ВСТУП

У сучасних умовах комп’ютерна графіка стрімко розвивається, оскільки забезпечує високий рівень інформативності, відтворює найвагоміші аспекти процесу або явища. Найбільшу реалістичність забезпечує тривимірна графіка, основана на роботі з просторовими моделями об’єктів, що обумовлює її широке використання в багатьох галузях, пов’язаних з комп’ютерним моделюванням та проектуванням.

За останні роки комп’ютерні засоби моделювання та візуалізації перетворились із інструментів вирішення різного роду задач на потужний апарат дослідження суспільних явищ та технічних проблем. Вони з успіхом використовуються у таких галузях, як системний аналіз, автоматизація проектування, організація роботи обчислювальних засобів та комп’ютерних мереж [4]. Різноманітність галузей, у яких використовуються програмні засоби моделювання й візуалізації, пояснюється неможливістю або трудомісткістю проведення реальних експериментів на окремих групах досліджуваних об’єктів. З огляду на це, проблема створення нових програмних систем переводиться в площину використання вже наявних програмних компонентів та їх адаптаціїдо нових задач [5].

Що стосується візуалізації даних, наданих у вигляді матричних структур, із подальшим їх перетворенням у графові моделі, то сьогодні накопичений відносно невеликий досвід їх вирішення. Основними завданнями при цьому є як фундаментальні (пояснюються недосконалістю існуючих методів візуалізації), так і технічні (пов’язані із складністю вибору та забезпеченням взаємодії різних програмних та апаратних засобів. Отже, актуальним завданням є виокремлення основних аспектів побудови прикладного програмного забезпечення, яке надавало б розробникам можливість із створення високорівневих засобів візуалізації даних, заданих у матричній формі.

РОЗДІЛ 1. ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА

1.1.Основні поняття дисципліни «Обчислювальна геометрія та комп'ютерна графіка»

Комп’ютерна графіка – це галузь знань, як авивчає та розробляє засоби та методи створення та перетворення графічних зображень об’єктів за допомогою комп’ютера [1].

Основні задачі комп’ютерної графіки: введення до комп’ютера інформації, що початково має графічну форму або визначає її; обробка, оптимізація характеристик, зберігання на носіях, захист, передання локальних та глобальних мереж цієї інформації; виведення інформації в графічній формі з комп’ютера.

Під графічною формою подання інформації розуміють: ескізи, креслення, візуальне подання каркасних, поверхневих та твердотільних 3D-моделей різноманітних об’єктів, схеми, діаграми, графіки, рисунки, фотографії, відео, анімацію, голограми, мультимедійну інформацію[1].

У комп’ютерній графіці використовують геометричну версію математичного моделювання: дво-, три- та n-вимірні (n>3) зображення розглядають як такі, що складені з точок, ліній та поверхонь (цей підхід традиційно вважають найнаочнішим та найзручнішим).

Математичне забезпечення комп’ютерноъ графіки становлять:

геометричні моделі, складовими частинами яких є елементарні компоненти – графічні примітиви(точки , відрізки суцільних та пунктирних прямих ліній, дуги кіл та еліпсів, трикутники, прямокутники, багатокутники), поєднані в ієрархічні структури даних (списки, стеки, черги, дерева, мережі) ;

методи та алгоритми перетворення геометричних моделей. Складовими частинами яких є елементарні операції перенесення, масштабування, обертання та дзеркального відбиття зображень, виділення вікна[2].

Прграмне забезпечення (ПЗ) комп’ютерної графіки поділяють на базове та прикладне, апаратно-залежне та апаратно-незалежне.

Для створення прикладного графічного ПЗ застосовують такі класи інструментальних засобів:

стандартні графічні пакети (наприклад, графічні редактори, системи автоматизованого проектування, видавничі системи);

стандарті програмні системи, що не спеціалізуються на графіці, але підтримують певний набір графічних функцій (наприклад, офісні пакети та текстові процесори);

авторські середовища розробки графічного ПЗ (авторські системи для створення мультимедійної та гіпермедійної продукції, наприклад, для побудови презентацій тощо);

мови програмування високого рівня, що містять візуальні компонентні об’єктно-орієнтовані середовища розробника;

мови програмування низького рівня.

Залежно від використаних розробником засобів побудови зображення, які надають мови програмування , графічні прграми можна класифікувати так: ті, що базуються на стандартних компонентах, процедурах та функціях графічних бібліотек; ті,що створюють графічні зображення засобами BIOS (Basic Input/Output System); ті, що реалізують найшвидший спосіб (пряме звертання до портів відеоадаптеру та чарунок відеопам’яті); ті, в яких код, написаний мовою програмування високого рівня, доповнений вставками, що виконують графічні дії мовою асемблера або в машинному коді[3].

1.2.Основні підходи до побудови програмних засобів візуалізації об’єктів

Сучасні засоби візуалізації будуються у напрямку розроблення гнучкої структури прикладної програми, яка може змінюватись залежно від вимог, що висуваються користувачем. Забезпечення цієї модифікації накладає деякі обмеження на розробників, найважливішим серед яких є неможливість часткової перебудови системи відповідно до нових вимог. Це завдання є вкрай важливим, оскільки його вирішення дасть змогу скоротити процес як розроблення, так і модифікації програм цього класу. Незважаючи на актуальність завдання, сьогодні накопичений відносно невеликий досвід її вирішення, особливо щодо комп’ютерної реалізації [4].

На сучасному етапі розвитку інформаційних технологій значно ускладнюється процедурапобудови та швидкої модифікації інформаційних систем, які виникають у різних галузях людської діяльності. Не є винятком засоби візуалізації матричних, які характеризуються:

• складністю опису, що вимагає забезпечення складного процесу моделювання й аналізу даних та процесів;

• сукупністю взаємодіючих компонентів, які мають свої локальні завдання й мету функціонування. Наприклад, підпрограми моделювання графічної форми зображення, аналітичної обробки розташування вершин;

• відсутністю прямих аналогів, що обмежує можливість використання яких-небудь типових проектних рішень і прикладних систем;

• необхідністю функціонування в неоднорідному середовищі (у різних операційних системах та апаратних платформах);

• істотною часовою протяжністю проекту, обумовленою обмеженими можливостями колективу розробників та різним ступенем готовності окремих частин системи.