Глава 2 ХАРАКТЕРИСТКА ОБЛАСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ

СРЕДСТВ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

Синтез изображений

При синтезе изображений графические образы создаются на основе описаний, формируемых программами и данными компьютерной системы. Данные могут поступать от какого-либо внешнего источника, быть результатом вычислений или следствием команд со стороны пользователя. Формируемое визуальное представление синтезированных графических объектов отображается при помощи устройства графического вывода. Допускается разбиение графической картины на отдельные части, при этом отдельные части изображения могут подвергаться различным преобразованиям. Для поддержки диалога с пользователем в системе синтеза изображений используются также методы, обеспечивающие идентификацию сегментов графического изображения.

Анализ изображений

При анализе изображений графические объекты и их совокупности должны быть выделены из картины, представленной в неструктурированной форме.

Обычно анализируемые изображения передаются графической системе путем сканирования либо преобразования в цифровую форму фотографического или телевизионного представления графической картины. Типичными задачами являются распознавание и анализ рукописного текста; дешифрирование аэрофотоснимков; анализ наблюдаемых сцен; слежение за объектами (например, на транспорте); задачи картографии, метеорологии; медицинские задачи и др.

55

Часто различают задачи идентификации, когда на визуальном изображении необходимо определить объект заданного класса с определенными графическими свойствами; и задачи классификации – определения классов объектов, содержащихся в изображении.

Обработка изображений предназначена для частичного изменения визуального представления графической картины, обычно, с целью улучшения ее восприятия человеком. При этом используются методы фильтрации помех, усиления контрастности, насыщенности цветов, уровня цветовой гаммы, подавления искажений и др.

Все три области применения компьютерной графики имеют много общего, так что средства компьютерной графики могут использоваться для решения различных задач. Часто выделяют следующие виды компьютерных графических изображений:

-иллюстративная графика (чертежи, рисунки, схемы, графики, мультфильмы и т.д.);

-деловая графика (таблицы, диаграммы и т.д.);

-когнитивная графика (формирование графических образов, отражающих некоторую информацию, знания, состояния, решения с применением алгоритмов искусственного интеллекта);

-научная визуализация (визуализация в научных исследованиях, Scientific Visualisation). Это сравнительно недавно сформировавшаяся научная дисциплина, изучающая возможности применения компьютерных систем для визуализации и интерпретации больших объемов информации, полученной в результате научных исследований или компьютерного моделирования.

Впоследнее время получили широкое распространение компьютерные системы автоматизированного проектирования, которые используют средства компьютерной графики для создания графических изображений технической документации.

56

Автоматизированное графическое проектирование

В современной науке и технике при разработке различных компонентов и устройств, все чаще и чаще применяется компьютерная техника. Преимущества, которые дает компьютерная техника, позволяют автоматизировать все этапы создания изделий – от проектирования до управления технологическими процессами изготовления.

Поэтому одним из главных требований к современному специалисту есть наличие навыков работы с компьютерной техникой и умение использовать их для решения различных инженерных задач, одной из которых является применение средств компьютерной графики для автоматизированного проектирования.

Автоматизированным проектированием называется комплекс меро-

приятий, направленных на разработку каких либо деталей, компонентов, узлов и устройств, в которых определенные этапы выполняются с применением технических средств. В частности при автоматизированном компьютерном проектировании в качестве такого технического средства выступает персональный компьютер.

Необходимо отметить разницу между понятиями «автоматизированное проектирование» и «автоматизация проектирования». При автоматизации проектирования решаются вопросы, направленные на создание системы автоматизированного проектирования, а при автоматизированном проектировании результатом является комплект технической документации, разработанного объекта и рекомендации к технологическому процессу его изготовления.

Компьютерная система автоматизированного проектирования включает в себя аппаратное и программное обеспечение.

Аппаратное обеспечение может включать в себя как отдельный персональный компьютер, так и их совокупность, объединенную в общую локальную сеть. Во втором случае каждый персональный компьютер представляет собой

57

вычислительную станцию - терминал, который решает отдельные специфические задачи. Это позволяет разграничить обязанности операторов, управляющих этими терминалами. Обычно в таких системах результаты работы отдельных компьютеров при помощи сетевых транспортных протоколов передаются на центральную машину (сервер), где происходит накопление, обработка и систематизация полученных данных. Такие серверы используются для ведения архивов технической документации в электронном виде. На рисунке 2.1 приведена упрощенная схема такой системы, в структуре которой имеется шесть терминалов, которые могут выполнять различные задачи проектирования. Результаты выполнения определенных стадий компьютерного проектирования передаются на центральную вычислительную станцию – сервер, который осуществляет систематизацию и хранение конструкторской документации разрабатываемого объекта. При наличии связи с внешней сетью, может происходить обмен информацией этой системы автоматизированного проектирования с другими системами.

Рассматриваемые компьютерные системы автоматизированного проектирования работают со специализированным программным обеспечением – пакетами автоматизированного проектирования. Такие пакеты состоят из отдельных программных средств, специфицированных для решения различных задач.

Как правило, такое программное обеспечение оперирует со специфическими форматами файлов хранения графического изображения, однако, для обеспечения переносимости разработанных документов с одной программной платформы на другую предусмотрены универсальные форматы файлов (такие как DXF), которые поддерживаются большинством пакетов.

Эти системы могут дополняться специализированными программами обработки растровых изображений и преобразования их в векторную форму. Такие системы позволяют переводить ранее созданные графические изображения, имеющиеся в твердой копии (на бумаге), в электронный вид. Из таких систем наибольшее распространение получила SpotLightVectoring.

58

59

Рисунок 2.1 – Сетевая структура комплекса автоматизированного проектирования

59

Для преобразования твердой копии изображения в электронный вид сначала осуществляется сканирование, в результате чего необходимая графическая информация будет представлена в растровом виде, и может быть сохранена в файле формата растрового изображения. Затем полученный файл передается в систему графического распознавания изображений, которая проводит его анализ и преобразования в векторную форму.

Комплекс программных средств по решению задач автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства

Пакеты автоматизированного проектирования, применяя средства компьютерной графики, выполняют различные задачи, необходимые при разработке каких-либо объектов. Из таких задач можно выделить следующее:

1)создание конструкторской документации на изделие;

2)управление проектами и техническим документооборотом;

3)создание трехмерной графической модели изделия;

4)всесторонний анализ изделия;

5)создание технологической документации на изделие;

6)создание технологической оснастки для изготовления изделия. Непосредственно, самым важным, в процессе автоматизированного про-

ектирования, можно назвать создание конструкторской документации в графическом формате, которая является конечной целью проектирования (конструкторские чертежи). Она необходима для реализации технологического процесса изготовления разработанного изделия.

Чем сложнее разрабатываемый объект, тем разнообразнее и объемнее его техническая документация. Системы автоматизированного проектирования включают в себя инструменты для управления техническим документооборо-

60

том, которые обеспечивают систематизацию документации и облегчают поиск необходимых документов. Они же осуществляют контроль выполнения мероприятий по проектированию.

В виду сложности некоторых изделий, еще в процессе проектирования часто бывает необходимо создавать их трехмерную графическую модель, которая представляет собой отображение внешнего вида изделия в трехмерном пространстве. Пример такой модели приведен на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Пример трехмерной модели, созданной при помощи пакета автоматизированного проектирования

Эта модель, кроме геометрических размеров, включает в себя информацию о материале, из которого она изготавливается. Такая модель называется твердотельной. Она позволяет оценить основные свойства и качество проектируемого изделия без изготовления полезной модели и опытного образца.

В процессе автоматизированного проектирования создается математическая модель разрабатываемого объекта, следовательно, проектирование такого изделия может совмещаться с математическим моделированием и анализом.

61

Заключительным этапом проектирования считается разработка технологической документации. В дополнение к ней, некоторые системы автоматизированного проектирования позволяют также разработать специфическую технологическую документацию, такую как программа для станков с числовым программным управлением (ЧПУ), конструкторскую документацию на штампы и прессформы. Такой подход в значительной степени сокращает время на технологическую подготовку производства.

К основным достоинствам автоматизированного графического проектирования относятся:

1)относительная быстрота и легкость создания графических объектов;

2)экономия расходных материалов;

3)автоматизация документооборота проектируемых графических объек-

тов;

4)возможность создания твердотельной модели;

5)комбинирование создания чертежей графических объектов с математическим моделированием;

6)возможность создания анимации движущихся частей разрабатываемых графических объектов;

7)возможность использования созданных графических изображений для разработки технологических процессов изготовления специфических изделий, вплоть до разработки программ для ЧПУ и др.

Из наиболее известных пакетов автоматизированного проектирования, использующих средства компьютерной графики и получивших широкое рас-

пространение, можно выделить: SolidWorks, PartY, Allplan FT 16, Catya, T-FLEX parametric CAD, КОМПАС-ГРАФИК, AutoCAD.

В последующих главах настоящего пособия рассмотрены основные возможности этих систем, а также подходы к созданию графических изображений (как двухмерных, так и трехмерных).

62