6503

МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.В. Попов, В.А. Тюрина

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОМЕТРИЯ, КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА. ЦИФРОВАЯ ПОДДЕРЖКА ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ИЗДЕЛИЙ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекциям, практическим занятиям (включая рекомендации обучающимся по организации самостоятельной работы)

по дисциплине «Инженерная геометрия, компьютерная графика. Цифровая поддержка жизненного цикла изделий»

для обучающихся по научной специальности 2.5.1 Инженерная геометрия и компьютерная графика. Цифровая поддержка жизненного цикла изделий

Нижний Новгород ННГАСУ

2022

2

УДК 519.682

Попов Е.В. Инженерная геометрия, компьютерная графика. Цифровая поддержка жизненного цикла изделий: учеб. - метод. пос. / Е.В. Попов, В.А. Тюрина, Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2022. – 25 с. – Текст: электронный.

Приводятся сведения о целях учебной дисциплины «Инженерная геометрия, компьютерная графика. Цифровая поддержка жизненного цикла изделий», указывается тематика лекций, практических занятий, дается характеристика форм самостоятельной работы студентов и контроля успеваемости при изучении дисциплины, а также даны методические рекомендации по самостоятельной работе обучающихся. Указывается учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины, перечень ресурсов информационно – телекоммуникационной сети «интернет», необходимых для освоения дисциплины, приводится перечень теоретических вопросов по разделам курса и другие материалы для самоподготовки.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к практическим занятиям и организации самостоятельной работы по научной специальности 2.5.1 Инженерная геометрия и компьютерная графика. Цифровая поддержка жизненного цикла изделий.

© Е.В. Попов, В.А. Тюрина, 2022

© ННГАСУ, 2022.

3

4

1.ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Дисциплина Б1.1.3 «Инженерная геометрия, компьютерная графика.

Цифровая поддержка жизненного цикла изделий» относится к Б.1.1 «Дисциплины (модули)», к обязательной части Блока 1 «Образовательный компонент».

Целью освоения дисциплины является изучение:

теории изображений и методов ее применения в процессах построения геометрических моделей и определения геометрических параметров объектов, в том числе методами фотограмметрии;

теории и практики непрерывного и дискретного геометрического моделирования; конструирования кривых линий,

поверхностей и тел по заданным требованиям;

теории геометрических преобразований и их использование при моделировании;

геометрических методов оптимизации в разных отраслях науки

итехники; теория многомерной геометрии и номографии и ее использования при геометрическом моделировании;

геометрических основ процессов проектирования,

конструирования и технологии производства с применением компьютерных

технологий;

разработки методов и алгоритмов визуализации информационных массивов данных, а также процессов и явлений различной природы;

методов и алгоритмов обработки изображений в системах технического зрения; геометрических основ дизайна объектов науки и техники с применением компьютерных технологий;

применения геометрических моделей и методов в информационных (включая геоинформационных) технологиях и системах;

5

методологии цифровой поддержки процессов ЖЦИ, включая постановку, формализацию, типизацию, автоматизацию и компьютеризацию проектных процедур и процессов проектирования,

оптимизацию методов и средств для практического применения в составе

CALS- и BIM-концепций исследования, проектирования и производства изделий;

разработки геометрических и других научных основ построения систем и средств цифровой поддержки процессов ЖЦИ, разработки и исследования методов, моделей и алгоритмов синтеза и анализа решений различного уровня, включая конструкторские и технологические решения;

разработки принципиально новых методов и средств функционирования комплекса «Человек – Машина»;

разработки геометрических и других научных основ построения средств цифрового документирования, безбумажного документооборота,

процессов работы электронных архивов технической документации,

взаимодействия с изготовителем и потребителем изделий; разработки научных основ построения средств компьютерной графики, методов геометрического моделирования проектируемых объектов и синтеза виртуальной реальности;

разработки научных основ обучения цифровой поддержке процессов ЖЦИ.

В результате изучения дисциплины «Инженерная геометрия,

компьютерная графика. Цифровая поддержка жизненного цикла изделий» обучающиеся должны:

Знать: современные средства и методы теоретических и экспериментальных исследований в области инженерной геометрии и компьютерной графики; конечные цели научных исследований; основные направления, проблемы, теории и методы изучения выбранной области

6

исследования; современные методы и алгоритмы визуализации и обработки изображений; теорию геометрических преобразований; основы методов геометрической оптимизации; педагогические технологии и представлять возможности их применения для подготовки кадров в области инженерной геометрии и компьютерной графики; современные научные достижения в области геометрического моделирования; основные направления и проблемы науки, содержание современных дискуссий по проблемам философии науки и методологии научного познания; российские и международные результаты научных исследований по изучаемой проблеме.

Уметь: разрабатывать методы, алгоритмы решения научных и практических задач и выбирать необходимые инструментальные средства для разработки компьютерных программ; анализировать полученные экспериментальные данные и выявлять пути их уточнения; грамотно и аргументированно излагать свои мысли; анализировать и интерпретировать полученную информацию; разрабатывать методы и алгоритмы для решения научных и практических задач в области обработки изображений;

разрабатывать алгоритмы для компьютерных программ с использованием геометрических преобразований; применять методы геометрической оптимизации при решении задач геометрического моделирования;

применять педагогические технологии в учебном процессе, реализуемом в высшей школе для подготовки кадров в сфере инженерной геометрии и компьютерной графики; проводить анализ и технико-экономическую оценку современных научных достижений в области геометрического моделирования; формировать и аргументированно отстаивать собственную позицию по различным научным проблемам; грамотно изложить недостатки и преимущества каждого из вариантов решения проблемы.

Владеть: навыками решения сложных научных проблем, связанных с разработкой новых методов проектирования изделий; математическим аппаратом статистической обработки экспериментальных данных;

7

понятийным аппаратом в своей профессиональной деятельности; навыками решения сложных научных проблем, связанных с разработкой новых методов обработки изображений; навыками решения сложных научных проблем, связанных с использованием геометрических преобразований;

навыками решения сложных научных проблем, связанных с применением геометрических методов оптимизации; арсеналом педагогических средств,

применяемых для подготовки кадров в области инженерной геометрии и компьютерной графики; умением формулировать выводы и рекомендации по совершенствованию работы в области геометрического моделирования;

использовать категориальный аппарат для оценки и анализа научных,

технических и социальных фактов и явлений; выстраивать и реализовывать перспективные линии интеллектуального, культурного, нравственного,

профессионального саморазвития и самосовершенствования; иметь научное мнение по решению изучаемой научной проблемы.

2. ОБЪЕМ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

Дисциплина «Инженерная геометрия, компьютерная графика.

Цифровая поддержка жизненного цикла изделий» изучается на втором курсе обучения аспирантуры в четвертом семестре. Для изучения дисциплины учебным планом предусмотрено 108 учебных часов.

Аудиторная нагрузка распределяется между такими видами занятий,

как 9 лекций (18 часов) и 7 практических занятий (14 часов).

Самостоятельная внеаудиторная работа студента составляет 76 часов.

В процессе изучения дисциплины аспиранты выполняют реферат по теме «Основные научные положения научно-исследовательской работы

(диссертации)».

Изучение дисциплины завершается экзаменом.

8

3.РАЗДЕЛЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ И ИХ СОДЕРЖАНИЕ

Разделы дисциплины:

Раздел 1. Основы начертательной геометрии.

Содержание раздела: Операция проецирования, проецирование на плоскость и поверхность. Использование различных множеств прямых и кривых линий: связок, конгруэнции, комплексов. Инварианты проецирования. Методы графического отображения трехмерного пространства на плоскость. Понятие полного, метрически определенного

(обратимого) чертежа на основе параметрического подхода. Нелинейные графические модели пространства, параметризация моделей. Основные геометрические схемы построения обратимых чертежей. Основные понятия номограммно-координатного способа моделирования пространства.

Номографические методы отображения пространства. Коррелятивные модели сетчатых номограмм. Номограммы для эмпирических зависимостей. Методы решения позиционных и метрических задач для решений задач в области машиностроения и строительства

(конструирование сложных поверхностей, вертикальная планировка площадок в архитектуре и строительстве).

Раздел 2. Современные методы и средства инженерной графики.

Содержание раздела: Система стандартизации современной инженерной графики (ЕСКД, ЕСТД, СПДС) и проблемы ее развития в связи с появлением и развитием средств автоматизации, вычислительной техники и САПР-, CALS-, BIMконцепции. Основные понятия о базах и базировании в машиностроении, строительстве и архитектуре.

Конструирование двумерных составных фигур с нанесением минимального,

но необходимого количества размеров для их воспроизведения. Теория параметризации как основа для формализации процесса конструирования двумерных составных фигур. Конструирование трехмерных составных фигур на основе параметризации и на базе их обратимых чертежей. Понятие

9

о размерном и параметрическом графе трехмерного объекта. Теория параметризации как основа для формализации процесса конструирования трехмерных составных фигур. Недостаточно детерминированные процессы,

сопровождающие инженерную графику: чтение чертежа; проверка чертежа;

выбор и размещение изображений и текстовых фрагментов, формирующих чертеж. Применение для формализации недостаточно детерминированных процессов специальных технологий: эвристического и имитационного моделирования. Разработка новых процессов и моделей инженерной графики на основе CALS и BIMконцепций. Организация электронных архивов чертежно-конструкторской, технологической и эксплуатационной документации.

Раздел 3. Современные методы и средства компьютерной графики.

Основные понятия и определения машинной графики. Представление и хранение изображений. Линейная и растровая графика. Процессы и методы функционирования. Повторная генерация изображения,

регенерация, эхо, курсор, трассировка, метод резиновой нити, метод буксировки, выделение. Аппарат однородных координат. Рендеринг, его основные методы и алгоритмы. Матричные операции при выполнении различных аффинных преобразований. Отсечение, экранирование, окно,

различные виды переноса окна с изображением. Фоновое изображение,

накладываемое изображение. Визуализация пространственных объектов.

Виды аппаратов проецирования. Методы и способы отображения различных видов моделей объектов с удалением невидимых линий и поверхностей. Использование визуализации объекта для автоматизированного формирования чертежно-конструкторской и технологической документации. Методы и способы построения фотореалистичных изображений пространственных объектов и сцен.

Раздел 4. Проективная геометрия.

Содержание раздела: Построение проективного пространства,

10