1.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1.Компьютерная графика, геометрическое моделирование и

решаемые ими задачи

В настоящее время под компьютерной графикой (машинной графикой) понимают научное направление, в котором рассматривают все аспекты представления и преобразования графической информации с помощью компьютера. В компьютерной графике изучают как методы создания изображений на основании каких-то данных, так и методы исследования и изменения изображений в соответствии с определенными критериями.

На рис. 1.4 представлена схема основных областей применения компьютерной графики. Разделение компьютерной графики на области применения достаточно условно, так как признаки одной области можно обнаружить в другой.

Если пользователь может управлять характеристиками объектов, то такую компьютерную графику называют интерактивной.

Различают три вида компьютерной графики: растровую, векторную и фрактальную. Более подробно данные виды компьютерной графики будут рассмотрены в разделе 1.3 настоящего учебного пособия.

9

Рис. 1.4. Основные области применения компьютерной графики

1.1.1. Отображение и обработка информации

Под отображением графической информации понимают представление в виде изображений некоторых данных полученных неграфическим способом.

Обработкой изображений называют область компьютерной графики, в которой рассматривают задачи, где входные и выходные данные являются изображениями.

Средства компьютерной графики являются мощным инструментом в анализе результатов научных исследований. Полученные в результате исследований данные можно перевести в геометрические образы, что помогает лучше понять суть происходящих явлений.

На рис. 1.5 показаны графические результаты исследования формы температурных полей сварочной дуги, представленные в графическом редакторе.

10

Рис. 1.5. Результаты исследования формы температурных полей сварочной дуги

Компьютерная обработка графической информации важна для медицины. С помощью компьютерной томографии, ультразвукового зондирования и других технологий современной диагностики можно получить трехмерную информацию о состоянии человеческого организма, которая после обработки методами вычислительной геометрии может быть представлена в виде трехмерных геометрических образов

(рис. 1.6, 1.7).

Широко используют компьютерную графику в распознавании видеобразов. Данное направление важно для авиации, функционирования космических спутников и т.д.

11

1.1.2. Проектирование

Проектирование изделий в машиностроении и строительстве является одной из основных прикладных областей, использующих возможности компьютерной графики. Трудоемкие ручные операции конструктора: деталирование, создание сборочного чертежа, изометрии, разрезов и сечений – выполняются с высокой эффективностью системами автоматизированного проектирования (САПР). При этом появляется возможность быстро подготовить несколько вариантов конструкции и при необходимости оперативно вносить в нее изменения.

Компьютерная графика занимает ключевое место во всех САПР, поскольку графическая информация используется практически на всех стадиях проектирования. В современных САПР весь комплекс средств машинной графики обеспечивает непрерывное графическое сопровождение процесса проектирования.

В последние годы все более широкое применение в проектировании находят автоматизированные системы твердотельного моделирования (рис. 1.8). С помощью таких систем возможна организация производства, без использования чертежей. Твердотельная модель изделия, автоматически передается в подсистему технологической подготовки производства, которая позволяет автоматизировать процесс изготовления изделия на станке с числовым программным управлением (ЧПУ).

12

Практически во всех системах трехмерного моделирования используют параметрическое (размерно-управляемое) проектирование, при котором предусмотрено многократное использование чертежа с возможностью изменения его параметров (размеров). В более продвинутых системах используется адаптивное проектирование, которое позволяет задавать размеры и форму деталей в контексте сборки, не создавая при этом никаких проблем во внутренних взаимоотношениях. Это делает ненужным назначение параметров деталям, использование переменных и уравнений для определения размеров, формы и местоположения деталей [ 11 ].

Рис. 1.8. Твердотельная модель проходческого комбайна

Модель построена студентом ЮТИ ТПУ М.Е. Васильевым

При подготовке графического отображения геологической, маркшейдерской и расчетной информации зачастую используют специализированное программное обеспечение, например программа GEOL_DH [ 15 ], когда выполняется построение проложений горных выработок, а также интервалов опробования, горных пород и точечных данных в 3 -х мерном пространстве (рис. 1.9).

13