Визуализация трехмерных объектов

Для наглядности при работе с 3D объектами в системе предусмотрено окно 3D вида. Это окно позволяет увидеть создаваемую модель из любой точки с учетом расстояния от точки взгляда до модели – перспективное проецирование (рис.3, а) и без учета расстояния – параллельное проецирование (рис.3, б). Система обеспечивает пять стилей визуализации: реберное изображение, тоновая закраска, тоновая закраска с материалами, с удалением невидимых линий, с точным удалением невидимых линий, полупрозрачное изображение. Вызывают эти команды из текстового меню, из контекстного меню, ПКМ, с помощью пиктограмм или набором с клавиатуры. Реберное изображение или каркасное состоит из образующих ребер и напоминает проволочную модель геометрического тела со всеми видимыми и невидимыми элементами.

а) б)

Рис.3

Для выполнения этого типа визуализации вызывают команду Реберное изображение или набором с клавиатуры <3VW>. Этот тип визуализации удобен при создании объекта для выбора элементов (рис.4).

Тоновая закраска – раскрашивание геометрического тела заданным при создании объекта цветом (рис.4). Для выполнения этого типа визуализации вызывают команду Тоновая закраска или набором с клавиатуры <3VS>.

а б

Рис.4

Тоновая закраска с материалами (тонирование) - средство визуализации чертежа с учетом выбранных материалов и источников освещения (рис.5). Для выполнения этого типа визуализации вызывают команду – Тоновая закраска с материалами или набором с клавиатуры <3VD>.

Рис.5

С удалением невидимых линий изображает модель в определенном положении без невидимых линий (рис.6). Для выполнения этого типа визуализации вызывают команду – С удалением невидимых линий или набором с клавиатуры <3VH>.

Рис.6

Полупрозрачное изображение <3VM> - этот режим возможен для тоновой закраски и тоновой закраски с материалами. Полупрозрачный режим позволяет увидеть внутренние полости в детали, взаимное пересечение поверхностей и еще на стадии создания детали изменить её конструкцию. На рисунках 7 слева показана деталь в режиме тоновая закраска с материалами (материал - титан), а на рис.10.6 справа в этом же режиме с полупрозрачном изображением.

Рис.7

Тоновая закраска позволяет создавать более реалистическое изображение твердотельной модели – её используют для быстрого получения наглядного изображения модели. Источник света размещен по умолчанию за точкой обзора и освещает модель. Раскрашивание производится цветом, которым был создан объект без учета материала объекта. Тоновая закраска с материалами – тонирование более сложное средство визуализации чертежа по сравнению с раскрашиванием. Оно позволяет использовать различные источники света, учитывать свойства выбранных материалов. Простейший способ тонирования, используя установки по умолчанию, задать модели материал из предложенных в диалоговом окне. Получение желаемого результата тонирования это многоэтапный процесс, требующий значительного количества проб для получения желаемого результата.

Этапы выполнения тонирования выглядят так:

1. Загружают материалы из библиотеки. При необходимости создают собственные материалы. Материал – это параметр, позволяющий придавать компьютерным моделям сходство с реальными. Материал – это совокупность поверхностных характеристик, в состав которых входят цвет и/или образец текстуры поверхности, рассеяние, отражение, шероховатость, прозрачность. Материал – одна из самых важных частей процесса тонирования. Важно правильно подобрать материал и связать его с освещением.

После выбора материала из библиотеки его можно модифицировать. Диалоговое окно Материалы позволяет предварительно просматривать выбранный материал, легко манипулировать многообразием имеющихся материалов, быстро создавать новые, изменяя отдельные параметры, и добиваться хороших результатов. Более сложные материалы можно создавать с использованием растровых изображений (наложением текстуры). Текстуру допускается преобразовывать (поворачивать, масштабировать, переносить). Стандартный материал формируется за счет совокупности большого числа различных параметров, определяющих отдельные его свойства. Визуальное сходство с объектами реального мира обеспечивается простой совокупностью различных цветов, характеристик прозрачности и отражательной способности. Диалоговое окно позволяет установить блеск выбранного материала (от 0 до 1) и прозрачность (от 0 до 1). При значении 1 тело имеет абсолютную прозрачность.

В диалоговом окне устанавливают цвет материала, освещаемого рассеивающим светом, т.е. находящегося в области тени. Такие параметры как окружающий, отражающий, излучающий позволяют установить цвет материала при различном характере освещения. Цвет материала выбирают в диалоговом окне Цвет. В левой части окна располагается основная палитра, состоящая из 48 цветов, ниже - свободные клеточки для дополнительных цветов, созданных самостоятельно. В правой части окна имеется цветовое поле Оттенок, где выбирают базовый цвет материала. Рядом расположена вертикальная шкала Белизна, ползунок которой позволяет управлять интенсивностью цвета. Для точной настройки цвета используют цветовые компоненты RGB (Красный, Зеленый, Синий - КЗС) или HSV (Оттенок, Контраст, Яркость - ОКЯ). Величины RGB – КЗС являются основными цветовыми компонентами. Каждый компонент имеет 256 градаций основного цвета. Объединяя все три компонента, получают 16,7 миллиона цветовых тонов. В варианте HSV –ОКЯ задают ввеличину основного оттенка, затем, изменяя величину контраста и яркости, производят точную настройку цветового фона. Величина яркости контролирует содержание белого цвета, а величина контраста – черного в цветовом тоне, определяя его глубину и насыщенность. Все варианты настройки цвета взаимосвязаны: изменение компонентов RGB – КЗС влияет на величины, заданные в варианте HSV – ОКЯ. Комбинируя различные их значения, получают любой цветовой фон.

2. Привязка материалов к объектам. Для связи материала с конкретными гранями тела используют команду Наложение материалов. Эта команда позволяет при тонировании для каждой грани тела использовать различные материалы.

3. Выбирают метод проецирования. Настройку 3D изображения производят в диалоговом окне Параметры 3D вида. В этом окне задают стиль изображения, метод проецирования (параллельное, перспективное), координаты точки взгляда, угол поворота. Система позволяет формировать изображение моделируемого объекта в различных направлениях проецирования. В системе предусмотрено восемь типовых направлений проецирования. Использование этих возможностей существенно облегчает работу, поскольку позволяет без труда перестраивать представление модели на экране. Обычно их бывает достаточно для работы над чертежом. Для выбора необходимого вида достаточно щелкнуть ПКМ и из появившегося контекстного меню выбрать необходимый вид.

Существуют следующие направления проецирования: вид сверху – вид в плане; вид снизу; вид слева показывает модель с левой стороны – профильная проекция созданной модели; вид справа показывает модель с правой стороны; вид спереди соответствует фронтальной проекции модели; вид сзади; изометрия спереди; изометрия сзади.

Изометрические виды наиболее полно показывают форму и расположение трехмерных моделей. Если для работы недостаточно стандартных видов, то используют команду вращение. Эта команда позволяет изменять положение объекта так, чтобы он был виден с желаемой стороны. В системе предусмотрено вращение вокруг одной из осей X, Y, Z и свободное вращение одновременно вокруг нескольких осей. Предусмотрена возможность изменени скорости вращения. Скорость вращения устанавливают в команде Сервис – Установки. Нажав клавишу <Ctrl> и ЛКМ, перемещают камеру в плоскости, параллельной плоскости экрана. Нажав клавишу <Shift> и ЛКМ, изменяют степень увеличения изображения. Вращение вокруг одной из осей позволяет как бы зафиксировать положение двух других осей и вращать объект вокруг выбранной оси. Например, вращение вокруг оси Z позволяет смотреть на объект слева, справа, сзади, спереди и во всех возможных промежуточных положениях.

Динамическое вращение тонированнных моделей в реальном времени позволяет быстро получить желаемый результат. При желании можно установить эффект вращения 3D сцены по инерции. Для этого вызывают команду Вид – Вращение – Автоматическое вращение или набором с клавиатуры <3RA>. Направление и угловая скорость определяются автоматически, если нажать ЛКМ и, не отпуская ее, переместить курсор в направлении вращения, а затем отпустить.

В системе предусмотрена возможность создания реальных перспективных изображений при наблюдении модели под любым углом и с любого расстояния. Настройку 3D изображения производят в диалоговом окне Параметры 3D вида. Для передачи эффекта удаления объектов – перспективы устанавливают два параметра: угол – угол обзора сцены и расстояние – расстояние между камерой и центром 3D сцены.

Перспективное проецирование отличается от параллельного следующим:

а) перспективное проецирование искусственно создает более реалистические виды, особенно при передаче в изображении глубины перспективы;

б) можно задавать любое направление проецирования и изменять положение точки визирования (смотреть изнутри модели);

в) в перспективных видах используется понятие камеры. Для камеры задают точку расположения (положение наблюдателя) и точку визирования (точка цели) - то место в пространстве модели, на которое направлен объектив камеры. Камера – элемент, определяющий точку и направление взгляда на 3D сцену. Допускается создавать несколько камер и выбирать активную. Создаваемые камеры привязываются к локальной системе координат и могут изменять свое положение вместе с ее перемещением. Изменяя положение точек цели и визирования, получают либо крупный план, либо общий панорамный.

4. Создают источники света с помощью команды Создать источник света <3L>. Опции этой команды позволяют создавать точечный источник света, направленный и прожектор. Для направленного источника света указывают точку цели и положение источника света. Источник света – элемент, позволяющий регулировать освещенность трехмерной сцены. Можно создавать необходимое количество источников света управлять их направленностью, интенсивностью, включать или выключать любой из них. В диалоговом окне Параметры источника света устанавливают Слой, Цвет, Яркость (изменяется от 0 до 1), Угол рассеивания источника света (изменяется от 0^ до 180^, по умолчанию 45^), Скорость падения яркости источника света (изменяется от 0 до 1), Уровень видимости и Имя.

По умолчанию задан один источник света, расположенный в точке взгляда. Яркость источника света изменяют в диалоговом окне Параметры 3D вида в диапазоне от 0 до 1.

Импорт и Экспорт

Система T-FLEX CAD позволяет экспортировать созданные в нём 2D чертежи и 3D модели в форматы других графических систем. Экспортирование файла - это его сохранение в формате необычном для данного пакета. К списку экспортируемых форматов относятся:

Для 2D чертежей - Windows Metafiles (*.wmf), Enhanced Windows Metafiles (*.emf), Файл AutoCAD DWG (*.dwg), Файл AutoCAD DXF (*.dxf), Файл AutoCAD DXB (*.dxb), Метафайлы Т-FLEX CAD (*.bmf), Метафайлы T-FLEX CAD с удалением невидимых линий (*.bmf);

Для 3D чертежей - Стереолитография (*.stl), Файл AutoCAD DXF 3D (*.dxf), Parasolid (*.xmt_txt), Бинарный файл Parasolid (*.xmt_bin), IGES ЗD (*.igs, *.iges), STEP AP203 3D (*.stp, *.step), Файлы VRML 2.0 (*.wrl), Файлы формата Open Inventor (*.iv), POV-Ray (*.pov), Rhino Model (*.3dm).

Растровое изображение (*.bmp, *.jpg, *.gif, *.tiff, *.png, *.tga).

Экспорт выполняется командой «Файл|Экспортировать».

После вызова команды на экране появится стандартное окно сохранения файла. В данном окне необходимо указать требуемый формат и имя файла, в котором будет сохранён экспортированный чертёж. В зависимости от выбранного формата экспорта сохранение файла происходит сразу (форматы Windows Metafiles, Enhanced Windows Metafiles, метафайлы Т-FLEX CAD, метафайлы с удалением невидимых линий, VRML 2.0), или после задания дополнительных параметров (для всех остальных форматов). В диалоге экспорт растрового изображения задаются следующие параметры:

Группа параметров "Файл" отображает, а также позволяет изменить выбранные на предыдущем шаге имя и тип результирующего файла.

Группа параметров "Экспортировать" определяет экспортируемое изображение:

Текущее окно. При установке данного варианта экспортируется изображение текущего окна;

Текущая страница. При установке данного варианта экспортируется изображение текущей 2D страницы;

Прямоугольная область. Данный вариант позволяет вручную задать прямоугольную область 2D страницы, содержимое которой будет записано в результирующий файл. Область можно указать двумя способами:

1. Задав координаты левого нижнего и правого верхнего угла области. Координаты задаются в соответствующих полях;

2. Выбрав прямоугольную область в 2D окне. Для выбора области следует нажать кнопку [Выбрать…]. Окно диалога временно исчезнет с экрана и можно будет с помощью курсора указать требуемую область.

Дополнительный флажок "Погасить 2D построения" (по умолчанию установлен) влияет только на экспорт 2D изображения. Когда флажок установлен, 2D элементы построения не экспортируются (даже если они видны в 2D окне).

Группа "Экспортировать" доступна только при вызове команды экспорта из 2D окна. При вызове команды из 3D окна принудительно устанавливается вариант "Текущее окно", и вся данная группа для редактирования недоступна.

Дополнительный флажок “Погасить построения” (по умолчанию установлен) влияет на экспорт 2D и 3D построений. Когда флажок установлен, элементы построения не экспортируются.

Параметр “Область вывода”, а также поля для задания прямоугольной области доступны только при вызове команды экспорта из 2D окна. При вызове команды из 3D окна принудительно устанавливается вариант “Текущее окно”. Кроме того, при вызове из 3D окна в диалоге команды появляется ещё один флажок – “Скрыть элементы оформления”. Когда этот флажок установлен, не экспортируются 3D элементы оформления.

Группа параметров "Изображение" служит для задания параметров создаваемого файла: размеров изображения, разрешения, цвета фона:

Ширина, Высота. Ширина и высота изображения в результирующем файле. При задании этих параметров система будет принудительно сохранять пропорции изображения;

Единицы. Данный параметр определяет единицы, в которых указываются высота и ширина изображения: "Пиксели", "Миллиметры", "Сантиметры", "Дюймы".

Разрешение. Параметр определяет разрешение создаваемого файла. Дополнительно можно выбрать размерность разрешения: "Пикселей на дюйм" или "Пикселей на сантиметр".

Справочный параметр "Размеры в пикселях" позволяет оценить размер получающегося файла.

Цвет фона. Данный параметр задаёт цвет фона создаваемой картинки: "Авто" (такой же, как цвет фона активного окна), "Белый", "Чёрный", "Другой" (любой цвет из выпадающего списка справа).

Качество. Данный параметр доступен только при экспорте в формат "*.jpg". Он задаёт степень сжатия файла. Чем выше установленное качество сжатия, тем меньше потерь в изображении и больше размер файла.