| CADKEY 20 | Baystate Technologies, США | www.cadkey.com | 2 000 |
| DesignCAD Pro | ViaGrafix, США | www.viagrafix.com | н.д. |
| Form-Z | Autodessys Inc., США | www.formz.com | н.д. |
| HELIX | MicroCADAM Ltd., Великобританія | www.microcadam.co.uk | н.д. |
| IntelliCAD | Visio Corp., США | www.intellicad.org | н.д. |
| Inventor 5.3 | Autodesk, США | www.autodesk.com | 5 200 |
| IronCAD | Visionary Design Systems Inc., США | www.ironcad.com | н.д. |
| Mechanical Desktop Power Pack R6 | Autodesk, США | www.autodesk.com | 5 200 |
| OmniCAD | CAMM s.r.l., Італія | www.camm.it | н.д. |
| TEBIS | Tebis AG, Німеччина | www.tebis.de | н.д. |
| Think3 | thnk3 Inc., США | www.think3.com | н.д. |
| Solid Edge 11 | Unigraphics Solutions, США | www.solidedge.com | 4 995 |
| SolidWorks 2001 plus | SolidWorks Corp., США | www.solidworks.com | 6 000 |
| T-Flex CAD 3D 7.0 | Топ Системы, Росія | www.topsystems.ru | 2 895 |
| VISI-Series | Vero International Inc., США | www.veroint.com | н.д. |
| Компас-3D 5.11 | Аскон, Росія | www.askon.ru | 2 320 |
| ТЯЖКІ | |||
| CATIA R5.7 | Dassault Systemes, Франція | www.catia.com | 24 600 |
| Pro/Engineer R2001 | PTS, США | www.pts.com | 9 100 |
| Unigraphics V18 | EDS PLM SolutionСША | www.ugsolutions.com | 15 600 |
| *Станом на 06.2002 р.(згідно CHIP № 6, 2002) н.д. – немає даних |
Машинобудівні САПР Таблиця 2
Пакети важкого рівня (клас high-end) володіють найбільшими можливостями, дозволяючи працювати зі складальними кресленнями, що налічують понад мільйон деталей і вузлів. Як правило, high-end пакети характеризуються великою кількістю інтегрованих модулів САЕ, САМ, PDM. Найбільш відомі – CATIA, Pro/Engineer, Unigraphics. Процес розробки таких систем украй складний і трудомісткий, в результаті нові версії виходять з періодичністю в 5 - 7 років. Використовування цих систем вимагає чималої кваліфікації, тому навчання роботі з ними займає близько 1—2 років. До недавнього часу такі системи працювали виключно на робочих станціях виробництва Sun Microsystems, SGI, DEC, Hewlett-Packard, IBM. САПР даного класу використовуються в крупних авіа-, судно- та автомобілебудівних компаніях.
Далі ми розглянемо найпопулярніші в Україні САПР середнього рівня (таблиця 3), а також найяскравіших представників high-end класу.