Материал: Введение в компьютерную графику. учебное пособие. Прутских Д.А., Кожухов Н.Н

Д.А. Прутских Н.Н. Кожухов

ВВЕДЕНИЕ В КОМПЬЮТЕРНУЮ

ГРАФИКУ

Учебное пособие

Воронеж 2015

ФГБОУ ВО

«Воронежский государственный технический университет»

Д.А. Прутских Н.Н. Кожухов

ВВЕДЕНИЕ В КОМПЬЮТЕРНУЮ

ГРАФИКУ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2015

УДК 004.921

Прутских Д.А. Введение в компьютерную графику: учеб. пособие [Электронный ресурс]. - Электрон. текстовые и граф. данные (3,3 Мб) / Д.А. Прутских, Н.Н. Кожухов. Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2015. 1 электрон. опт. диск (СD-ROM): цв. – Систем. требования: ПК 500 и выше; 256 Мб ОЗУ; Windows XP; SVGA с разрешением 1024x768; MS Word 2007 или более поздняя версия; CD-ROM дисковод; мышь.- Загл. с экрана.

В учебном пособии приведены основные сведения о компьютерной графике и принципы работы в САПР «Компас-3Д» и Siemens NX.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» (профиль «Промышленная теплоэнергетика»), дисциплине «Компьютерные методы инженерных расчетов».

Табл. 1. Ил. 37 . Библиогр.: 4 назв.

Рецензенты: кафедра информатики и методики

преподавания математики

Воронежского государственного

педагогического университета

(канд. техн. наук, доц. Е.А. Кубряков); канд. техн. наук, проф. В.Ю. Дубанин

 Прутских Д.А., Кожухов Н.Н., 2015

 Оформление. ФГБОУ ВО

«Воронежский государственный

технический университет», 2015

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 8

1. ВИДЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ 11

2. СИСТЕМА КОМПАС-3D 14

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ SIEMENS NX 108

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 177

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 178

Введение

Компьютерная графика в настоящее время сформировалась как наука об аппаратном и программном обеспечении для разнообразных изображений от простых чертежей до реалистичных образов естественных объектов. Компьютерная графика используется почти во всех научных и инженерных дисциплинах для наглядности и восприятия, передачи информации. Применяется в медицине, рекламном бизнесе, индустрии развлечений и т. д. Без компьютерной графики не обходится ни одна современная программа. Работа над графикой занимает до 90% рабочего времени программистских коллективов, выпускающих программы массового применения.

Конечным продуктом компьютерной графики является изображение. Это изображение может использоваться в различных сферах, например, оно может быть техническим чертежом, иллюстрацией с изображением детали в руководстве по эксплуатации, простой диаграммой, архитектурным видом предполагаемой конструкции или проектным заданием, рекламной иллюстрацией или кадром из мультфильма.

Компьютерная графика – это наука, предметом изучения которой является создание, хранение и обработка моделей и их изображений с помощью ЭВМ, т.е. это раздел информатики, который занимается проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

В компьютерной графике рассматриваются следующие задачи:

- представление изображения в компьютерной графике;

- подготовка изображения к визуализации;

- создание изображения;

- осуществление действий с изображением.

Под компьютерной графикой обычно понимают автоматизацию процессов подготовки, преобразования, хранения и воспроизведения графической информации с помощью компьютера. Под графической информацией понимаются модели объектов и их изображения.

В случае, если пользователь может управлять характеристиками объектов, то говорят об интерактивной компьютерной графике, т.е. способность компь­ютерной системы создавать графику и вести диалог с человеком. В настоящее время почти любую программу можно считать системой интер­активной компьютерной графики.

Интерактивная компьютерная графика – это так же использование компьютеров для подготовки и воспроизведения изображений, но при этом пользователь имеет возможность оперативно вносить изменения в изображение непосредственно в процессе его воспроизведения, т.е. предполагается возможность работы с графикой в режиме диалога в реальном масштабе времени.

Интерактивная графика представляет собой важный раздел компьютерной графики, когда пользователь имеет возможность динамически управлять содержимым изображения, его формой, размером и цветом на поверхности дисплея с помощью интерактивных устройств управления.

Исторически первыми интерактивными системами считаются системы автоматизированного проектирования (САПР), которые появились в 60-х годах. Они представляют собой значительный этап в эволюции компьютеров и программного обеспечения. В системе интерактивной компьютерной графики пользователь воспринимает на дисплее изображение, представляющее некоторый сложный объект, и может вносить изменения в описание (модель) объекта. Такими изменениями могут быть как ввод и редактирование отдельных элементов, так и задание числовых значений для любых параметров, а также иные операции по вводу информации на основе восприятия изо­бражений.

Системы типа САПР активно используются во многих областях, например в машиностроении и электронике. Одними из первых были созданы САПР для проектирования самолетов, автомобилей, системы для разработки микроэлектронных интегральных схем, архитектурные системы. Такие системы на первых порах функционировали на достаточно больших компьютерах. Потом распространилось использование быстродействующих компьютеров средне­го класса с развитыми графическими возможностями – графических рабо­чих станций. С ростом мощностей персональных компьютеров все чаще САПР использовали на дешевых массовых компьютерах, которые сейчас имеют достаточные быстродействие и объемы памяти для решения многих задач. Это привело к широкому распространению систем САПР.

1.Виды компьютерной графики

Различают три вида компьютерной графики. Это растровая графика, векторная графика и фрактальная графика. Они отличаются принципами формирования изображения при отображении на экране монитора или при печати на бумаге.

Растровый метод – изображение представляется в виде набора окрашенных точек. Растровую графику применяют при разработке электронных (мультимедийных) и полиграфических изданий. Иллюстрации, выполненные средствами растровой графики, редко создают вручную с помощью компьютерных программ. Чаще всего для этой цели используют отсканированные иллюстрации, подготовленные художниками, или фотографии. В последнее время для ввода растровых изображений в компьютер нашли широкое применение цифровые фото- и видеокамеры.

Большинство графических редакторов, предназначенных для работы с растровыми иллюстрациями, ориентированы не столько на создание изображений, сколько на их обработку. В Интернете пока применяются только растровые иллюстрации.

Векторный метод – это метод представления изображения в виде совокупности отрезков и дуг и т. д. В данном случае вектор – это набор данных, характеризующих какой–либо объект.

Программные средства для работы с векторной графикой предназначены в первую очередь для создания иллюстраций и в меньшей степени для их обработки. Такие средства широко используют в рекламных агентствах, дизайнерских бюро, редакциях и издательствах. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и простейших геометрических элементов, решаются средствами векторной графики много проще.

Сравнительная характеристика растровой и векторной графики

Фрактальная графика, как и векторная – вычисляемая, но отличается от неё тем, что никакие объекты в памяти компьютера не хранятся. Изображение строится по уравнению (или по системе уравнений), поэтому ничего, кроме формулы, хранить не надо.

Изменив коэффициенты в уравнении, можно получить совершенно другую картину. Способность фрактальной графики моделировать образы живой природы вычислительным путем часто используют для автоматической генерации необычных иллюстраций.

2.Система компас-3d

2.2.Основы работы

Современные САПР позволяют вести проектирование комплексно, начиная с постановки задачи и кончая получением чертежей и программ для оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ).

Применение подобных систем позволяет ускорить выполнение чертежей в десятки раз. Кроме того, на жестких дисках компьютера можно сохранить много готовых чертежей и затем использовать их по мере надобности

Современные CAD/CAM системы можно подразделить на следующие уровни:

Системы высокого уровня

• UNIGRAPHICS

• CATIA

Системы среднего уровня

• SOLID EDGE

• SOLID WORKS

• AUTODESK AUTOCAD

• AUTODESK MECHANICAL DESKTOP

• AUTODESK INVENTOR

Системы нижнего уровня

• АСКОН КОМПАС-3D

• T-FLEX CAD 3D 

Уже в 1983 году была адаптирована для персонального компьютера наиболее распространенная мире САПР - AutoCAD фирмы Autodesk.

Однако используемые зарубежные САПР не только не учитывают наши промышленные стандарты, но и предполагают дополнительную квалификацию пользователей. Многочисленные попытки адаптировать систему AutoCAD к нуждам отечественного конструктора привели к появлению множества новых систем.

Такой системой является программа КОМПАС 3D фирмы АСКОН.

КОМПАС - это КОМплекс Автоматизированных Систем для решения широкого круга задач проектирования, конструирования, подготовки производства в различных областях машиностроения. Разработан специалистами российской фирмы АО АСКОН (С.-Петербург, Москва и Коломна), которые прежде работали на предприятиях различных оборонных отраслей.

Сформулируем требования, предъявляемые к САПР, которым система КОМПАС удовлетворяет в полной мере:

легкость и простота в изучении;

возможность работать на недорогой технике;

соответствие выпускаемой документации требованиям ЕСКД ;

использование современных технологий проектирования;

достаточно широкое распространение;

доступная цена;

оперативность сопровождения.

2.2.1.Принципы работы в системе

Типы документов КОМПАС.

КОМПАС является массовой прикладной системой, ориентированной на выполнение различных проектно-конструкторских работ в машиностроении, приборостроении, строительстве и архитектуре.

Чертеж в КОМПАС - это документ, который может включать в себя произвольное количество видов (под видом понимается проекция, выносной разрез или сечение либо другое изображение), технические требования, рамку и основную надпись (штамп), а также знак неуказанной шероховатости. Для каждого вида можно задавать собственный масштаб (например, основные проекции могут выполняться в масштабе 1:2, а выносное сечение - в масштабе 4:1).

Каждый вид можно разбивать на отдельные слои (не более 255). В КОМПАС поддерживаются такие понятия, как макроэлементы и именованные группы объектов.

Во фрагменте можно сохранять произвольную геометрическую информацию. Таким образом, фрагмент можно сравнить с чертежом, у которого имеется всего один вид в масштабе 1:1, а все объекты оформления чертежа (рамка и штамп, технические требования, неуказанная шероховатость) отсутствуют. Фрагменты очень удобны для обмена геометрической информацией между различными чертежами, а также для сохранения типичных конструктивных решений.

В КОМПАС предусмотрена поддержка текстово-графических документов. Такой документ может состоять из произвольного количества страниц текста, сопровождающихся иллюстрациями в формате чертежей или фрагментов КОМПАС. Для удобной работы с текстово-графическими документами в состав КОМПАС включен мощный текстовый редактор.

Интерфейс программы.

Система позволяет одновременно загружать для работы несколько документов и открывать каждый из них в нескольких окнах. Доступ к командам системы осуществляется как через традиционные выпадающие меню, так и через кнопочные инструментальные панели.

Еще одной важной особенностью является отображение специальной строки параметров, которая появляется на экране после обращения к командам построения или редактирования и позволяет гибко управлять любыми параметрами объекта (например, длиной и углом наклона отрезка, радиусом дуги, порядком сплайна и т.д.).

Удобные и точные инструменты черчения.

При создании чертежей в КОМПAС пользователю доступны самые сложные геометрические построения на плоскости с использованием таких объектов, как NURBS-кpивые, кривые Безье, эквидистaнтные кривые, натуральные эллипсы. Поддерживается гибкое управление стилями создаваемых объектов: предусмотрены все необходимые для построения чертежа стандартные типы линий, а также реализована возможность создания и применения собственных стилей пользователя.

Автоматический и полуавтоматический режимы создания и редактирования штриховки делают оформление разрезов и сечений простым и удобным.

Для эффективной работы со сложным (например, сборочным) чертежом можно задавать неограниченное количество именованных локальных систем координат, а также использовать сетку с разными шагами по координатным осям.

Поддерживается динамический вызов объектных привязок, а также измерение любых геометрических параметров на чертеже с помощью инструмента "геометрический калькулятор".

Механизм объектных привязок позволяет указать координаты какой-либо характерной точки, не устанавливая курсор строго в эту точку. В качестве объектов привязки используются: точка, ближайшая к текущему положению курсора, точка на пересечении двух кривых, средняя точка кривой и т. д.

Очень удобным и точным вспомогательным средством отрисовки различных объектов чертежа является инструмент, который в КОМПАС называется геометрическим калькулятором. Он позволяет "снимать" непосредственно с элементов чертежа различные координатные, линейные и угловые параметры.

Ассоциативность объектов чертежа.

Геометрическая модель КОМПАС является ассоциативной. Это означает, что все объекты чертежа существуют не изолированно друг от друга, а имеют внутренние связи с соседними объектами. Поэтому при изменении положения объекта не происходит "отрыва" от соседних с ним элементов - они будут перестроены для сохранения связности изображения.

Таким образом, при всех перестроениях сохраняется целостность контуров деталей, штриховка перестраивается в соответствии с изменением конфигурации ее границ, а размеры и технологические обозначения (допуски формы, шероховатости, линии выноски и т.д.) "следят" за своими базовыми объектами.

Использование ссылок на внешние фрагменты.

Вы можете создать изображение элемента в отдельном фрагменте, а затем вставить его в чертеж внешней ссылкой (то есть без физического копирования внутрь чертежа) столько раз, сколько нужно.

Если в дальнейшем потребуется модификация, Вам достаточно будет отредактировать только фрагмент-источник, а изменения всех его вставок будут выполнены автоматически при открытии главного документа (а если он открыт - то непосредственно после правки фрагмента-источника).

Естественно, что один и тот же внешний фрагмент можно вставлять как внешнюю ссылку в несколько различных чертежей.

Отметим, что если на фрагмент-источник должен ссылаться только один чертеж, можно сохранить этот фрагмент не в отдельном файле, а непосредственно в самом чертеже. При этом способ его вставки как ссылки останется неизменным.

Библиотеки типовых фрагментов.

Для того, чтобы упорядочить хранение типовых фрагментов, часто используемых при разработке чертежей, в состав КОМПАС (начиная с версии 5.3) включен специальный модуль - библиотекарь фрагментов.