Компьютерная графика

Целью практикума является ознакомление с изобразительными возможностями системы AutoCAD, освоение и приобретение практических навыков работы с системой.

Настоящий лабораторный практикум состоит из двух разделов. В первом разделе даются определения основных понятий, используемых в процессе формирования чертежа в AutoCAD. Второй раздел представляет собой описание 5-и лабораторных работ. Каждая лабораторная работа знакомит с определенными функциональными группами команд. Приводятся правила использования команд, которые иллюстрируются конкретными примерами.

AutoCAD - это система автоматизации графических работ на базе ПЭВМ. Открытость системы, обеспечивающая возможность создания и подключения новых библиотек графических образов, специально написанных программ, позволяющих автоматизировать процесс формирования изображений и выполнить требуемые для проектирования расчеты, подключить другие пакеты в том числе и системы управления базами данных, делает пакет основой для разработки широкого спектра систем автоматизированного проектирования.

Чертеж в системе AutoCAD представляет собой файл, хранящийся на диске и содержащий описание графического изображения в специальном формате. Это описание включает информацию о размещении и характеристиках графических элементов, составляющих изображение. Графический элемент или примитив — это графическая единица, к которой применимы операции из набора операций графической системы. Графический элемент является также единицей хранения в базе данных. Примитивами являются точка, линия, окружность, дуга, текст и другие элементы. Описание каждого примитива включает координаты точки, задающей положение примитива в чертеже, цвет и тип линии, которой он отрисовывается, а также другие параметры, набор которых может быть различным для различных примитивов.

Действие над чертежом AutoCAD производит после ввода пользователем команды. По командам осуществляется ввод примитивов, внесение изменений в имеющийся чертеж, например, удаление, перемещение, копирование, размножение примитивов и другие действия. Команды можно вводить с клавиатуры, либо выбирать из меню экрана, планшета или задавать с помощью “мыши”. После ввода команды пользователь должен ответить на запросы системы. Действие команды после ее выполнения выводится на экран дисплея.

Большинство команд требует ввода точек. Для определения положения точки на чертеже используется декартова система координат. Ряд команд допускают задание трехмерных точек (X, Y, Z).

Изображение графических примитивов строится с помощью линий. Толщина линии считается равной нулю. На экране дисплея линия изображается толщиной в 1 pixel (экранная точка). При изменении масштаба изображения чертежа или отдельных его элементов толщина линии не изменяется. Линия характеризуется типом и цветом. Тип линии определяет, используемая для формирования изображения линии, комбинация из линейных сегментов, пробельных участков различной длины и точек. В AutoCAD существует стандартный набор типов линий, кроме того, пользователь может создать описание своего типа линии.

Цвет линии в AutoCAD кодируют с помощью чисел. Реальное количество цветов, получаемое на экране дисплея, определяется возможностями графического адаптера. Первые семь номеров цветов задают с помощью обычного названия цвета, например, red, blue и т.п.

В AutoCAD различные части чертежа могут быть построены на различных слоях. Слой подобен прозрачной кальке. Множество одновременно изображаемых слоев обеспечивает тот же эффект, что и множество калек, наложенных друг на друга. Они дают полное изображение чертежа. Слои можно в любой момент работы над чертежом включать и выключать. Примитивы, принадлежащие выключенным слоям, не изображаются, но присутствуют в чертеже. Количество слоев, используемых в чертеже, а также количество примитивов на одном слое ничем не ограничивается.

Перед тем как начать новый чертеж пользователь обычно задает пределы чертежа. Пределы чертежа - это границы прямоугольной области, внутри которой будет строиться чертеж. На экране дисплея может быть отображен либо весь чертеж в установленных пределах, либо его часть. Границы области чертежа, отображаемого на экране, называют экстентами изображения чертежа. Не вся область, отведенная под чертеж, может быть занята изображениями графических объектов. Наименьшие по размерам стороны прямоугольника, охватывающего все объекты чертежа, построенные к данному моменту времени, называют текущими экстентами чертежа.

В процессе, работы над чертежом можно увеличивать или уменьшать видимый образ чертежа. Увеличение масштаба изображения позволяет выбрать и отобразить на весь экран небольшую часть чертежа и увидеть ее детали. При этом меняются экстенты изображения чертежа. Экран дисплея представляет собой некоторое “окно”, через которое с увеличением или с уменьшением масштаба изображения рассматривается чертеж. Это “окно” можно сдвигать по чертежу без изменения масштаба изображения. Такую операцию называют панорамированием.

Все установки параметров чертежа — слои, цвета и типы линий, используемый шрифт, границы чертежа, экстенты изображения и т.д., - сохраняются в файле чертежа вместе с описаниями графических примитивов, из которых складывается чертеж. При построении нового чертежа в качестве основы может быть взят уже существующий чертеж (файл с расширением .dwg) со всеми имеющимися там графическими примитивами и установками, так называемый прототип. Обычно в качестве прототипа берут “пустой” чертеж, в котором выполнены только установки параметров и нет графических примитивов.

Для поддержки AutoCad требуется по минимуму компьютер Pentium100 c установленной операционной системой Windows-95 или 98, оперативной памятью 32 МB, до 200 МB памяти на жёстком диске, VGA монитор с разрешением 800х600 точек, параллельный порт, мышь.

Общая продолжительность практикума 12 академических часов.

1.1 СРЕДСТВА ПОСТРОЕНИЯ ГРАФИЧЕСКИХ ПРИМИТИВОВ

Целью работы является освоение системы и приобретение практических навыков работы с графическими примитивами. Время выполнения работы – 2 академических часа.

После входа пользователя в графический редактор па экране появится меню, в котором перечислены команды, готовые к применению. Указав с помощью графического курсора, управляемого “мышью”, имя примитива из этого меню, можно приступать к отрисовке его на графическом поле экрана, следя за содержимым командной строки, чтобы дать системе информацию об особенностях конкретного примитива и расположении его по отношению к началу координат или к другим объектам.

Команда POINT предназначена для размещения точки в требуемом месте экрана. После выбора команды POINT запрашивается положение точки в виде координатной пары вещественных чисел (X, Y) при абсолютном способе задания координат. При последующих вводах точек возможно задание расстояния от последней введенной точки, с использованием относительных или полярных координат, когда соответственно задаются приращения по осям X, Y или расстояние и угол (например, в градусах) до положения новой точки. В приведенных примерах использования команд подчеркиванием отмечена информация, последовательно вводимая пользователем в ответ на запросы системы. Проще (без предварительного расчета координат) ввод проводить “мышью”.

Пример 1.1. Пример 1.2.

Задание координат в абсолют- Построение треугольника

ных, относительных и полярных

координатах Command: LINE From point: 20, 35

To point: 50, 65

Command:POINT Point: 20, 35.4 To point: 80, 35

Command:POINT Point: @30,30 To point: 80, 65

Command:POINT Point: @42.43<315 To point: U

Command: To point: C

Команда LINE используется для построения отдельной прямой, последовательности соединенных между собой линий или дуг, в том числе замкнутых, для удаления уже построенных линий, начиная с последнего отрезка или многоугольника целиком. После входа в эту команду система запрашивает у пользователя координаты начальной и конечной точек отрезка, а также координаты конечных точек последующих отрезков прямых или дуг, соединяемых с предыдущими отрезками. При построении линии система AutoCAD к ранее введенной точке привязывает курсор типа “резиновая нить”, который помогает пользователю увидеть, где будет проходить линия, это удобно в случае изображений с большим количеством примитивов. Завершение работы с командой LINE происходит с вводом “пробела” или ENTER.

Команда CIRCLE позволяет вычертить окружность требуемого радиуса с центром в произвольной точке графического поля. В зависимости от выбранной пользователем опции команды система переходит в режим диалога, запрашивая соответствующие параметры окружности.

Пример 1.3. Построение трех окружностей.

Command: CIRCLE 3p/2p/ TTR/< Center point >: 3p

First point: 20, 35 построение окружности

Second point: 50, 65 по трем

Third point: 80, 35 точкам

Command: <ENTER>

Command: CIRCLE 3p/2p/TTR/< Center point >: 2p

Center point: 35, 35 построение окружности

Diametr < Radius >: D по центру и диаметру

Diameter: 30

Command: < ENTER>

Command: CIRCLE 3p/2p/TTR/< Center point >: TTR

Enter Tangent Spec: 50, 35 построение окружности Enter Second Tangent: 80, 35 заданного радиуса,

Radius: 15 касающейся двух ранее

Command: построенных

Команда ARC предназначена для вычерчивания части окружности, которую можно построить в зависимости от порядка ввода параметров этого примитива различными способами. В связи с тем, что в ряде способов построения дуги может быть неоднозначным (так, в случае задания длины хорды можно построить четыре различных дуги) в системе по умолчанию выполняются следующие правила: дуга строится от начальной точки против часовой стрелки; строится меньшая (< 180°) дуга; при продолжении дуги (линии) в качестве начальной точки и направления используются конечная точка и направление последней выведенной дуги (линии). Для построения дуги по часовой стрелке или большей дуги требуется задавать параметры A,L с отрицательным знаком.

Пример 1.4. Построение двух дуг.

Command: ARC Center < Start point >: 20, 35

Center/End/<Secondpoint> C

Center: 80, 35

Angle/length of chord/<End point >: A

Included angle: -45

Command: ARC Center/< Start point>: < ENTER>

End point: 80, 70

Command:

Команда PLINE предназначена для построения графического примитива - ломаной линии, которая представляет собой связанную последовательность отрезков прямых и дуг (в том числе замкнутых) различной ширины, формы, типов линий, наличия сплошной заливки или контура. После входа в команду PLINE пользователь в режиме диалога выбирает требуемые ему опции команды, своевременно вводя параметры, запрашиваемые системой для построения ломаной.

Кроме уже рассмотренных команд построения графических примитивов система AutoCAD предоставляет в распоряжение пользователя еще несколько примитивов, существенно расширяющих возможности пакета. В их числе команды:

ELLIPSE — построение эллипса по его характерным параметрам (координаты центра, размеры и направление полуосей и др.);

TRACE — построение сплошных линий заданной толщины трасс. Команда аналогична по форме диалога с командой LINE;

SOLID — вычерчивание сплошных областей, задавая их как 4- или 3-угольные секции;

DONUT — отрисовка кольца по его центру, внутреннему и внешнему диаметру;

TEXT — вычерчивание текстов любого размера, выполненного разного типа (Style) шрифтами и произвольно ориентированными на плоскости изображения.

Порядок работы с этими примитивами аналогичен ранее подробно рассмотренным. Выбирая ту или иную опцию требуемой команды, пользователь в режиме диалога сообщает системе по ее запросам необходимую для вычерчивания примитива информацию, или подтверждает принятые в системе по умолчанию технические действия и приемы формирования графических примитивов.

Команда BLOCK. Под блоком в системе AutoCAD понимают набор из любого числа геометрических примитивов, имеющий имя и рассматриваемый далее системой как обычный примитив. Имена блоков могут содержать до 31 символа из букв, цифр и специальных символов. После объявления блока изменить или удалить какой-либо примитив внутри блока уже нельзя. Многократное использование блоков делает компактным и эффективным построение геометрических объектов и чертежей. Каждая вставка блока использует исходное определение блока, причем место размещения, масштабные коэффициенты и угол поворота выбирает сам пользователь. Специально для работы с блоками в системе существуют команды вставки блока (INSERT), объектной привязки блока (BASE), переименование и удаление блоков (PURGE).