ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ЮРГИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

А.Б. Ефременков, С.В. Щербинин

КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА В ПРИМЕРАХ И ЗАДАЧАХ

ГОРНОГО И МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации в области горного дела в качестве учебного пособия для студентов вузов,

обучающихся по специальности «Горные машины и оборудование» направления подготовки «Технологические машины и оборудование»

Издательство Томского политехнического университета

2009

УДК 681.3.06(075)

ББК 32.973.26-018.2я73

А.Б. Ефременков, С.В. Щербинин. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 194 с.

Пособие включает краткое изложение теоретических основ дисциплины, и практическое их применение, при изучение основ работы с системой 3D модлирования Autodesk Inventor.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальности «Горные машины и оборудование» направления подготовки «Технологические машины и оборудование», а также может быть использовано студентами других специальностей.

УДК 681.3.06(075) ББК 32.973.26-018.2я73

Рецензенты

Доктор технических наук, проректор по качеству и информатизации Московского авиационного института

(государственного технического университета)

Ю.И. Денискин

Доктор технических наук, ведущий научный сотрудник института угля и углехимии СО РАН

В.В. Аксенов

© Ефременков А.Б., Щербинин С.В., 2009

©Юргинский технологический институт (филиал) Томский политехнический университет, 2009

©Оформление. Издательство Томского политехнического университета, 2009

2

1.1.Компьютерная графика, геометрическое моделирование 9

и решаемые ими задачи

1.3.Представление видеоинформации и ее машинная гене31

рация

1.6.Архитектура графических терминалов и графических 43

рабочих станций

1.7.Реализация аппаратно-программных модулей графиче46

ской системы

2.3.Преобразование проекционного (2D) чертежа в твердл173

4

Предисловие

Человек большую часть необходимой ему информации получает в виде зрительных образов. Информация, содержащаяся в изображении, представлена в наиболее концентрированной форме, и она более доступна для восприятия.

Графика как средство передачи информации использовалась людьми еще с древнейших времен. Основные моменты жизни человека и окружающий его мир отображались на стенах пещер и скалах (рис. 1.1). Около 4000 лет назад люди использовали графические планы при строительстве каменных сооружений. Сегодня для этого используются в основном компьютерные системы.

Рис. 1.1. Рисунки Томской писаницы

Источник (http://www.sibmuseum.ru/tomsk.html)

Компьютерная графика (машинная графика) появилась вместе с первыми цифровыми компьютерами (рис. 1.2) в начале 50-х годов прошлого века. Тогда изображения простых геометрических фигур – отрезков прямых линий и окружностей, получали с помощью печатающего устройства или на экране электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Чуть по з- же появились компьютерные игры с графикой. В 1963 году американский учёный Айвен Сазерленд создал программно-аппаратный комплекс Sketchpad – первый векторный редактор, который позволял рисовать точки, линии и окружности на экране ЭЛТ цифровым пером. В середине 60-х годов прошлого века появились первые системы автоматизированного проектирования. В конце семидесятых годов начинается производство недорогих растровых дисплеев, что дало мощный толчок к дальнейшему развитию компьютерной графики.

5

Сейчас с помощью компьютера создают изображения неотличимые по качеству от фотографических снимков, и широко используют возможности компьютерной графики в различных сферах человеческой деятельности. Потребность в создании реалистичных изображений возникает в таких областях, как дизайн, машиностроительное и архитектурное проектирование, обучение, кинематография, реклама, и т.п.

Рис. 1.2. ЭВМ БЭСМ-2 имела около 4 000 электронных ламп, и была собрана на трех основных стойках. Кроме того, имелись: стойка магнитного оперативного запоминающего устройства и пульт управления.

Фото с сайта музея истории отечественных компьютеров, составитель С.Тархов

В горном деле компьютерную графику стали интенсивно использовать после появления трехмерного геометрического моделирования и визуализации на цветном дисплее. Эти инструменты дали геологам возможность рассматривать геологические структуры как трехмерные пространственные объекты и обеспечивать лучший контроль над созданием цифровых блочных моделей. В конце 80-х появились полностью компьютеризованные процессы горного проектирования. Программное обеспечение для горного моделирования и проектирования сегодня превратилось в системы, которые отличаются интерактивной графикой, высокого качества визуализацией поверхностей и моделей объектов, а также дружественными интерфейсами пользователя [ 19 ] (рис. 1.3).

6

Рис. 1.3. Интерфейс программы Minemax Planner для оптимизации карьеров с интерактивной 3D визуализацией

(Источник http://www.minemax.com/downloads/)

Целью настоящего курса компьютерной графики является ознакомление студентов с современными графическими средствами интерактивной компьютерной графики. В результате изучения курса студенты должны знать структуру и общую схему функционирования программных и аппаратных средств, реализующих графику, уметь применять средства интерактивной компьютерной графики в профессиональной деятельности, приобрести навыки по использованию систем твердотельного моделирования при проектировании узлов и деталей горношахтного оборудования.

Предлагаемое учебное пособие состоит из двух частей: теоретической, в которой рассматриваются общие вопросы компьютерной графики и практической, где даются основы работы с системой трехмерного моделирования Autоdesk Inventor.

Учебное пособие соответствует требованиям образовательного стандарта, с другой – учитывает условия конкретного образовательного учреждения. В первую очередь, оно рассчитано на студентов, обучающихся на машиностроительных специальностях, в том числе по специальности «Горные машины и оборудование». Инженеры данной отрасли промышленности должны иметь хорошее пространственное представление, что особенно важно при быстром поиске правильных техниче-

7

ских решений. Кроме того, они должны хорошо знать методы формообразования сложных изделий на базе современных систем 3D моделирования.

Безусловно, данное пособие не исчерпывает всего содержания компьютерной графики. Авторы не пытались заменить пособием учебники. Напротив, только при их совместном использовании возможно хорошее усвоение учебного материала. Авторы будут рады, если данное пособие поможет студентам в изучении курса компьютерной графики.

8