Реферат на тему "Компьютерное геометрическое моделирование – задачи и программы"

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М. Е. ЕВСЕВЬЕВА»

Факультет физико-математический

Кафедра информатики и вычислительной техники

РЕФЕРАТ

КОМПЬЮТЕРНОЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ –

ЗАДАЧИ И ПРОГРАММЫ

Выполнила: Пивкина Ю. А.,

студентка 5 курса,

группы МДМ-117

Проверила: Кормилицина Т. В,

канд. физ-мат наук, доцент

Саранск 2021

Содержание

Введение 3

1 Что такое интерактивная графика? 4

2 Обзор бесплатных программ для 3D моделирования 7

2.1 Blender ……………………………………………………………8

2.2 Wings 3D …………………………………………………………9

2.3 Incendia ………………………………………………………..…9

2.4 Google SketchUp ………………………………………………..10

2.5 Art Of Illusion……………………………………………………10

2.6 3D Canvas ……………………………………………………….10

2.7 Free CAD …………………………………………………….….11

2.8 K3DSurf ………………………………………………………....11

2.9 Sweet Home 3D ………………………………………………....11

2.10 K-3D ………………………………………………………..….12

Заключение 13

Список используемых источников 14

Введение

Геометрическое моделирование имеет своей целью описание элементов и явлений, обладающих геометрическими свойствами, поскольку наиболее естественным для них является графическое представление.

Геометрические модели нередко имеют иерархическую структуру, возникающую в процессе построения по принципу - снизу - вверх. Отдельные компоненты используются как строительные блоки для формирования объектов более высокого уровня, которые, в свою очередь, могут использоваться для объектов еще более высокого уровня. В общем случае геометрические модели подразделяются на двумерные и трехмерные.

При проектировании изображений реальных объектов, представленных в виде совокупности кривых линий и поверхностей, конструктор часто использует различные геометрические условия, например, прохождения через точки, касание к прямым или кривым линиям и т. д. Типичным примером двумерной геометрической модели является сложная кривая (обвод) представляющая собой кривую, составленную из нескольких кривых.

1 Что такое интерактивная графика?

Компьютер в машинной графике используется для описания изображений, их хранения, манипулирования ими, их вызова и визуализации, т.е. в основном: для пассивных операций. Компьютер выводит на экран предварительно подготовленное изображение, и наблюдатель не может непосредственно управлять изображением, прежде чем оно появится на экране. В каждом конкретном случае изображение может быть либо таким простым, как, например, графики простых функций, либо столь сложным, как визуализация результатов моделирования процесса автоматического полета и посадки самолета или космического корабля

В зависимости от степени участия пользователя в различных формах взаимодействия с ЭВМ при построении изображения, компьютерная графика подразделяется на два основных класса: “пассивную” или пакетную и “активную” или интерактивную компьютерную графику.

Компьютерная графика для пакетной обработки представляет собой систему, в которой ЭВМ под управлением прикладных программных пакетов (ППП) обеспечивает формирование и вывод графического изображения на экран графического дисплея, графопостроителя, на координатограф, для получения фотокопии изображения и другие устройства, позволяющие получать графические документы. Примером пакетной графики могут служить различные скоростные печатающие устройства, кинокамеры и видеомагнитофоны, создающие высококачественные, цветные изображения реальных или воображаемых объектов. И модификация (редактирование) этого изображения на выходном устройстве осуществляется под действием самого пакета прикладных программ в режиме конструирования и его повторного запуска.

Подсистема интерактивной компьютерной графики определяется совокупностью аппаратурно-программных средств, обеспечивающих реализацию алгоритма решения проектной задачи, при уточнении ее формулировки. Интерактивная компьютерная графика - это так же использование ЭВМ для подготовки и воспроизведения изображений, но при этом пользователь оперативно вносит 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. В динамической интерактивной машинной графике компьютер используется для подготовки и визуализации графических данных. Однако интерактивная графика позволяет наблюдателю в реальном масштабе времени влиять на весь процесс представления изображения.

Основные направления компьютерной графики:

· иллюстративное - это направление можно понимать, расширенно, начиная с представления результатов эксперимента, растровых изображений, картин и кончая созданием рекламных роликов;

· развития - стремительно развивающаяся компьютерная графика должна обслуживать свои потребности, расширяя и совершенствуя их;

· исследования, в которых инструментарий компьютерной графики начинает играть роль во многом подобную той, которую в свое время сыграл микроскоп;

· вывод изображения на экран компьютера является неотъемлемым, но всего лишь первым шагом на пути становления машинной графики. Довольно стремительно пройдя иллюстративный отрезок пути своего развития, компьютерная графика сосредоточилась как бы на двух генеральных направлениях: придание изображению необходимой динамики и придание изображению необходимой реалистичности.

К основным достоинствам компьютерной графики относятся:

· наиболее естественные средства общения с ЭВМ;

· хорошо развитый двухмерный и трехмерный механизм распознавания образов позволяет очень быстро и эффективно воспринимать и обрабатывать различные виды данных. Как гласит старинная китайская пословица: "Одна картинка стоит 1000 слов";

· она позволяет значительно расширить полосу пропускания при общении человека с ЭВМ за счет использования разумного сочетания текста, статических и динамических изображений по сравнению со случаями, когда можно работать только с текстами. Это расширение существенно влияет на возможность понимать данные, выявлять тенденции и визуализировать существующие или воображаемые объекты при обработке;

· высокая точность, быстрота и аккуратность автоматизированного выполнения чертежно-конструкторских работ, возможность многократного воспроизведения изображений и их вариантов, получение динамически изменяющихся изображений машинной мультипликации.

И хотя компьютерная графика всего лишь инструмент, ее структура и методы основаны на комплексном использовании передовых достижений науки и техники. Широко используются достижения из области фундаментальных естественных наук (физики, химии, математики, биологии) и программирования. Это справедливо как для программных, так и аппаратных средств формирования и реализации изображения, поскольку компьютерная графика одно из бурно развивающихся направлений компьютерной индустрии.

2 Обзор бесплатных программ для 3D моделирования

С помощью 3D технологий создаются фильмы, игры и физические модели. Как они создаются? Конечно же в специальных программах.

Сегодня существует множество программ для 3D моделирования, как коммерческих, так и бесплатных. Причем цены как коммерческие программные продукты очень велики и простому любителю эти программы не доступны. В реферате описаны ряд абсолютно бесплатных и свободных программ, которые может использовать каждый, оценить их сильные и слабые стороны.

Пожалуй, самой известной программой для создания и редактирования трёхмерной графики и анимации является программа 3ds Max, разработанная компанией Autodesk. Почти любой, кто в той или иной степени интересовался компьютерной графикой, наверняка слышал о ней. Это профессиональная программа 3D моделирования, лицензия на которую стоит очень дорого (около 100 000 рублей), но для начинающих это не совсем правильный выбор.

К тому же, существуют и бесплатные программы для 3D, которые тоже достаточно известны. Некоторые из них когда-то были коммерческими, поэтому обладают обширными возможностями, практически не уступающим платным аналогам. Далее будут подробно рассмотрены следующие программы:

• Blender — предлагает очень неплохие возможности работы с текстурой, разного рода симуляциями, рендерингом, анимацией, нелинейным редактированием и созданием интерактивных трехмерных приложений.

• Wings 3D может быть использована для создания и текстурирования моделей с количеством полигонов от низкого до среднего

• Incendia — программа, специализирующаяся на генерировании 3D фрактальных изображений

• Google SketchUp — бесплатное приложение, позволяющее моделировать практически все — от объектов для Google Earth, интерьеров до геометрических фигур для наглядных пособий по основам геометрии.

• Art Of Illusion — бесплатная студия моделирования и рендеринга. Имеет инструменты для моделирования, работающие на подразделении плоскости, анимацию, учитывающую особенности скелета и т.д.

• 3D Canvas в режиме реального времени создает комплексные трехмерные модели из простых или средствами самой программы.

• Free CAD подходит для тех, кто учится работать с 3D CAD и симуляциями движения. Несмотря на то, что приложение бесплатное, оно мало уступает лучшим платным приложениям в том, что касается возможностей симуляции.

• K3DSurf — программа для визуализации математических моделей в трех, четырех, пяти и шести измерениях, а также управления ими. Приложение поддерживает уравнения параметров и изоплоскости. Подходит любому, кому интересны функции математической графики, и не требует от пользователя специальных навыков.

• Sweet Home 3D — бесплатная программа для создания интерьера, которое позволяет размещать предметы интерьера на плоском плане и дает трехмерное превью. Пользователь может «нарастить» стены комнаты на существующем плоском плане, изменить цвет и текстуру, импортировать дополнительные 3D-объекты, менять размеры, одновременно видеть все изменения в плане в трехмерном представлении с точки зрения виртуального посетителя или сверху, а также распечатать план и 3D-вид.

• K-3D — бесплатное приложение, идеальное для полигонального моделирования.

2.1 Blender

Х арактеристики программы: 

• ОС — Кроссплатформенное ПО

• Разработчик — The Blender Foundation

• Лицензия — GNU GPL (с 2002 года)

• Сайт — http://www.blender.org/

• Особенности — универсальная программа для работы с трехмерной графикой, встроенные средства моделирования, анимации, рендеринга, постобработки видео и игровой движок.

2.2 Wings 3D

Характеристики программы:

• ОС — Windows (2000/XP/Vista), Mac OS X, Linux

• Разработчики — Bj?rn Gustavsson, Dan Gudmundsson, Richard Jones, и другие

• Лицензия — BSD

• Сайт — http://www.wings3d.com/

• Особенности — менеджер расширений, импорт и экспорт во многих популярных форматах.

2.3 Incendia

Характеристики программы:

• ОС — Windows

• Разработчик — Ramiro P?rez Clare Nash

• Лицензия — Свободное программное обеспечение

• Сайт — http://www.incendia.net/

• Особенности — программа используется для создания трехмерных фракталов

2.4 Google SketchUp

Характеристики программы:

• ОС — Windows XP/Vista/7, Mac OS X 10.5+ (Leopard)/Mac OS X 10.6+ (Snow Leopard)

• Разработчик — Google Inc.

• Лицензия — Freeware (обычная версия)

• Сайт — sketchup.google.com

• Особенности — возможность использования SketchUp совместно с Google Планета Земля; очень удобный инструмент для моделирования зданий

2.5 Art Of Illusion

Характеристики программы:

• ОС — Кроссплатформенное ПО

• Разработчик — Peter Eastman

• Лицензия — GNU GPL

• Сайт — http://www.artofillusion.org/

• Особенности — универсальная программа для работы с трехмерной графикой, встроенная система плагинов

2.6 3D Canvas

Характеристики программы:

• ОС — Windows XP/Vista/7

• Разработчик — Amabilis Software

• Лицензия — Freeware (обычная версия)

• Сайт — http://www.amabilis.com/

• Особенности — система плагинов

2.7 Free CAD

Характеристики программы:

• ОС — Windows NT, POSIX (GNU/Linux, BSD)

• Разработчик — J?rgen Riegel

• Лицензия — GNU GPL

• Сайт — http://free-cad.sourceforge.net/

• Особенности — система автоматизированного проектирования

2.8 K3DSurf

Х арактеристики программы:

• ОС — Кроссплатформенное ПО

• Лицензия — Freeware

• Сайт — http://k3dsurf.sourceforge.net/

• Особенности — программа, предназначенная для визуализации и редактирования математических моделей в трех, четырех, пяти и шести измерениях; поддерживает параметрические уравнения и изоповерхности

2.9 Sweet Home 3D

Характеристики программы:

• ОС — Кроссплатформенное ПО

• Лицензия — GNU GPL

• Сайт — http://www.sweethome3d.com/ru/

• Особенности — программа предназначена для моделирования дизайна интерьера

2.10 K-3D

Характеристики программы:

• ОС — Linux x86, Windows NT

• Лицензия — GNU GPL

• Сайт — www.k-3d.org

• Особенности — хорошая альтернатива профессиональным пакетам

Заключение

Будущее обещает нам поистине впечатляющие перспективы. Компьютерное моделирование смело вошло в нашу жизнь. Оно пронизывает все области жизнедеятельности. От подобного развития уже никуда не деться. Человечество в своей деятельности (научной, образовательной, технологической, художественной) постоянно создает и использует модели окружающего мира. Модели позволяют представить в наглядной форме объекты и процессы, недоступные для непосредственного восприятия (очень большие или очень маленькие объекты, очень быстрые или очень медленные). Модели играют чрезвычайно важную роль в проектировании и создании различных технических устройств, машин и механизмов, зданий, электрических цепей и т. д. Развитие науки невозможно без создания теоретических моделей (теорий, законов, гипотез и пр.), отражающих строение, свойства и поведение реальных объектов. Все художественное творчество фактически является процессом создания моделей. Более того, практически любое литературное произведение может рассматриваться как модель реальной человеческой жизни. Моделями в художественной форме отражающими реальную действительность, являются также живописные полотна, скульптуры, театральные постановки и пр. Моделирование — это метод познания. А познавая мир, человечество движется вперед, развивается. В этом и заключается жизнь.

Список использованных источников

1. Андреев, Ю. С. Методика разработки управляющих программ для токарного станка / Ю. С. Андреев, Ю. П. Кузьмин, А. А. Целищев // Редакционно-издательский отдел НИУ ИТМО – 2014

2. Куликов, Д. Д. ИПИ- технологии в приборостроении: учебно-методическое пособие. / Д. Д. Куликов, Б. С Падун, А. А. Грибовский, М. Я. Афанасьев – СПб: Университет ИТМО, 2014. – 149 с.

3. Куликов, Д. Д. Применение диаграмм UML для формирования алгоритмов решения технологических задач / Д. Д. Куликов, Ю. В. Федосов //Редакционно-издательский отдел НИУ ИТМО – 2015