Инженерная графика. Компьютеризацию чертежных и конструкторских работ проводят давно и в настоящее время используют различные системы автоматизации проектных работ (САПР)

Компьютеризацию чертежных и конструкторских работ проводят давно и в настоящее время используют различные системы автоматизации проектных работ (САПР). Аббревиатуру САПР впервые использовал основоположник этого научного направления Айвен Сазерленд в своих лекциях, прочитанных в Массачусетском технологическом институте в начале 60-х годов. Фактически инженеры применяли компьютеры для решения сложных задач проектирования еще в эпоху ранних послевоенных моделей универсальных компьютеров, а первые образцы специализированного оборудования САПР были созданы уже в середине 50-х годов. Однако широкое распространение САПР обусловлено появлением микропроцессорной техники, предоставившей возможности создавать, модифицировать и обрабатывать сложные графические изображения на экране монитора.

В настоящее время САПР обозначает аппаратно-программный комплекс, поддерживающий процесс проектирования с использованием специальных средств машинной графики, поддерживаемых пакетами программного обеспечения, для решения задач, связанных с проектной деятельностью. В совокупности развитая САПР представляет собой специализированную информационную систему. Сфера применения САПР охватывает такие разные области приложения, как архитектура, гражданское строительство, картография, медицина, геофизика, разработка моделей одежды, издательское дело, реклама.

Полная система САПР состоит из компонентов аппаратного и программного обеспечения. Общими компонентами аппаратного обеспечения системы САПР являются ЦП (центральный процессор), несколько рабочих станций, разделяемая между рабочими станциями периферия.

Состав типичной системы САПР:

дисплей (графический и алфавитно-цифровой);

процессор;

клавиатура;

устройство управления курсором (мышь, дигитайзер);

электронный командный планшет;

принтер.

Одним из наиболее давних и популярных средств автоматизированного проектирования является система АВТОКАД (AutoCad). АВТОКАД не является проблемно-ориентированной системой, т.е. не содержит специализированныхбаз данных, экспертных систем и многого из того, что входит в состав специализированной интеллектуальной САПР. АВТОКАД - достаточно простая универсальная система. Ее возможности таковы:

· развитая система экранныхменю;

· высокая точность графической информации;

· разбивка информации (расслоение);

· прочерчиванне на дисплее координатной сетки;

· средство захвата графических объектов;

· мощное редактирование;

· отображение параметров графических характеристик;

· полуавтоматическая и автоматическая простановка размеров;

· штриховка;

· работа с блоками.

После запуска АВТОКАДа на текстовом экране появляется главное меню:

О - выход;

1 - создание нового чертежа;

2-редактирование существующего чертежа;

3 - вывод на плоттер (графопостроитель);

4 - вывод на принтер;

5-конфигурация;

б - файловые утилиты;

7-шрифты;

8 -стыковка со старыми версиями.

Режимы экранного меню:

AUTOCAD - выход в головное меню;

* * * * - режим объектного захвата;

BLOCKS -работа с блоками;

DISPLAY - работа с изображением без его изменения;

SETTINGS -настройка;

DIM - обезразмеривание;

EDIT -редактирование;

DRAW -рисование;

LAYER -работа со слоями;

INQUIRY -справки о примитивах;

UTILTTS - выход в ДОС, запись чертежей в разных форматах;

PLOT -получение твердой копии и т.д.

В режиме DRAW (рисуй) имеется возможность строить графические примитивы

и проводить с их помощью синтез изображений. Например, здесь существует восемь

способов рисования дуг:

· по трем точкам на дуге /З points/;

· по начальной точке, центру и длине хорды /S, С, L/;

· по начальной точке, центру и заключенному углу /S, С, А/;

· по начальной точке, конечной точке и радиусу /S, Е, R/;

· по начальной точке, конечной точке и заключенному углу /S, Е, А/;

· по начальной точке, конечной точке и исходному направлению /S, Е, D/;

· по продолжению предыдущей линии или дуги /CONTIN:/.

Можно выделить следующие правила изображения дуги:

1) обычно дуга строится против часовой стрелки от точки к точке;

2) если есть в выбранной опции возможность задать угол, то отрицательный угол позволяет рисовать дугу по часовой стрелке;

3) по умолчанию дуга рисуется по начальной, промежуточной и конечной точкам.

При выборе в основном меню АВТОКАД режима Edit имеется возможность стирать созданные объекты, возвращать случайно стертые, перемещать и копировать, вычерчивать сопряжения между двумя существующими объектами, снимать фаски, разбивать объект на части, зеркально отображать, поворачивать, увеличивать и уменьшать, отсекать и т.п.

Практически все команды редактирования запрашивают выбор одного или нескольких объектов для обработки. Совокупность таких объектов называется набором выбора. Когда АВТОКАДу требуется не один объект, а набор выбора, появляется подсказка Select objects: (выбрать объекты) и на экране вы видите маленький прямоугольник - мишень для выбора объектов. Способы выбора объектов указываются в опциях соответствующей команды.

5.6. НАУЧНАЯ ГРАФИКА

Компьютерная графика представляет значительный интерес для научных исследований. В частности, она выступает как средство формирования научной документации с использованием специальной нотации - математических знаков, индексов, шрифтов и т.п. В последнее время ученые чаще стали обращаться к имитационному моделированию на компьютере.

В компьютерной графике большое значение имеют методы и способы геометрического моделирования. Модели, геометрические преобразования составляют в настоящее время основу теории компьютерной графики и геометрического моделирования. Аналитические модели - это набор чисел, логических параметров, играющих роль коэффициентов в уравнениях, которые задают графический объект заданной формы. Например, аналитической моделью окружности на плоскости в параметрической форме являются уравнения

x=x0+R-cosA,

y=y0+R-sinA,

где х0, у0 - координаты центра, R - радиус, А - угол. Параметрическое задание образов широко применяется в машинной графике и геометрии. Изображение окружности можно осуществить установкой последовательных точек (близко расположенных), изменяя генерирующий параметр А от 0 до 360°.

Координатные модели - это массивы координат точек, принадлежащих объектам. Например, поверхность задается массивом точек Z = f (x, у) на координатной сетке [х_i, y_j}. Если точки в модели расположены в том же порядке, что и на линии образа, то модели называют упорядоченными. Помимо координат, в модели могут быть указаны дополнительные характеристики проекции касательных или нормальных векторов.

Приближенные модели содержат аппроксимации кривых методами вычислительной геометрии. Например, изображение гладких кривых можно осуществить ломаными линиями: линейными, параболическими или сплайнами. Используя вышеперечисленные геометрические модели, можно создавать различные демонстрационные картины. Например, модель Солнечной системы для наглядности удобно представить в динамической форме. Организуем движение точки (Земли) по окружности, в центре которой размещается круг (имитация Солнца). Установку точки на орбите осуществим по параметрическим формулам окружности:

X0 = 320 + r1∙sin(A1);

Y0 = 240 + rl ∙cos(Al),

где r1 - радиус орбиты Земли, А1 - параметрический угол, меняющийся от 0 до 360°. Чтобы организовать движение, достаточно в цикле устанавливать точку с координатами (x0, у0) для всех углов А1, принимающих значения от 0 до 360° с шагом h. Аналогичная процедура справедлива и для второй точки (Луны), которая изображается по подобным формулам, в которых центр орбиты (Земля) является подвижным:

х = х0 + r ∙ sin(A);

у = у0 + r ∙ cos(A),

где r - радиус орбиты Луны, А - угол вращения.

Контрольные вопросы и упражнения

1. Составьте каким-либо средством машинной графики бордюры каждого типа симметрии из следующих элементарных мотивов, рис. 2.21.

Рис. 2.21.

2. Постройте орнаменты различного типа симметриииз выбранного произвольного элементарного мотива каким-либо средством машинной графики.

3. Задана высота (м) над уровнем моря вершин: Мак-Кинли - 6200, Логан - 6100, Элберт - 440, Робсон - 4000, Митгелл - 2000. Составьте по этим данным столбчатую диаграмму.

4. По данным упражнения 3 составьте круговую диаграмму.

5. Постройте график функции у = x sin (1/x).

6. Создайте мультипликацию: вращение электрона в модели атома.

7. Изобразите шестиугольную призму.

8. Подготовьте иллюстрацию ко Дню учителя.

9. Организуйте в школе (вузе) компьютерный вернисаж.