Графические диалоговые (интерактивные) системы инженерного конструирования

В настоящее время в инженерном конструировании получили достаточно широкое распространение так называемые системы проектирования «высокого уровня», такие как Pro/ENGINEER (США), СПРУТ (Россия). К системам «среднего уровня» можно отнести Mechanical Desktop (фирма Autodesk), SolidWorks (фирма SolidWorks). Наконец, системы «низкого уровня» - AutoCAD (фирма Autodesk), MiniCAD (США), КОМПАС (Россия).

Системы «низкого уровня» к САПР отношения не имеют – это графические редакторы, представляющие собой «электронный кульман», т.е. хороший инструмент для выполнения графической документации [2]. Первый и второй уровни в значительной мере схожи между собой. Проектирование в них происходит на уровне твердотельных моделей с привлечением мощных проектных библиотек, с использованием современного математического аппарата для проведения необходимых расчетов. Кроме этого, эти системы позволяют с помощью средств анимации имитировать перемещение в пространстве рабочих органов изделия (например, манипуляторов робота).

Особенностью приведенных выше программ (за исключением AutoCAD) является их предметная направленность. Поэтому их использование предусматривает знание не только основ компьютерной графики, но и самого предмета проектирования.

Среди программ моделирования под Windows безусловным лидером является программа AutoCAD. Разработанный фирмой Autodesk графический формат является стандартом для большинства графических и текстовых редакторов, а также устройств ввода и вывода, работающих с векторной графикой. Система машинного проектирования AutoCAD позволяет:

· реализовать основные операции по созданию и редактированию линий, дуг и текста;

· синтезировать 2D- и 3D-модели;

· автоматизировать решение многих задач, возникающих в процессе проектирования;

· адаптировать и настроить систему на конкретные приложения, создавая собственные сценарии на основе встроенных языков макрокоманд и программирования.

Базовая графика. Международный стандарт компьютерной графики GKS (Grafical Kernel System – Ядро графической системы)

В 1985 г. принят международный стандарт компьютерной графики GKS (Grafical Kernel System – Ядро графической системы) [3], который:

· ввел основные понятия и основные положения программного обеспечения компьютерной графики;

· обеспечил единую методологию разработки графических программ;

· определил набор функций, необходимых для создания графических систем;

· унифицировал типы графических устройств.

Стандарт определил следующие двумерные примитивы вывода (базовые средства, с помощью которых графические устройства строят изображения):

· ломаная – набор соединенных друг с другом отрезков прямых;

· полимаркер - набор центрированных в заданных точках условных изображений одного типа;

· полигональная область – многоугольник, площадь которого может быть пуста или заполнена определенным цветом или узором;

· матрица ячеек – массив пикселов, каждому из которых присвоен индивидуальный цвет;

· обобщенные примитивы вывода – дополнительные примитивы, реализуемые в специфических графических системах (полилиния, сфера…).

Примитив характеризуется определением – названием (отрезок, текст, сфера…), описывающим его геометрическую форму, и атрибутами (применяются также термины свойства, параметры), уточняющими геометрические детали и представление примитива в графической системе.

Геометрические атрибуты изменяются при геометрических преобразованиях – масштабировании, повороте, переносе. К ним относятся, например, координаты вершин отрезка; высота, длина и угол наклона текстовой строки.

Негеометрические атрибуты не зависят от геометрических преобразований (цвет, размер маркера для обозначения точек…).

Рассмотрим представление различных двумерных объектов в векторной графике.

Точка. Э тот объект на плоскости представляется двумя числами (x,y), указывающими его положение относительно начала координат. Точка в основном предназначена для точного совмещения (привязки) базовых точек различных объектов.

Прямая линия. Ей соответствует уравнение y=kx+b. Указав параметры k и b, всегда можно отобразить бесконечную прямую линию в известной системе координат, т.е. для задания прямой достаточно двух параметров. Прямые часто применяются в качестве линий связи между проекциями чертежа, т.е. для выравнивания проекций.

Отрезок прямой. Он отличается от прямой тем, что требует для описания еще двух параметров, – например, координат x₁ и x₂ начала и конца отрезка. Обычно отрезок задается координатами начала (x₁,y₁) и конца (x₂,y₂).

Кривая третьего порядка. Отличие этих кривых, например, от кривых второго порядка состоит в наличии точки перегиба. Именно эта особенность позволила сделать кривые третьего порядка основой отображения изделий с плавными переходами или природных объектов. Например, линии изгиба человеческого тела весьма близки к кривым третьего порядка.

В общем случае уравнение кривой третьего порядка можно записать так:

x³ + a₁y³ + a₂x²y + a₃xy² + a₄x² + a₅y² + a₆xy + a₇x + a₈y + a₉ = 0

Таким образом, кривая третьего порядка описывается девятью параметрами. Описание ее отрезка потребует на два параметра больше.

Кривые Безье. Это особый, упрощенный вид кривых третьего порядка (см. рис.). Метод построения кривой Безье основан на использовании пары касательных, проведенных к отрезку линии в ее окончаниях. Отрезки кривых Безье описываются восемью параметрами, поэтому работать с ними удобнее. На форму линии влияет угол наклона касательной и длина ее отрезка. Таким образом, касательные играют роль виртуальных «рычагов», с помощью которых управляют кривой.

Дата добавления: 2014-01-05