1839

1

УДК 681.3.068

Чевычелов, Ю. А. Компьютерная графика [Текст] : методические указания для самостоятельной работы студентов 2 курса специальности 260200 (250303) − Технология деревообработки / Ю. А. Чевычелов ; Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2008. – 23 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ГОУ ВПО «ВГЛТА»

Рецензент канд. физ.-мат. наук, доцент ВГУ М.Ю. Хухрянский

Ответственный редактор д-р техн. наук, профессор кафедры вычислительной техники В.К.Зольников

3

1.ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

1.1.Цели и задачи изучения дисциплины

На современном этапе развития производства, особенно в условиях перехода к рыночной экономике, всестороннее повышение качества управления производственными и технологическими объектами является определяющим фактором конкурентоспособности предприятий. Компьютерная графика в настоящее время широко используется в различных отраслях промышленности, экономике, учебных заведениях. Перечень ее применений обширен и продолжает расти.

Всистемах автоматизированного проектирования (САПР) компьютерная графика используется при проектировании компонент и систем механических, электрических, электромеханических и электронных устройств. К таким системам относятся сложные структуры (здания, химические и энергетические установки, фюзеляжи самолетов и корпуса судов и их внутренние части), оптические схемы, телефонные сети и сети ЭВМ. Большое внимание уделяется интерактивной работе с геометрической моделью, проектируемой компоненты, чтобы не только создать ее графический образ, но и проверить, например, ее механические, электрические и тепловые свойства.

Врешении этих задач важная роль принадлежит средствам вычислительной техники, математическому, геометрическому и имитационному моделированию технологических и производственно-экономических процессов, методам оптимизации условий их функционирования.

Целью изучения дисциплины является усвоение теории, принципов построения и функционирования графических систем на персональных ЭВМ, знакомство с принципами построения и основными характеристиками технического обеспечения ГС, принципами реализации и элементами двухмерной и трехмерной КГ (методами интерактивного ввода, графическими примитивами, эскизированием чертежей, управлением аппарата проецирования, интерактивным проектированием на наглядных изображениях) в памяти компьютера и на экране дисплея; особенностями построения лингвистического, математического и программного обеспечения, принципами построения и основными характеристиками современных ГС машиностроительного конструирования. Рассматриваются теоретические и прикладные вопросы применения современных систем машинной графики.

Целью изучения дисциплины является усвоение студентами основных современных методов геометрического моделирования, методов получения реалистических изображений, находящих применение в деревообрабатывающей промышленности.

Врезультате освоения дисциплины студент обязан: знать методы визуального представления информации, математические основы компьютерной

4

графики и геометрического моделирования, особенности восприятия растровых изображений, методы квантования и дискретизации изображений, системы кодирования цвета, алгоритмы растрирования и геометрические преобразования; уметь применять на практике алгоритмы компьютерной графики, созда-

вать геометрические модели объектов; иметь представление о методах геометрического моделирования, моде-

лях графических данных и технических средствах компьютерной графики; с системных позиций и комплексном подходе, знать структуру произ-

водственного и технологического процессов деревообработки и организации автомобильного движения и автомобильного хозяйства;

уметь выбирать рациональные варианты при принятии решений в условиях заданных ограничений, определять характеристики предмета труда, технико - экономические показатели, характеризующие эффективность технологического процесса, анализировать причинно-следственные связи между различными производственными процессами с применением графических средств компьютерной графики;

уметь пользоваться справочным и иным материалом для решения конкретных практических задач средствами компьютерной графики.

В процессе изучения дисциплины студенты слушают лекции по узловым разделам курса, самостоятельно изучают отдельные разделы курса, по учебной литературе, выполняют лабораторные работы.

1.2. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ

5

1.3.Содержание разделов дисциплины

1.Введение в компьютерную графику. Основные понятия компьютерной графики. КГ. Графические системы. Виды графических систем. Растровая и векторная графика. Основные характеристики. Преимущества, недостатки. Форматы графических файлов. Фрактальная графика и 3D – графика. Принципы реализации и характеристики. История развития машинной графики.

2.Техническое средства компьютерной графики. Состав и архитектура комплекса технических средств ГС. Основные характеристики ЭВМ ГС. Устройства графического вывода и отображения графических объектов. Устройство графического ввода. Логические интерактивные устройства ввода. Классы логических устройств графических систем. Координатографы, планшеты. Перспективы развития систем вывода.

3.Базовая графика. Концептуальная модель интерактивной графики. Структура данных. Построение прикладной модели. Описание объектов. Графическая интерактивная работа. Блок-схема графической системы. Понятие простого графического пакета. Основные функции графического пакета. Примитивы компьютерной графики. Физические и графические примитивы. Атрибуты примитивов.

4.Алгоритмические основы компьютерной графики. Алгоритмы вычер-

чивания отрезков. Простой пошаговый алгоритм разложения отрезка в растр. Разложение отрезка в растр по алгоритму Брезенхема. Основные шаги алгоритма Брезенхема вычерчивания кривых. Способы генерации растровых изображений. Растровая развертка в реальном времени. Групповое кодирование, клеточное кодирование. Изображение отрезков и литер. Понятие о растровой развертке сплошных областей. Основы методов устранения ступенчатости.

5.Геометрические преобразования на плоскости. Аффинные преобразо-

вания. Системы координат компьютерной графики. Однородная система координат. Матричная форма представления двухмерных преобразований.

6.Концепция построения трехмерных изображений. Механизм форми-

рования проекций. Центральные и параллельные проекции. Основные направления применения проекций. Трехмерные координаты. Матричная форма представления трехмерных геометрических преобразований. Математический аппарат представления плоских геометрических проекций. Задание произвольных проекций трехмерных объектов.

7.Геометрическое моделирование. Геометрическое моделирование в пространстве. Цели и задачи геометрического моделирования. Модели в компьютерной графике. Представление пространственных форм. Параметрические кубические кривые. Кривые Эрмита, Безье, В – сплайны. Параметрические кубические поверхности. Полигональные сетки, параметрические бикубические куски.

8.Построение реалистических изображений. Физические и психологи-

ческие факторы, учитываемые при создании реалистических изображений. Ви-

6

довая операция. Операция двухмерного отсечения. Алгоритм КоэнаСазерленда. Отсечение текста. Отображение окна на поле вывода. Понятие канонического видового объема. Трехмерное отсечение. Удаление скрытых линий. Алгоритм использующий Z – буфер. Модели освещения. Понятия о закраске методами Гуро и Фонга. Текстура и фактура поверхности объекта.

9. Обзор современных графических систем. Графические пакеты. AutoCAD, CorelDraw9, 3D Studio Max. Назначение. Основные возможности. Приемы работы.

3Структура данных. Построение прикладной модели. Описание объектов. Графическая интерактивная работа. Блок-схема графической системы

Лекция 6. Основные функции графического пакета. Примитивы компьютерной графики. Физические и графические примитивы. Атрибуты примитивов

8

2. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ, ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ, КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ, РАСЧЕТНО - ГРАФИЧЕСКИЕ РАБОТЫ

По дисциплине предусмотрено выполнение 10 лабораторных работ, обеспечивающих практическое знакомство студентов с основными разделами курса на базе пакета ACAD14-2000 и графическими возможностями языка визуального программирования Visual Basic 6 (VB6). В табл. 4 дан базовый перечень лабораторных работ

Порядок выполнения лабораторных работ, требования к оформлению отчетов и контрольные вопросы приведены в соответствующих методических

9

указаниях, ссылки на которые даны после названия темы лабораторной работы. Пропущенные или незаконченные в отведенное время лабораторные работы отрабатываются студентами самостоятельно в часы, выделенные кафедрой для самостоятельной работы.

3. КОНТРОЛЬ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ. НАПИСАНИЕ РЕФЕРАТА

Контролируемая самостоятельная работа проводится по следующим направлениям:

-в отчеты о лабораторных работах включаются письменные ответы на контрольные вопросы по теме работы;

-вопросы по разделам дисциплины, выносимым на самостоятельную работу, включаются в перечень вопросов по зачету.

3.1.Темы для самостоятельной работы

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАЗДЕЛАМ ДИСЦИПЛИНЫ. ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ, ВЫНОСИМЫХ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Тема 4.1. Введение в компьютерную графику

Начиная изучать компьютерную графику, необходимо учитывать то, что как научная и учебная дисциплина компьютерная графика считается одним из

10

специальных разделов информатики. Теория компьютерной графики развивается на базе взаимных связей информатики с другими науками и учебными дисциплинами, такими, как начертательная, проектная, аналитическая и дифференциальная геометрия, топология, черчение, вычислительная математика, операционные системы, языки и системы программирования. Необходимо понимать и знать, что компьютерная графика в настоящее время сформировалась как наука об аппаратном и программном обеспечении анализа и синтеза разнообразных изображений от простых чертежей до реалистичных образов естественных объектов. То есть, компьютерная графика - это специальная область информатики, занимающаяся методами и средствами создания, обработки и наглядного представления графической информации изображения с помощью программно - аппаратных средств.

Контрольные вопросы к теме 4.1

1.Дать определение компьютерной графики как научной и учебной дисциплины?

2.В чем заключаются основные задачи компьютерной графики?

3.Какие классы изображений рассматривает компьютерная графика?

4.В чем заключаются процедуры обработки изображений?

5.Геометрическое моделирование и компьютерная графика.

6.Дать широкое толкование понятий пакетная и интерактивная графика.

7.Основные направления компьютерной графики.

8.Понятие графической системы (базовые и специализированные системы), обеспечение систем.

9.Компьютерная графика как способ формирования изображения. Векторная, растровая, фрактальная графика. 2D, 2,5D и 3D компьютерная графика. (Дать широкое толкование).

10.Краткая история развития компьютерной графики.

Тема 4.2. Техническое обеспечение компьютерной графики

При изучении технических средств компьютерной графики необходимо учитывать, что они определяются программно – аппаратные комплексы, обеспечивающие ввод, вывод, редактирование, преобразование и документирование графической и алфавитно-цифровой информации. Анализ возможностей технических средств позволяет выделить две их основные функции:

-преобразование формы представления информации;

-обработка, преобразование, хранение и поиск информации в одной из форм представления.

Эти функции необходимо конкретизировать при рассмотрении используемых

внастоящее время форм представления, обработки и преобразовании информации. Поскольку основной поток информации к пользователям и от них идет по каналам зрительного восприятия (до 85 %) и звуковому каналу (до 12 %),