Проект

Рабочая программа

обучения для аспирантов  по дисциплине

Геометрическое моделирование и машинная графика

 
Объемы различных форм учебной работы (в часах) и видов контроля
Аудиторная работа: всего - 72; 3 сем. - 72
- лекции  всего - 36; 3 сем. - 36
- лабораторные всего - 36; 3 сем. - 36
- самостоятельная  всего - 9; 5 сем. - 9
- внеаудиторная работа: всего - 36; 3 сем. - 36
- самост. изуч. разделов всего - 36; 3 сем. - 36
Отчетность: курсовой проект.
 

Рабочая учебная программа составлена на основе типовой программы по учебной дисциплине "Геометрическое моделирование  и  машинная графика", утвержденной учебно-методическим советом по специальности 22.03 при Государственном комитете СССР  по  народному образованию 9 февраля 1989 г.
 

     1. ПРЕДМЕТ, ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Предметом изучения  в  курсе являются методы отображения графической информации  на активных и пассивных устройствах отображения, принципы и  способы  организации  интерактивного  графического режима, методы геометрического моделирования оболочек инвариантно и проблемно-ориентированных в инженерной деятельности.

Целью курса является освоение теоретических  и  практических основ построения  пакетов  машинной  графики,  ориентированных на применение в в инженерной деятельности.

Содержание курса  составляет изучение основных принципов организации базовых
интерактивно-графических систем, ориентированных область прикладных задач.
На основе существующих  международных и национальных стандартов, способов реализации функций ядра графической системы, геометрических преобразований, проектирования,  методов  создания геометрических моделей отображаемых объектов,  алгоритмов и методов визуализации реалистических трехмерных и многомерных изображений.

     2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Наименование тем, их содержание и объем
2.1.1. Введение (2 часа)
Исторический очерк развития  систем машинной графики. Обзор образования в России и за рубежом. Представление о геометрическом моделировании и машинной графике. Задачи синтеза, анализа и обработки информации. Определение пассивной и интерактивной машинной  графики.  Применение  средств  машинной графики: деловая   графика, автоматизированный  выпуск  проектно-конструкторской документации,  геометрическое моделирование  и другие области.

2.1.2. Основные понятия и определения (4 часа)

Программное обеспечение  машинной  графики. Понятие  графической системы.  Определение прикладной программы, структуры данных и  ядра графической системы. Классификация графических систем и пакетов.

2.1.3.  Состав и структура графической систем

Базовая графическая  система.  Прикладная  графическая система. Лингвистический и геометрический процессоры.  Процессор визуализации, монитор, графический метафайл.

2.1.4. Принципы организации графических систем (14 часов)
Функция ядра   графической  системы.  Стандарты  CORE,  GKS, GKS-3D, PHIGS.  Базовая  графическая  система  в  стандарте  ГКС.

Состав и функции базовой графической системы ГКС. Понятие рабочей станции, элементы ввода и вывода,  преобразование нормирования  и рабочей станции сегментация.  Функции управления и настройки. Атрибуты.

Языковый интерфейс С, С++. Программирование вывода графических изображений.  Фрагменты программ вывода. Программирование ввода  графических  изображений.  Фрагменты программ ввода. Графический метафайл как средство обмена графическими данными. Базовые графические системы для трехмерной области.  Базовая графическая системы  "Вектор" для Windows.  Основные  типы выходных примитивов.
Системы координат и преобразования.

2.1.5. Реализация некоторых функций ядра графической системы (20 часов)
 Основные этапы процесса визуализации изображений. Геометрические преобразования: поворот, перенос, масштабирование. Однородные координаты.
Понятие матрицы композиций преобразований. Примеры сложных трехмерных преобразований.

Модель процесса вывода трехмерных объектов. Операция проецирования. Типы проекций. Математическое описание плоских геометрических проекций.
Задание произвольных проекций трехмерных  объектов.  Видимые объема, видовые параметры,  канонические видимые объекты.  Нормирующие преобразования к каноническим видимым объемам (случай  параллельной проекции).
Нормирующие преобразования к каноническому объему для случая в центральной проекции.
 
Развертка изображений в растровой технике:  развертка векторов, дуг, многоугольников. Отсечение многоугольников.

Алгоритмы удаления скрытых линий  и  поверхностей.  Алгоритм построчного сканирования (алгоритм Уоткинса).

Алгоритм разделения области (алгоритм Варнока).
Алгоритм сортировки по глубине.  Алгоритм,  использующий z - буфер.

2.1.6. Геометрическое моделирование (18 часов)
Понятие о  геометрической  модели  проектируемого   объекта.
Классификация методов геометрического моделирования. Кусочно-аналитические модели.  Логико-аналитические  (алгебрологические) модели. Рецепторные модели.
Модели объемных тел: каркасные, поверхностные, твердотельные.
Теоретико-множественные операции  над  базовыми элементами формы.
Входная, внутренняя и внешняя формы представления модели.
Геометрические модели  кривых  линий.  Параметрические кубические кривые.  Интерполяция составной кривой с помощью сплайнов.

Различные типы граничных условий (фиксированные,  слабые,  циклические, ациклические).

Кубическая кривая  в  форме  Безье.  Кривые Безье общего вида. Многочлены Бернштейна.
В-сплайны. Основные  свойства  В-сплайнов.  Кривые на основе
В-сплайнов. Кубические В-сплайны.

Описание и построение составных поверхностей. Порция поверхности Кунса. Обобщенные поверхности Кунса. Поверхности гиперключевые, гиперповерхности.
Порция поверхности  в  форме  эрмита.  Составные поверхности Фергюсона.
Порция поверхности в форме Безье.  Порции поверхности, определяемые кубическими В-сплайнами.

2.1.7. Заключение (2 часа)
Тенденции развития технических средств машинной графики и ее программного обеспечения.
 

2.2. Лабораторные работы и их содержание (36 часов)

Работа 1. Исследование  режимов  формирования  графических изображений.
Работа 2. Исследование структуры и процедур базовой  графической системы "Вектор".
Работа 3. Исследование процедур ввода графической информации базовой графической системы.
Работа 4. Программирование базовых графических примитивов с использование процедур.
Работа 5. Программирование сложных графических изображений с использованием сегментов и метафайлов.
Работа 6. Программирование графических изображений сложных динамических объектов в среде "Вектор" и использованием графической библиотеки.
Работа 7. Кодирование графической документации в среде AutoCAD с использованием средств языка Auto LISP.

2.3. Содержание индивидуальных занятий

Занятие 1. Прием разработки графического редактора с использованием процедур базовой графической системы.
Занятие 2. Изучение языка описания графической
Занятие 3. Организация функционального меню на экране графического дисплея в операционной среде Windows
Занятие 4. Разработка элементов графического диалога - графический ввод задания для анализа объектов моделирования.
Занятие 5. Разработка элементов графического диалога - вывод результатов анализа.
Занятие 6. Взаимодействие графической системы с базами данных. Представление геометрических моделей.
Занятие 7. Взаимодействие графической системы с языками программирования.
Занятие 8. Создания тест-примеров расчетной графической системы, как эскизного проекта будущей курсовой работы.
Занятие 9. Оформление и представление тест-примера к публичной защите.

2.4. Курсовая работа и ее содержание

Курсовая работа  предусматривает  разработку интерактивной графической программы  в  операционной среде Windows с использованием базовых разработок (МГД) графических систем в  ActivX. Содержание курсовой работы включает математическую постановку задачи,  выбор базового алгоритма геометрического  моделирования, выбор  базовой графической системы и технических средств машинной графики, документацию   на   разработанные   программные средства. Примерный перечень тем для курсовой работы включает в себя:

1. Разработка программы описания объекта (совокупности объектов) на языке С++, как структурированный объект.
2. Разработка собственного меню и диалога в среде "Вектор".
3. Разработка алгоритма принадлежности точки заданному контуру.
4. Разработка алгоритма развертки многогранника.

3. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная:

1. МГД для Windows.
1. Разработка САПР: в 10 кн. Кн. 7. Графические системы САПР: Практ. пособие. / В.Е.Климов; под ред. А.В.Петрова. -М.: Высш.шк. 1990. -142 с. (36 экз.)
4. Норенков И.П.,  Маничев В.Б. Основы теории и проектирования САПР:  Учеб.для вузов.  - М.:  Высш.  шк.  1990. - 335 с. (72 экз.)

Дополнительная:

1. Фоли Дж.,  А вэн Дэм. Основы интерактивной машиной графики. Кн.1,2 /Пер. с англ. М.: Мир, 1985. (2 экз.)
2. Фокс А.,  Пратт М. Вычислительная геометрия. Применение в проектировании и производстве: Пер. с англ. М.: Мир. 1982. - 296. (3 экз.)
3. Хирн Д., Беркер М. Микрокомпьютерная графика: Пер.с англ. М.: Мир. 1987. - 326 с. (1 экз.)
4. Справочник по машинной графике в проектировании  /В.Е.Михайленко, В.А.Антилогова,  Л.А.Кириевский и др;  Под ред. В.Е.Михайловского, А.А.Лященко. Киев. 1984. - 184 с. (3 экз.)
5. Справочник  по системе автоматизированного проектирования Auto CAD /Тебергхаузер,  П.Шлив /Под  ред.  А.С.Богданова  /Пер.с англ. А.А.Эйдеса. - М.: Радио и связь. 1989.