4647

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГЕОМЕТРИЯ И ГРАФИКА

Методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки

27.03.05 Инноватика

Воронеж 2018

2

УДК 004.92

Скворцова, Т.В. Компьютерная геометрия и графика Текст : методические указания для самостоятельной работы студентов по направлению подготовки 27.03.05 – Инноватика / Т.В. Скворцова; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова». – Воронеж, 2018. – 22 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова» (протокол № __ от _______ 2018 г.)

Рецензент начальник лаборатории АО «НИИЭТ», к.т.н. А. И. Яньков

3

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания подготовлены в соответствии с рабочей программой дисциплины «Компьютерная геометрия и графика» для студентов по направлению подготовки 27.03.05 Инноватика. Целью изучения данной дисциплины является приобретение фундаментальных и прикладных знаний, выработка умений построения и исследования геометрических моделей объектов и процессов; освоение студентами принципов и способов организации интерактивного графического режима в информационных системах; привитие навыков использования двух- и трехмерного геометрического и виртуального моделирования в науке и технике; создание графических информационных ресурсов и систем.

В результате освоения дисциплины студент должен:

знать: математические понятия о моделях структур тел и конструкций; методы и средства построения и редактирования 2D и 3D каркасных, поверхностных и твердотельных геометрических моделей; инструментальные функции базового графического пакета, стандарты и форматы хранения графической информации; технические средства компьютерной графики (графические процессоры, устройства записи и хранения графической информации, мониторы, графические адаптеры, плоттеры, принтеры, сканеры, цифровые камеры, презентационное оборудование и др.).

уметь: грамотно выбирать средства компьютерной графики для решения инженерно-технических задач; рационально организовать свою дея-

4

тельность с использованием ПЭВМ; пользоваться инструментальными средствами разработки графических приложений.

владеть: полученными знаниями по теоретическим аспектам компьютерной геометрии и графике, разработке геометрического моделирования, техническим средствам, умению пользоваться справочным материалом для решения практических инженерно-технических и организационных задач автоматизации техпроцессов, создание графических информационных ресурсов и систем.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Тема 1. Введение в компьютерную геометрию и графику. Классификация графических систем.

Возможности современной компьютерной графики. Основные понятия компьютерной геометрии и графики, геометрического моделирования, графической системы, базового графического пакета. Требуемые вычислительные ресурсы для решения геометрических графических задач. Направления, виды и области использования компьютерной графики. Обзор современных графиче-

ских систем (AutoCAD, Pro/ENGINEER, 3D-STUDIO).

Свет и физические основы цветовосприятия. Формирования цветных изображений. Цветовые модели. Цветовой круг. Измерение цвета, калибровка технических средств. Формирование цветов на экране монитора. Системы управления цветом. Профили ICC. Теоретические основы оцифровки. Типы сканирующих устройств. Разрешение, глубина цвета, размеры изображений

Тема 2. Технические средства компьютерной графики.

Общие сведения об ЭВМ, используемых для обработки графической информации. Графическая подсистема ЭВМ. Растровые графические дисплеи, графические адаптеры, специальные графические процессоры, устройства организации диалога, графопостроители, дигитайзеры, сканеры, лазерные принтеры, проекторы. Технологии 3-D графики. Последовательность работы графического конвейера.

Тема 3. Математические модели геометрических объектов.

Геометрические преобразования. Однородные координаты. Понятие композиции преобразований. Рисование, разбиение кривых. Представление кривых и поверхностей. Параметрические кубические кривые. Кривые Эрмита, Безье, В-сплайны. Параметрические бикубические поверхности. Нормали поверхностей. Визуализация бикубических поверхностей.

5

Твердотельное моделирование. Преимущества твердотельных моделей. Методы представления твердотельных моделей. Твердотельные примитивы. Булевы операции. Создание твердотельных объектов путем выдавливания, объединения, вычитания. Параметрическое моделирование. Заметание. Граничное представление. Модели пространственного разбиения. Конструктивная твердотельная геометрия.

Отображение твердотельных объектов на экране: удаление скрытых линий на изображениях, тонирование изображений. Создание фотореалистического изображения. Понятие о виртуальных моделях.

Тема 4. Методы, алгоритмы и форматы файлов компьютерной графи-

ки.

Методы и алгоритмы двухмерной компьютерной графики. Виды входных и выходных данных. Входные и выходные данные растровые. Точечные и пространственные алгоритмы, геометрические преобразования. Входные данные растровые, выходные данные векторные. Процесс векторизации. Входные данные векторные, выходные данные растровые. Отображение отрезка, алгоритм Брезенхема, алгоритмы заполнения многоугольника, сглаживание ступенчатости. Входные и выходные данные векторные. Геометрическое моделирование на плоскости. Двухмерные геометрические преобразования. Алгоритмы двумерного отсечения. Параметрические и вариационные модели.

Основные понятия трехмерной графики. Требования к трехмерному моделированию. Мировая система координат. Методы и алгоритмы трехмерной графики и геометрии. Алгоритмы трехмерного отсечения. Алгоритмы заполнения областей. Детальное отображение поверхностей. Фактура материала в компьютерной графике. Отражение. Цвет. Тени. Алгоритмы анимации трехмерных моделей.

Форматы графических файлов.

СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

Дисциплина «Компьютерная геометрия и графика» предусматривает практические занятия, темы которых приведены в табл. 1. Студенты после выполнения каждой работы составляют письменный отчет, который устно защищается.

Отчет по практическим работам может включать выполнение индивидуальных практических заданий, выдаваемых преподавателем.

Индивидуальные задания к практическим работам 1-5

7

8

9

10