Машинная графика– это часть компьютерной графики, изучающая методы создания конструкторских документов и трехмерных моделей изделий с помощью специализированных программ
Компьютерная графика – это специальная область информатики, изучающая методы и средства создания хранения и обработки изображений с помощью программно аппаратных вычислительных комплексов.
Она охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком либо на экране монитора, либо в виде копии на внешнем носителе. Визуализация данных находит применение в самых разных сферах человеческой деятельности. Например: медицина (компьютерная томография), научные исследования (визуализация строения вещества, векторных полей и других данных), опытно- конструкторские разработки.
Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано в середине 50-х годов для больших ЭВМ, применяющихся в научных и военных исследованиях. С тех пор графический способ отображения данных стал неотъемлемой принадлежностью подавляющего большинства компьютерных систем.
В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять на растровую, векторную и фрактальную.
Растровая графика– базовым элементомизображения является точка, при этом особую важность имеет понятие разрешения, выражающее количество точек, приходящихся на единицу длины. Разрешение измеряется в количестве точек на дюйм (dpi). Растровые редакторы применяются для обработки изображений, их ретуши, создания фотоэффектов и художественных композиций.
Векторная графика– базовым элементом при создании изображения является линия.Линия описывается математически как единый объект, и поэтому объем данных для отображения объекта средствами векторной графики, существенно меньше, чем в растровой графике. Такой подход характерен для чертежно-графических работ.
Фрактальная графика –базовым элементомявляется сама математическая формула, то есть никаких объектов в памяти компьютера не хранится и изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные изображения, имитирующие природные ландшафты и трехмерные объекты.
Особое место занимает трехмерная (3D) графика,изучающая приемы и методы построения объемных моделей объектов в виртуальном пространстве. Как правило, в ней сочетается фрактальный, векторный и растровый способы формирования изображений.
Трехмерная графика нашла широкое применение в таких областях, как научные расчеты, компьютерное моделирование физических объектов, инженерное проектирование.
На стыке компьютерных, телевизионных и кинопроизводсвенных технологий зародилась и стремительно развивается сравнительно новая область компьютерной графики и анимации.
Хотя компьютерная графика служит всего лишь инструментом, ее структура и методы основаны на передовых достижениях фундаментальных и прикладных наук: математике, физике, химии, биологии, статистики, программирования и многих других. В свою очередь применение компьютерной графики позволяет развиваться многим наукам и отраслям производства.
В данном курсе лекций нас будет интересовать та область компьютерной графики, которая позволяет создавать конструкторскую документацию.
Во главе функционирования и развития многих отраслей производства стоит проектно- конструкторская деятельность. Любое промышленное изделие имеет два вида существования: внутри предприятия (от проектирования до изготовления) и вне его (с момента реализации и до истечения срока эксплуатации в конкретных условиях). Очевидно, что прежде чем изготовить некий материальный объект (автомобиль, станок, подшипник и т. д.), проектировщик (конструктор) должен наглядно изобразить этот объект, который предметно пока не существует, а является пока лишь продуктом его интеллектуальной деятельности. Техническое творчество тесно связанно с наукой и с производством. Конструктор обязан знать и использовать данные физических, математических и других научных дисциплин, при этом должен учитывать возможности современного производства, а кроме того, конструкторская деятельность тесно связанна с эстетическим восприятием окружающего мира, так как он обязан обеспечить своему изделию современный дизайн.
Проектно-конструкторские разработки условно можно разделить на два этапа: эскизное проектирование и оформление. При эскизном проектировании (как правило, с использованием прототипов) определяется принцип действия разрабатываемого изделия, а при оформлении выполняется полный комплект документации, для его изготовления.
Весь процесс разработки какого либо изделия трудоемок и занимает большой промежуток времени.
Появление на рынке достаточно дешевой микропроцессорной техники привело к возникновению Системы Автоматизированного Проектирования (САПР), основоположником которой является Айвен Сазерленд (Массачусетский технологический институт). Естественно, что в условиях жесткой конкуренции коллектив любого предприятия заинтересован в сокращении сроков проектирования, в качестве, в надежности, в безопасности, в эстетичности выпускаемой продукции.
САПР обладает рядом преимуществ по сравнению с ручными разработками:
1. Сокращается время выполнения чертежа.
Конструктор, использующий САПР, может выполнять чертежи в среднем в три раза быстрее, чем работая за кульманом.
2. Повышается точность выполнения чертежа.
Точность чертежа, выполненного вручную определяется остротой зрения конструктора, точностью инструментов, толщиной карандаша и т. д. На чертеже, построенном с помощью программных средств, все размеры выдерживаются точно.
3. Повышается качество конструкторских документов.
Качество изображения на обычных чертежах полностью зависело от мастерства конструктора, тогда как печатающие устройства, вычерчивают линии, строго соблюдая определенную толщину, текст, четко обозначенный стандартом, независимо от индивидуальных способностей человека. Кроме того, качество документа повышается, так как не приходится пользоваться стиральной резинкой.
4. Возможность многократного использования чертежа, или его элементов.
5. Ускорение расчетов и анализа проектирования
В настоящее время существует много различных программ, позволяющих быстро и точно выполнять все проектные расчеты (прочностные, кинематические и т.п.), компоновку и технологические процессы сборки изделия.
6. Сокращение затрат на усовершенствование.
Современные программные средства, позволяют испытывать проектируемое изделие с помощью имитации на компьютере условий эксплуатации.
Все средства электронной вычислительной техники, позволяющие создавать системы автоматизированной разработки и выполнения конструкторской документации (системы АКД) можно разделить на следующие категории:
1. вычислительные средства, состоящие из одной или нескольких ЭВМ, обладающие способностью хранить и обрабатывать информацию;
2. средства ввода информации, допускающие ввод как графической (например, чертеж), так и текстовой информации.
3. графические средства вывода, включающие устройства получения твердых копий и динамические устройства, для получения изображений, которые можно изменять в любой момент;
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВАможно разделить условно по назначению:
1. Большие ЭВМ. Это самые мощные компьютеры. Их применяют для обслуживания очень крупных предприятий и даже целых отраслей народного хозяйства. На базе таких суперкомпьютеров создают вычислительные центры, которые обслуживает большая группа людей;
2. Мини-ЭВМ. Это компьютеры большой производительности, которые используются предприятиями, научными учреждениями, высшими учебными заведениями. Такие компьютеры управляют производствен -ными процессами. Например: в механическом цехе компьютер может управлять правильным распределением заготовок, управлять ритмичной работой станков и т. д.
3. Микро- ЭВМ. Компьютеры данного класса применяются на любых предприятиях, обслуживаются небольшим количеством людей, часто выполняют вспомогательные операции.
4. Персональные компьютеры. Они предназначаются для обслуживания одного рабочего места. Несмотря на свою невысокую стоимость и небольшие размеры, современные персональные компьютеры (ПК) обладают большой производительностью. В свою очередь ПК можно условно разделить на бытовые и профессиональные.
Состав любой вычислительной системы называется конфигурацией Аппаратные и программные средства принято рассматривать отдельно. Поэтому отдельно рассматривают аппаратную конфигурацию системы и их программную конфигурацию.
Персональный компьютер – универсальная техническая система, его аппаратнуюконфигурацию(состав оборудования) можно изменять по мере надобности. Тем не менее, существует понятие базовой конфигурации, которую считают типовой. В нее входит четыре основные устройства:
1. системный блок;
2. монитор;
3. клавиатура;
4. мышь.
Системный блокпредставляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты (материнская плата, жесткий диск, гибкий диск, дисковод компакт- дисков CD-ROM).
Монитор –устройство визуального представления данных.
Клавиатура –клавишное устройство управления персональным компьютером, служит для ввода данных, а так же команд управления.
Мышь –устройство управления манипуляторного типа. С помощью мыши он изменяет свойства объектов и приводит в действие элементы управления компьютерной системой.
УСТРОЙСТВА ВВОДА ДАННЫХвключают в себя алфавитно–цифровые, функциональные клавиатуры. Для ввода графических данных служат сканеры, графические планшеты (дигитайзеры), цифровые фотокамеры.
УСТРОЙСТВА ВЫВОДА ДАННЫХ включает в себя помимо монитора, принтеры, графопостроитель. Для получения твердой копии изображения конструкторской документации наиболее удобным является графопостроитель, обладающий большим рабочим полем, точностью и скоростью черчения.
Программы – это упорядоченные последовательности команд, которые позволяют с помощью компьютера решать определенные типовые задачи.
Программное и аппаратное обеспечение в компьютере работают в неразрывной связи и непрерывном взаимодействии. Работа программы основана на управлении аппаратными устройствами компьютера.
Программное обеспечение можно условно разделить на следующие уровни:
· Базовый уровень.Самый низкий уровень программного обеспечения. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами и, как правило, входит в состав базового оборудования. Хранятся базовые программные средства в специальных микросхемах, называемых постоянно запоминающими устройствами ПЗУ.
· Системный уровень. Системный уровень – переходный. Программы, работающие на этом уровне обеспечивают, взаимодействие прочих программ компьютерной системы с базовыми программными средствами. Совокупность программного обеспечения системного уровня образуют ядро операционной системы компьютера.
· Служебный уровень. Основное назначение служебных команд (утилитов) состоит в автоматизации работ по проверке, наладке и настройке компьютерной системы.
· Прикладной уровень. Программное обеспечение прикладного уровня, представляет собой комплекс прикладных программ, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные задания.
Среди обширного класса программ, предназначенных для создания и обработки графических изображений, нас будут интересовать лишь те, которые осуществляют автоматизацию проектно – конструкторских работ. Применяются они в машиностроении, приборостроении, архитектуре. Называют такие программы системами автоматизированного проектирования. Кроме чертежно – графических работ эти системы позволяют проводить простейшие расчеты и выбор готовых конструктивных элементов из обширных баз данных.
В настоящее время уже получили достаточно широкое распространение так называемые системы проектирования «высокого уровня», такие как Pro/ ENGINEER (США), Inventor, T- FLEX CAD, СПРУТ (Россия). К системам Наконец системы «низкого уровня» - AutoCAD, MiniCAD (США), КОМПАС (Россия).
Первый и второй уровни в значительной степени схожи между собой. Их общее назначение трехмерные системы. Проектирование происходит на уровне твердотельных моделей с привлечением мощных конструкторско - технологических библиотек. Кроме того, математический аппарат позволяет выполнять необходимые расчеты, а средства анимации позволяют имитировать перемещение в пространстве рабочих частей проектируемого изделия.
Строго говоря, системы «низкого уровня» в САПР имеют весьма ограниченное применение.
Это графические редакторы, которые предназначены для выполнения графических работ, т.е. данные программы позволяют использовать компьютер в качестве «электронного кульмана». Однако необходимо отметить, приведенная градация весьма условна, поскольку последние версии такой системы как AutoCAD позволяют выполнять не только графические построения, но и формировать трехмерные модели и даже анимировать их. Наша основная задача заключается в том, чтобы научиться выполнять конструкторские документы, используя компьютерные системы. Из всех перечисленных выше систем, наиболее популярными в настоящее время для машиностроительного черчения и конструирования являются системы КОМПАС-ГРАФИК и AutoCAD.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ AutoCAD
Лекция №2
AutoCAD – универсальный пакет программ, позволяющий автоматизировать чертежно-графические работы. Разработанная фирмой Аutodesk и появившаяся на рынке в конце 1982г. система AutoCAD получила необычайно широкое распространение. AutoCAD является постоянно развивающейся средой. Разработчики системы стараются сохранить преемственность, как в командах, так и в общей структуре. Ранние версии системы AutoCAD- 10,11 предназначены для работы в DOS, а версии 12,13,14 и 2000- в Windows. Последние версии отличаются значительным увеличением скорости работы и уменьшением объемов используемой памяти. Общение с компьютером происходит в диалоговом режиме.
Запуск Auto CAD реализуется различными способами, в зависимости от версии. Для последних версий запуск осуществляется через Windows.
После запуска AutoCAD создает новый неименованный рисунок. Пользователь может либо приступить к формированию графических объектов, либо загрузить ранее созданные объекты, записанные в отдельные файлы. Если же рисунок создается заново, пользователю следует задать ряд новых установок. Обычно это делается автоматически с помощью Мастера подготовки. При этом выводится диалоговое окно начала работы. С помощью которого устанавливается одна из двух систем измерения: английская или метрическая. От выбора системы измерения зависит, какие файлы шаблона чертежа, типов линий и образцов штриховки будет использовать AutoCAD.Для автоматической установки рабочей среды AutoCAD предлагает два режима – режим детальной подготовки и режим быстрой подготовки. Диалоговое окно детальной подготовки позволяет выполнить полную установку параметров рабочей среды AutoCAD:
1. установить единицы измерения длинны Units и угла Angle;
2. задать начало отсчета угла Angle Measure и направление измерения угла Angle Direction;
3. определить границы области рисунка Area.
Диалоговое окно быстрой подготовки позволяет выполнить быструю установку параметров рабочей среды:
1. выбрать единицы измерения длинны Units;
2. определить границы области черчения Area.
Установленный набор параметров сеанса, можно сделать доступным и в последующих вновь создаваемых рисунках. Для этого следует сохранить свободное поле рисунка, как шаблон.
