В чистом виде цвет не существует.

7.2. Плюсы векторной графики

В программе редактирования векторных рисунков линии, фигуры и текст задаются математическими выражениями, что дает возможность автоматически настраивать их на максимальное разрешение устройства вывода, идет ли речь о лазерном принтере или фо­тонаборном аппарате. Программа посылает на принтер математические выражения, ко­торые переводятся в изображение на бумаге или пленке. Иными словами, принтер пре­образует математические выражения в распечатываемые пиксели. По сравнению с экра­ном, разрешение принтера намного выше. В результате распечатанное изображение получается гладким и кон­трастным независимо от размера.

Контуры, заливки и обводки - основа построения векторно­го изображения. Все компоненты векторного изображения опи­сываются математически, а значит - абсолютно точно. Чем большее количество контуров содержится в изображении, тем оно выглядит более живым и детализированным. Однако с дру­гой стороны, чем больше контуров, тем больше вычислений не­обходимо произвести для построения изображения, т.к. после каждого внесенного изменения все изображение полностью пе­ресчитывается.

Еще одно преимущество векторных рисунков состоит в том, что для них не требуется много места на диске. Объем файла векторного рисунка зависит только от количества и сложности объектов, составляющих этот рисунок, поэтому его размер, в отличие от рас­трового рисунка, практически не влияет на этот объем. Векторный рисунок сада, в котором прорисованы сотни листиков и лепестков, занимает во много раз больше места на диске, чем огромный плакат с изображением всего лишь трех прямоугольников. Кроме того, описание цветовых характеристик не сильно увеличивает размер файла, поскольку данные о цвете идентичны для всего объекта.

Векторные изображения, как правило, строятся вручную, одна­ко в некоторых случаях они могут быть также получены из растро­вых с помощью программ трассировки (векторизации). ВГ может включать в себя и изображения точечной графики, причем редакторы векторной графики предлагают все более разнообразные возможности по их обработке, в том числе разнообразные фильтры.

Векторные изображения не в состоянии обеспечить близкую к оригиналу реалистичность, но они компактны, и, поскольку состоят из «реализованных математических моделей», то допускают сво­бодное масштабирование совершенно без потери качества. Пре­имуществом векторных изображений является также их легкое ре­дактирование.

Следует отметить, что всем известные шрифты True Туре - пример векторных изображений. Именно поэтому они не теряют своего качества при любом масштабировании. Важным преимуществом программ ВГ является развитая интеграция векторных изображений и текста, единый подход к ним, и как следствие, - возможность создания конечного продукта (в отличие от программ точечной графики). Поэтому редакторы векторной графики незаменимы в области дизайна, технического рисования, для чертежно-графических и оформительских работ.

7.3. Минусы векторной графики

Самым существенным недостатком является программная зависимость, поскольку не существует принципиальной возможности создать единый стандартный формат, который бы позволял свободно открывать любой векторный документ в любой векторной программе.

В качестве существенного недостатка векторной графики стоит отметить, что она обладает достаточной сложностью и такими принципами, которые препятствуют автоматизации, и, соответственно, невозможностью создания устройств, подобных сканерам или цифровым аппаратам.

В основу программ рисования заложены методы, характерные для традиционного изо­бразительного искусства. Средства же программ редактирования векторной графики не имеют аналогов в реальном мире. Процесс построения векторных форм правильнее было бы назвать конструированием. При построении векторных изображений линии и фигуры накладываются, пока не получится окончательное изображение. Каждый объект можно ре­дактировать независимо от остальных - тем не менее, изображение все же приходится строить поэтапно.

Современные программные продукты часто не являются чисто растровыми или векторными редакторами. Например, векторный редактор Corel Draw имеет инструменты для работы с растровыми изображениями, а также может использовать подключаемые (plug-ins) инструменты. А растровый редактор Adobe Photoshop включает в себя векторные средства рисования.

Из способов взаимных преобразований наиболее очевидным является преобразование векторных изображений в пиксельные (процесс растеризации). И более сложным, требующим специальной подготовки, - преобразование пиксельных изображений в векторные (процесс трассировки).

Векторная графика практически всегда замыкается на устройства, которые по своей природе являются пиксельными. Во-первых, это - мониторы, а, кроме того, все принтеры, плоттеры, фотонаборные автоматы и устройства цифровой офсетной печати. Все перечисленные устройства строят изображения из дискретных элементов, которые обладают всеми указанными выше недостатками. Поэтому процесс растеризации не представляет никакой сложности. Его можно растеризировать с помощью простого граббера изображений.

7.4. Средства векторной графики.

Любое векторное изображений состоит из множества контуров. Можно представить его в виде иерархического дерева.

1. На самом нижнем уровне расположены узлы и отрезки линий.

2. Выше расположены сегменты. Позволяют изменять не только положение конечных узлов, но изменять форму сегмента.

3. Далее располагаются контуры – любая геометрическая фигура, представляющая собой очертания объекта. Как указывалось, контуры могут быть замкнутыми или открытыми, а также иметь заливку.

4. Объекты, представляющие собой различные векторные формы (каркасы, поверхности, тела).

5. Вершиной является само изображение, представленное совокупностью перечисленных выше объектов.

Основными средствами векторной графики являются:

- инструменты рисования, которые можно разделить на инструменты создания двухмерных и трехмерных объектов;

- инструменты редактирования изображений – перенос и копирование объектов, масштабирование, удлинение, вращение и т.д.;

- инструменты оформления чертежей – размеры, штриховка, вставка блоков и т.д.;

- визуализация изображений – тонирование (рендеринг), наложение материалов на поверхность объектов, создание новых материалов, настройка камер и освещения, создание сцен.

7.5. Векторные графические редакторы

Растровые графические редакторы предназначены для обработки изображений, в связи, с чем имеют примерно одинаковый набор инструментов, средств редактирования, эффектов, фильтров. Редакторы векторной графики предназначены для создания изображений. Это текстовые редакторы, электронные таблицы, издательские пакеты, научная графика, компьютерная анимация, трехмерная графика, САПР, графический дизайн и др. В этом обзоре остановимся на двух последних типах векторных редакторов.

Лидером в группе программ, занимающихся графическим дизайном, является пакет Corel DRAW. Он предоставляет самый большой набор операций для работы с векторными элементами и импортированными растровыми объектами. Созданные векторные объекты, могут преобразовываться в файлы растровой графики. В состав пакета входит ряд приложений:

CorelDRAW – редактор векторных изображений;

Corel Photo Paint – редактор растровых изображений;

Corel R.A.V.E. – векторная анимация объектов;

Corel Capture – граббер захвата изображения;

Corel Trace – утилита преобразования растровых изображений в векторные (векторизатор).

Пакет Corel Draw снабжен интеллектуальными инструментальными средствами нового поколения, которые позволяют пользователям решать дизайнерские задачи значительно быстрее. Самая последняя версия Corel Draw Graphics Suite, экономит время дизайнеров, давая им инструментальные средства, которые уменьшают число шагов требующихся для выполнения задач.

Corel Draw имеет файловое расширение .cdr. Основные преимущества пакета связаны с преимуществами векторной графики. Но есть и собственные достоинства. Существуют версии Corel Draw для основных платформ Windows, MAC, UNIX. У него хорошая совместимость с другими графическими пакетами, существует поддержка нескольких форматов – Al, PSD, EPS, PDF. Поддерживается создание веб-страниц, с помощью мастера преобразования в формат HTML.

Минусы Corel Draw также связаны с недостатками векторной графики. Кроме того, редактор несколько перегружен кнопками и опциями.

ADOBE Illustrator CS v11.0. Новая версия редактора векторной графики с усиленной поддержкой создания 3D-изображений, представляющая совершенно новые функции, включая поддержку 3D Effects, которая существенно упрощает работу с 3D-объектами, Scribble Effect и совсем нового эффекта "грифельного карандаша". Появилась поддержка различных шрифтов, поддержка формата PDF 1.5 и интеграция "Acrobat 6.0". Помимо этого, Illustrator CS включает в себя большое количество новых встроенных эффектов. Мощный инструментарий обработки графических изображений завоевал популярность благодаря широкому набору инструментов, позволяющих пользователям MAC и Windows XP создавать WEB-графику высокого качества.

Специальный инструментарий позволяет осуществлять различные манипуляции с рисунками и текстами, создавать дополнительные эффекты, а расширенные возможности по работе со слоями изображений обеспечивают самые высокие качественные показатели создаваемых этим редактором объектов.
Macromedia Freehand MX v11.0.Мощный графический пакет для векторной графики, давний, хотя и менее известный конкурент Adobe Illustrator и CorelDraw. Тесно интегрирован с другими продуктами от Macromedia (например, Macromedia Flash). Имеет поддержку многих популярных форматов. Понравится как издателям, так и Web дизайнерам. Позволяет сохранять результаты в формате Flash (SWT) и другие.

Macromedia FireWorks 2004 MX.Лучшее средство для создания интерактивной web-графики. Пакет Macromedia Fireworks MX содержит полный набор инструментов, необходимых для профессионального создания графических элементов. Вы сможете быстро создавать оригинальные композиции и интерактивные элементы, от простых графических кнопок до сложных эффектов и всплывающих меню. Готовые изображения можно сохранить в любом графическом формате или экспортировать в программы Macromedia Flash и Dreamweaver.

Xara X (читается "зара") – редактор векторной графики предназначенный для создания художественных иллюстраций (в настоящее время это продукт фирмы Corel, не входящий в стандартный пакет). Компактный редактор с достаточным набором средств. Позволяет работать и с растровыми изображениями. По этому показателю ни один из редакторов, умеющих работать с векторными и растровыми формами, не сравнится с Xara X по простоте, гибкости и скорости. Программа имеет огромное внутреннее разрешение – 72000 dpi – меньше микрона, что позволяет использовать ее, например, в картографии (при увеличении до 25000% изображение остается гладким). Недостатки Xara X – слабые возможности обработки текста, искажение цветов при переходе на модель CMYK.

Графический редактор Автокад (AutoCAD) является одной из наиболее распространенных за рубежом и в России программ, широко используемых в различных системах автоматизированного проектирования – в машиностроении, приборостроении, строительстве, в радиотехнике и т.д.

Он позволяет создавать плоские и пространственные геометрические модели, практически любой сложности. Автоматизировать конструкторскую деятельность на основе создания трехмерных геометрических представлений проектируемых изделий.

Современный пакет AutoCAD 2007 позволяет работать одновременно с несколькими чертежами, имеет мощные средства визуализации создаваемых трехмерных объектов и расширенные возможности адаптации системы к требованиям пользователя, обеспечивает связь графических объектов с внешними базами данных, позволяет просматривать и копировать компоненты чертежа без открытия его файла, редактировать внешние ссылки и блоки, находящиеся во внешних файлах, и многое-многое другое. В этой версии появилась возможность создания трехмерных параметрических моделей.

Autodesk Inventor остается наиболее продаваемой системой трехмерного машиностроительного проектирования. Лидирующие позиции этого программного пакета обусловлены сочетанием возможностей трехмерного проектирования с уникальной технологией двумерного проектирования, сопровождения и миграции 2D-данных в 3D.

Графический редактор Autodesk Inventor представляет собой средство построения параметрических 3D-моделей твердых тел на основе элементов. Лидирующие позиции этого программного пакета обусловлены сочетанием возможностей трехмерного проектирования с уникальной технологией двумерного проектирования, сопровождения и миграции 2D-данных в 3D. Параметрическое моделирование (Parametric Modeling) позволяет управлять формой и габаритами создаваемого объекта путем задания его размеров – проектирование, управляемое размерами.

Основное назначение Autodesk Inventor 11 - предоставить пользователям инструментарий, максимально отвечающий их требованиям, создать условия для высокопроизводительной работы, гарантировать возможность создания сложных форм, обеспечить соответствие реальным потребностям рынка в области 2D/3D-проектирования.

Подобный подход к моделированию используется еще в ряде графических редакторов, таких как, Solid Works, Компас и другие.

Самым популярным на сегодняшний день редактором трехмерной графики является 3ds max, уже упоминавшейся компании Autodesk. Этот графический редактор умеет создавать прекрасные фотореалистичные объекты, а также анимировать изображения. Похожей архитектурой характеризуется графический пакет Maya.

Неплохими возможностями обладает достаточно простой редактор трехмерной графики Rhinoceros. Важным достоинством пакета является его компактность и доступность. Кроме того, Rhinoceros позволяет очень легко и достоверно экспортировать и импортировать, практически все известные на сегодняшний день, векторные файлы. Таким образом, он может представлять собой своеобразный буфер между различными графическими редакторами, которые не могут осуществлять непосредственный экспорт-импорт.

8. Автоматизация разработки и выполнения конструкторской документации в САПР

8.1. САПР

Одними из основных компонентов автоматизированного производства являются автоматизированные системы проектирования(САПР - CAD) - струк­туры, наиболее организованные методически и информационно.

В САПР входят подсистемы - специализированные части, ориентиро­ванные на решение задач определенного этапа проектирования: инже­нерных расчетов, конструирования, технологической подготовки произ­водства, изготовления изделия и др. Задача конструирования(под конструированием условимся понимать разработку конструкции по пред­варительным расчетам, реализованную в конструкторскую документацию) является одной из важных и наиболее трудоемких в САПР. Ее решение осуществляется с помощью графической подсистемы автоматизации раз­работки и выполнения конструкторской документации (АКД)или в виде автономной (локальной) системы АКДсо структурой и принципами по­строения, аналогичными САПР.

Средства реализации систем АКД предоставляет компьютерная графи­ка, обеспечивающая создание, хранение и обработку моделейгеометри­ческих объектов (ГО) и их графических изображений (ГИ) с помощью компьютера. Использование компьютера в конструкторской деятельнос­ти как электронного кульмана значительно облегчает подготовку конст­рукторских и других графических документов, связанных с изготовлением изделий, сокращает сроки их разработки с улучшением качества. Особен­но это эффективно при конструировании устройств на базе параметри­чески управляемых унифицированных и типовых элементов конструкций, обеспечивающих их многовариантность.

Модель ГО, содержащая информацию о гео­метрии объекта, используется как для получения двумерной геометрической модели, так и для расчета различных характеристик объекта технологических параметров его изготовления. Из этого следует, что метрическое моделирование является ядромавтоматизированного конст­руирования и технологической подготовки производства.

8.2. Структура и основные принципы построения системы АКД

Система АКД выполняет ввод, хранение, обработку и вывод графи­ческой информации в виде конструкторских документов.Для реализации системы необходимы: документы, регламентирующие работу системы АКД; исходная информация для формирования информационной базы; информационная база, содержащая модели ГО, ГИ, элементы оформле­ния чертежа по ГОСТ ЕСКД; технические и программные средства со­здания моделей ГО и ГИ и их вывода; интерфейс пользователя в виде графического диалога с компьютером. Все перечисленные составляющие образуют методическое, информационное, техническое, программное и организационное обеспечение системы АКД.

Эффективность применения АКД при разработке КД обеспечивается следующими ее возможностями:

- наличием средств преобразований: поворота, переноса, симметриро­вания, масштабирования, построения зеркального изображения и др.;

- использованием готовых фрагментов чертежей, конструктивных и геометрических элементов, унифицированных конструкций, стан­дартных изделий;

- ведением диалога с компьютером в привычных для конструктора тер­минахи с привычными для него объектами (графическими изобра­жениями);

- наличием языковых средств описания типовых моделей-представи­телей чертежейобъектов, когда процесс создания конкретного чер­тежа изделия сводится к заданию размеров;

- получением чертежей высокого качества, оформленных по стандар­там ЕСКД путем вывода на графопостроители, принтеры и другие устройства.

Построение таких систем АКД целесообразно выполнять в виде сис­тем-надстроекнад базовой графической системой, содержащей все не­обходимые возможности.

Основными принципами построения систем АКД являются:

- адаптируемостьсистемы АКД к различным САПР, то есть расши­рение возможностей ее использования;

- информационное единствовсех частей АКД и САПР, которое пред­полагает единство базы данных для различных назначений (напри­мер, использование модели ГО и ГИ как для формирования чер­тежей, так и для расчетов);

- инвариантность- максимальная независимость составных частей и системы АКД в целом по отношению к ориентированным системам АКД и САПР. Например, система электронных устройств может быть использована как графическая подсистема в системе управле­ния робототехническим комплексом и как графическая подсистема в системе управления контрольно-измерительным устройством;

- возможность расширениясистемы АКД путем дополнения новых со­ставных частей и развития имеющихся.

Построение таких систем значительно упрощается, если они создают­ся на базе универсальной, открытой среды проектирования для реализа­ции графических возможностей САПР. Примером такой среды является система Автокад - универсальная графическая система, в основу струк­туры которой положен принцип открытой архитектуры, позволяющий адаптировать и развивать многие функции Автокад применительно к кон­кретным задачам и требованиям.

Примерами систем АКД являются системы-надстройки для формиро­вания чертежей типовых приборостроительных деталей, сборочных чер­тежей электронных устройств и др.

8.3. Подходы к конструированию

Можно выделить два подходак конструированию на основе компью­терных технологий.

Первый подходбазируется на двумерной геометрической модели - ГИ (графическое изображение) и использовании компьютера как электронного кульмана, позволяющего значительно ускорить процесс конструирования и улучшить качество оформления КД.

Центральное место в этом подходе к конструированию занимает чер­теж, который служит средством представления изделия, содержащего информацию для решения графических задач, а также для изготовления изделия, рисунок 36.

При таком подходе получение графического изображения за компьютером будет рациональным и достаточно эффективным, если созданное ГИ используется многократно.

В основе второго подходалежит пространственная геометрическая модель (ПГМ)изделия (рисунок 37), которая является более наглядным способом представления оригинала и более мощным и удобным инструментом для решения геометрических задач.

Чертеж в этих условиях играет вспомогательную роль, а способы его создания основаны на методах компьютерной графики, методах отображения пространственной модели.

При первом подходе (традиционный процесс конструирования) обмен информацией осуществляется на основе конструкторской, нормативно-справочной и технологической документации; при втором – на основе внутримашинного представления ГО, общей базы данных.

ГОСТ 2.052—2006 установил единую терминологию для трехмерных моделей, используемых в Компьютерной графике. Ниже приведены основные термины.

Электронная модель изделия(модель - ЭМИ) - электронная модель детали или сборочной едини­цы по ГОСТ 2.102.

Производство

Решение

Мысленный Чертеж геометрических

Образ оригинала задач

Обратная связь

Рисунок 36

Чертеж Производство

Решение

Мысленный ПГМ геометрических

Образ оригинала задач

Обратная связь

Рисунок 37

Электронная геометрическая модель (геометрическая модель) - электронная модель изделия, описывающая геометрическую форму, размеры ииные свойства изделия, зависящие от его формы и размеров.

Геометрический элемент - идентифицированный (именованный) геометрический объект, используемый в наборе данных.

Примечание - Геометрическим объектом может быть точка, линия, плоскость, поверхность, геометри­ческая фигура, геометрическое тело.

Геометрия модели - совокупность геометрических элементов, которые являются элемента­ми геометрической модели изделия.

Вспомогательная геометрия - совокупность геометрических элементов, которые использу­ются в процессе создания геометрической модели изделия, но не являются элементами этой модели.

Примечание - геометрическими элементами могут быть осевая линия, опорные точки сплайна, направляющие и образующие линии поверхности и др.

Атрибут модели - размер, допуск, текст или символ, требуемый для определения геометрии изделия или его характеристики*¹).

Модельное пространство -пространство в координатной системе модели, в котором выполняется геометрическая модель изделия.

Плоскость обозначений и указаний -плоскость в модельном пространстве, на которую выводится визуально воспринимаемая информация, содержащая значения атрибутов модели, техни­ческие требования, обозначения и указания.

Данные расположения -данные, определяющие размещение и ориентацию изделия и его составных частей в модельном пространстве в указанной системе координат.

Твердотельная модель -трехмерная электронная геометрическая модель, представляю­щая форму изделия как результат композиции заданного множества геометрических элементов с при­менением операций булевой алгебры к этим геометрическим элементам.

Поверхностная модель -трехмерная электронная геометрическая модель, представлен­ная множеством ограниченных поверхностей, определяющих в пространстве форму изделия.

Каркасная модель -трехмерная электронная геометрическая модель, представленная пространственной композицией точек, отрезков и кривых, определяющих в пространстве форму изделия.

Составная часть изделия -изделие любого вида по ГОСТ 2.101, входящее в состав изде­лия и рассматриваемое как единое целое.

Файл модели -файл, содержащий информацию о геометрических элементах, атрибутах, обозначениях и указаниях, которые рассматриваются как единое целое.

Электронный макет -электронная модель изделия, описывающая его внешнюю форму и размеры, позволяющая полностью или частично оценить его взаимодействие с элементами произ­водственного и/или эксплуатационного окружения, служащая для принятия решений при разработке изделия и процессов его изготовления и использования.

ЭМИ, как правило, используется:

- для интерпретации всего составляющего модель набора данных (или его части) в автоматизиро­ванных системах;

- для визуального отображения конструкции изделия в процессе выполнения проектных работ, производственных и иных операций;

- для изготовления чертежной конструкторской документации в электронной и/или бумажной форме.

ЭМИ, как правило, состоит из геометрической модели изделия, произвольного количества атрибутов модели и может включать технические требования.

Электронный конструкторский документ, выполненный в виде модели, должен соответство­вать следующим основным требованиям:

а) атрибуты (модели), обозначения и указания, приведенные в модели, должны быть необходи­мыми и достаточными для указанной цели выпуска (например, изготовления изделия или построения чертежа в бумажной и/или электронной форме);

б) все значения размеров должны получаться из модели;

в) определенные в модели связанные геометрические элементы, атрибуты, обозначения и указа­ния должны быть согласованы;

г) атрибуты, обозначения и указания, определенные и/или заданные в модели и изображенные на чертеже, должны быть согласованы;

д) если в модели не содержатся все конструкторские данные изделия, то это должно быть указано;

е) не допускается давать ссылки на нормативные документы, определяющие форму и размеры конструктивных элементов (отверстия, фаски, канавки и т. п.), если в них нет геометрического описания этих элементов. Все данные для их изготовления должны быть приведены в модели;

ж) разрядность при округлении значений линейных и угловых размеров должна задаваться разра­ботчиком.

8.4. Геометрическое моделирование

Под геометрическим моделированиемпонимают создание моделей ГО, содержащих информацию о геометрии объекта.

Двумерные модели (ГИ)позволяют формировать и изменять чертежи трехмерные модели (ПГМ – пространственные геометрические модели)- служат для представления изделия в трех измерениях.

Объемные тела и ГИ, образованные из более простых объектов с ис­пользованием логических операций объединения, пересечения, вычитания называются составными ГО(рисунок 38).Операция сборки составных ГО осуществ­ляется с использованием их представления в виде иерархической струк­туры в форме дерева построения(рисунок 39).

На рисунке 16 дан пример формирования моделей ГИ и ПГМ графичес­кого изображения приборостроительной детали.

На первом этапереальный объект (в примере деталь) подвергается аб­стракции, в результате которой определяется информационная модель.