Введение к работе
Актуальность темы
Быстрое распространение персональных компьютеров, насы?е-ние ини рынка , дооступность для массового пользователя, относительно невисокая стоимость при достаточно їироких функцио-нальнх возноїностях привела к стремительному использовании их во всех сферах деятельности человека. Новым «этом в глобальном применении компьютерных технологий является развитие компьютерных сетей . в том числе и через спутники связи.
Новин направлением использования ЭВМ является разработка и создание интегрированных систем обработки на кокпьитере цифровой, аудио- и видео- информации. В таких системах компьютерная графика играет основний, реващув роль.
В научных исследованиях, в проектировании и конструировании, в управлении проиэгодством и его технологической подготовкой, во Dcex этих и других областях необходима компьютерная графика и геометрия. Основные задачи компьютерной геометрии -моделирование в ЭВМ геометрических объектов и образов, автоматизированное решение геометрических задач, проведение геометрических расчетов, визуализация геонетрическнх объектов.
Работа с компьютером требует определенных изменений в традиционных методах проектирования, исследований, в других видах деятельности, изменений технологии работы, даіе обновленного мировосприятия, переоценки привычных ценностей у конструкторов, проектировщиков, исследователей,, педагогов.
Системы геометрического моделирования и исследования объектов в связи с «ироким использованием персональных компьвте-ров получили новые аспекты применения , связанные с преобразованиями и визуализацией объектов в реальном масітабе времени.
Для разработчика систем автоматизированного проектирования совервенно необходимо развитие пространственного представления, особенно тогда, кагда речь идет об исследовании трехмерных моделей.
Внедрение новых технологий открывает и новые аспекты применения компьютеров в системах геометрического моделирования, исследования, реиения творческих задач разного уровня.
Средствами для решения поставленных задач является новые инструментальные системы геометрического моделирования, интерактивные среды для ревения проблемных задач, исследовательские комплексы, информационные среды , компьютерные справочные пособия, специализированные сервисные системы со своим программным, методическим и организационным обеспечением.
Следует , однако, всегда иметь в види, что предметная область компьютерной геометрии и графики исключительно слоина и многообразна, а сферы ее применения поистине безграничны .
Начертательная геометрия и инженерная графика являются теми отраслями знаний, которые идеально соответствуют идеям компьютерного геометрического моделирования , и остаются базовыми дисциплинами для любого процесса проектирования: объекты начертательной геометрии являются базовыми геометрическими объектами нижнего уровня иерархии форм ; описываются математически аппаратом аналитической геометрии, а преобразования объектов - аппаратом матричной алгебры. Сама предметная область хороша для реализации системного подхода при разработке различных программных средств , так как в ней уїв присутствует четкая иерархическая структура объектов, а для практических реализаций применим объектно-ориентированный подход.
Исходя из вывеиэлошшого мовно смело утверждать, что разработка компыерных инструментальных средств и методов исследования геометрических-моделей различных базовых объектов, внедрение их в процессы проектирования и изучения - актуальная, насущная задача.
- з -Цель диссертационной работы Целью диссертационной работы является разработка методов и средств конпъвтерннх технологий в начертательной геометрии и инїенерной графике: создание специализированных программных продуктов для графической поддермки процессов конструирования, проектирования и исследования базовых геометрических объектов: обеспечения нетрадиционных форы представления, анализа , синтеза элементов и структур в задачах начертательной геонетрии и иняенерной графики.
Для достиаения поставленной цели в диссертационной работе реваится следупаие теоретические и практические задачи:
анализ предметной области ( компьютерной геометрии, методов геометрического моделирования ), структуризация ее, выявление в ней задач, которые могут практически решаться методами и средствами коипьвтерной графики;
разработка методов описания математической модели базовых объектов геометрического моделирования, организация способов хранения и элективной, надежной передачи данных в модульных структурах разрабатываемых программных средств и пакэтах;
исследование способов качественной анимации объектов и геометрических моделей в интерактивных информационных средах и создание на этой основе библиотеки процедур быстрых преобразований объектов ;
разработка инструментальных программных средств, обеспечивакцих создание базовых объектов геометрического моделирования - точек, линий, плоскостей, поверхностей и ренение с поиосьа их внрокого класса позиционных и метрических задач;
разработка эффективных способов визуализации объектов в интерактивных информационных средах и свободного манипулирования ими в реальном наевтабе времени;
создание конпылернкх информационных систем и комплексов для изучения объектов геоиетрического моделирования , методов и средств компьбтерной графики, поддерживающих современные уровни пользовательского интерфейса ,позволявшие эффективно использовать разработанные инструментальная средства.
- 4 -Основные методы исследования
Для реиения поставленных задач были использованы методы аналитической геометрии и матричной алгебры, методы интерактивной компьютерной графики, теория построения систем автоматизированного проектирования ; полокения объектно -ориентированного подхода к системному анализу и синтезу объектов и методы статистической обработки результатов эксперимента на математических моделях базовых графических объектов .
Основные научные результаты:
1. Разработан способ создания и исследования базовых графических объектов .интерактивных компьютерных инструментальных средств, информационных програшних продуктов и методика их применения в процессе автоматизированного проектирования и изучения для новых нетрадиционных технологий ;
2.. Создан простой и здективішй способ описания базовых конструкций объектов . поэволэдий генерировать их математические модели в интерактивных рььимах,. свободно манипулировать объектами и подобъектами на плоскости и в пространстве и обеспечивающий обмен данными мевду модулями программных структур.
3. Предловены способы организации информационных интерактивных структур для изучения методов н средств компьютерной геометрии и і рафики.
Практическая, ценность
Значение диссертационной работы для практика заклечаєте;; в следующем:
і. Созданные программные И методические продукты исследований к подов анимации базовых геометрические огЪсктов _ин-кеиерной графики позволяют объективно оценигь реализованные «зтекітические процедуры преобразования и визуализации объектов и выбрать оптимальные из них для различных технических и программных реализаций.
-
Применение разработанных инструментальных средств в виде интерактивных сред проектирования и созданных различных библиотек процедур позволяет в несколько раз ускорить и значительно упростить процесс создания базовых геометрических объектов , эффективно ренать позиционные и метрические задачи и отобразать их на эпюре Ионяа, перспективе и аксонометрии: выполнять, композиции и декомпозиции объектов; создавать библиотеки базових геометрических объектов и малых архитектурных форм.
-
Созданные на базе инструментальных средств информационные кокплексн позволяет выполнять функции, ранее недоступные традиционным информационным структура»: выполнять композиция и декомпозиции объектов , отобразать объекты на эпвре Ионяа и аксонометрических проекциях, выполнять афинные преобразования; преобразовывать объекта в пространстве и на плоскости в реальном иаезтабе вреаени. создавать, хранить и демонстрировать компьютерные сильны. Внедрение предлагаемых компьнтерных технология саним эффективна образов развивает пространственное нналение и разработчиков и пользователей автоматизированных систеы проектирования , ой?сиечивая. самостоятельную проработку разделов предметной области, соверпенствуа процесс изучения объектов на новой информационной основе.
Реализация результатов работы
В основу диссертационной работы полозены иаучнне и практические результати . полученные автором в рядо научно-исследовательских работ, выполненных на кафедре ВТ и СЙПР в 130G-1908 г. Ивановского энергетического института ( сейчас ЙТЭЗ ) - головной институте по проблемам САПР в энергетике и электротехнике,, затеи на кафедре Конструирования и графики в 1908-1993 г., а далее в Ивановской инаенерно-строительнок институте на кафедре начертательной геометрии и графики п 1993-1994 г. Кроме инициативных работ проводились работы по
- б -
заданиям: . Обцесоизной научно-технической программы 0.80.03. ГКИТ (1906-1990 гг.).
Разработки, проводивыиеся при участии автора экспонировались на международной выставке в Пловдиве 1903). ВДНХ ( 1309, 1930 ). В 1930 г. автор удостоен звания лауреата Всероссийского конкурса на лучную студенческую научную работу по компьютерной геометрии и графике. Работы выполненные при участии автора тирааированы в ряд проектно-конструкторских организаций. 14 ВУЗ ов России и средних технических'заведений.
Апробация раб от и
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсумдались: на республиканском научно-методическом семинаре по проблемам САПР ( Тамбов. 1903 ); на Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы электротехнологии" ( ІУ.УЛП Бенардосовские чтения, Иваново, 1909, 1991, 1994 ); на региональной научно-методической конференции "Компьютерная технология в учебном процессе высией школы" (Челябинск,1909 ); на республиканской студенческой научной конференции но САПР ( Иваново, 1991); Республиканской научно-технической конференции "Автоматизация проектирования в энергетике и электротехнике",( Иваново, 1991); научно-методической конференции при презентации ИГЭУ ( Иваново, 1993 );экспертном совете . по приемке программах продуктов САПР ( Иваново, 1992,1993 ). :
Публикации
По материалам'диссертации опубликовано 10 печатных работ и три зарегистрированных одчата о НИР.
- 7 -Структура и о б ъ ей диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав,
закличеник, списка литературы ( 108 наименований ) и приложений.
Она содержит 109 страниц ка»инописного текста и 48 страниц
рисункоз.