Введение к работе
Актуальность работы. Быстрое развитие: вычислительных средств, расширение их возможностей являются главным фактором. все более широкого внедрения их в различные сферы научной и практической деятельности. Исключительно интенсивно развивается направление компьютерного синтеза изображений. Можно считать, что в настоящее время в основном сформировалась новая отрасль информатики - машинная графика. Ее монадо определить как науку о математическом моделировании геометрических форм и облика объектов, а также методов их визуализации.
Интерес к синтезу изображений объясняется высокой информативностью и концентрированной форме. Эта информация, как правило, более доступна для анализа: для ее восприятия получателю достаточно иметь относительно небольшой объем специальных знаний.
Стремление визуализировать информацию наблюдается практически во всех сферах деятельности человека. И с начала использования ЭВМ возникла проблема представления получаемых данных в виде изображения. На начальном этапе программными средствами формировались различные символьные изображения: диаграммы, графики, условные схемы, планы и т.п. Вывод такой информация осуществлялся непосредственно через алфавитно-цифровое печатающее устройство.
В 80-е годы сфера применения машинной графики существенно расширилась. Появилась база для широкого использования методов машинной графики - персональные компьютеры. В результате машинная графика стала инструментом не только инженеров-исследователей, но и специалистов многих других отраслей, непосредственно не связанных ни с техникой, ни с программированием. Увеличение памяти и скорости обработки информации в персональных ЭВМ, создание видеокомплексов с
широким набором программ машинной графики, возможность управлення ими в диалоговом режиме способствуют дальнейшему расширению применения машинной графики. Одним из наиболее новых направлений в машинной графике является разработка принципов и методов формирования реалистичных изображений, т.е. изображений, которые можно наблюдать визуально или регистрировать оптическими, фотографическими или оптико-электронными устройствами. Потребность в создании реалистичных изображений возникает в таких областях, как дизайн, машиностроительное и архитектурное проектирование, реклама и т.п.
В настоящее время существует множество программных продуктов для создания трехмерных изображений на персональных компьютерах. Несмотря на большое быстродействие, удобный пользовательский интерфейс и многообразие полученных изображений, в большинстве программных пакетов или отсутствует, или реализуется не в полной мере механизм генерации трехмерных объектов, полученных с помощью обобщенного заметания (например, обобщенные спиралевидные объекты). Метод параметрических объединений, предложный Педансвым И.Е., является единственным методом, позволяющим точно моделировать трехмерные объекты, полученные с помощью обобщешюго заметания. Однако этот мощный метод ни в одном программном продукте не был использован в полную силу. Поэтому, задача построения программного обеспечения, позволяющего использовать метод параметрических объединений в трехмерном моделировании стала актуальной.
Наиболее перспективным направлением работ по созданию программного обеспечения в области трехмерной графики является разработка объектно-ориентированных инструментальных средств, с помощью которых возможна реализация проблемно-ориентированных приложений на основе единого ядра. Этот подход позволяет, используя
единые базовые средства, реализовывать трехмерные приложения в различных прикладных областях.
Цель работы. Целью работы является:
« пересмотр и критический анализ (с современной точки зрения) метода параметрического объединения;
разработка программного ядра, реализующего метод параметрического объединения с помощью объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна. В работе исследуются метод параметрического объединения я проблемы реализации метода в современных условиях с точки зрения актуальности и применимости. Была разработана математическая модель обобщенных трехмерных объектов полупространств. Введено понятие функции определения и исследованы ее свойства. Спомощью понятия полупространств заново определяется метод параметрических объединений с всеми его достоинствами.
Разработаны функции определения для параметрических объединений. Понятие функции определегаш параметрического объединения позволяет решит не только вопрос о принадлежности точки параметрическому объединению, но и вопрос о регулярности параметрического объединения (т.е. вопрос о том, является ли параметрическое объединение трехмерным телом). Доказывается также возможность моделировать любой трехмерный объект с помощью метода параметрического объединения.
Впервые предложена модель «заметающей фигуры», на основе которой можно построить самые сложные трехмерные объекты типа заметания. Для получения реалистического изображения сложных объектов типа заметания не пригоден метод трассировки лучей, который требует слишком больших вычислительных затрат. Поэтому в работе разработан новый метод
визуализации, позволяющий быстрее получить реалистические изображения трехмерных объектов любого типа.
В работе был предложен полный класс объектов для моделирования параметрических объединений. На основе построенной иерархии объектов можно легко и быстро создать новую систему трехмерного моделирования для конкретной области применения или добавить к существующей системе мощный аппарат - метод параметрического объединения.
Практическая значимость проделанной работы заключается а возможности внедрения разработанного ядра в существующей системе трехмерной графики. Дополненная таким образом система позволила бы повысить эффективнреть автоматизации проектно-конетрукторских работ практически во всех отраслях индустрии, изделия которых имеют сложную форму. Кроме того, на основе разработанного ядра можно легко построить любую систему трехмерного моделирования, ориентированную isa конкретную область применения.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на международной конференции "Эволюция Инфосферы" (г. Москва, 1995г.).
Объем и структура диссертации. Диссертации состоит из введення, четырех глав, заключения и трех приложений, изложенных на 106 страниц машинописного текста. В диссертации 17 рисунок. Приложения содержат 16 страниц. Список литературы состоит из 51 наименований.
