Здесь можно найти образцы любых учебных материалов, т.е. получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Моделирование объекта в трехмерном пространстве

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 15.12.2012. Сдан: 2012. Страниц: 20. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Введение
 
В настоящее время  существует множество графических  редакторов и программ геометрического  моделирования. Компания Autodesk — один из ведущих производителей систем автоматизированного  проектирования и программного обеспечения  для конструкторов, дизайнеров, архитекторов. Система AutoCAD, разработанная этой компанией является лидирующей в мире платформой программного обеспечения систем автоматизированного проектирования (САПР), предназначенной для профессионалов, которым требуется воплощать свои творческие замыслы в реальные динамические проекты. AutoCAD характеризуется, с одной стороны, мощью и гибкостью, с другой — предельно четкой фокусировкой на максимальной производительности. Кроме того, эту полностью расширяемую и адаптируемую систему можно использовать в самых разных отраслях.  
AutoCAD — программа с богатой и во многом уникальной историей. Впервые она увидела свет в 1982 году под именем MicroCAD. Первая версия AutoCAD ознаменовала начало настоящей революции в автоматизированном проектировании. Сегодня AutoCAD переводится на 18 языков мира, ее используют в своей работе миллионы проектировщиков во всем мире на процессорах в тысячи раз мощнее тех, которые были установлены на первых персональных компьютерах.
Грамотный подход к проблеме автоматизации вовлекает конструктора в мир проектирования без границ, предоставляя ему среду, работа в которой становится более производительной и творческой.
 

1. Постановка задачи

 
В процессе выполнения курсового  проекта необходимо освоить построение двумерных и трёхмерных объектов посредством графического редактора AutoCAD, познакомиться с методами и средствами используемыми для формирования графических изображений.
Первая часть работы заключается в построении двумерных  видов детали, один из которых необходимо выполнить в разрезе. Во время выполнения первой части необходимо освоить особенности применения двумерных графических примитивов, способы их модификации и настройку свойств.
Вторая часть работы заключается в построении твердотельной  модели детали. На этом этапе необходимо изучить особенности работы с трёхмерной графикой в графическом редакторе AutoCAD, способы настройки представления трёхмерной графики, особенности и способы настройки видов.
Во время выполнения первой части необходимо освоить  особенности применения трёхмерных геометрических тел, способы их модификации и настройку свойств. Также необходимо научиться пользоваться абсолютными и относительными системами координат в декартовой и полярной форме при работе с трёхмерной графикой. Нужно изучить особенности применения размеров для характеристики трёхмерной модели, способы их проставления и настройки местоположения.
Заключительный этап работы заключается в компоновке трёхмерной сцены. Необходимо познакомиться с источниками освещения, способами их настройки и применения. Нужно познакомиться с особенностями формирования, создания и переноса из библиотеки материалов, способами их применения для модели своей сцены. Следует изучить особенности процесса визуализации в графическом пакете AutoCAD, его типы, настройки, параметры.

 
2. Подготовка рабочей  среды AutoCAD

 
2.1 Основные элементы  среды
 
После запуска программы AutoCAD появляется его рабочее окно (рис. 2.1). Центральная часть экрана — область чертежа (drawing area), в которой находится видимая часть рисунка (остальные его части могут находиться выше, правее, ниже и левее). При движении курсора по этой части, которую далее будет называться областью чертежа, имеет вид перекрестия с квадратной мишенью в точке пересечения. В нижнем левом углу области чертежа имеется пиктограмма с двумя стрелками. Она называется пиктограммой пользовательской системы координат (ПСК) и используется для обозначения положительных направлений осей координат х и у.
Рис. 2.1 Элементы пользовательского интерфейса
 
Экран снизу обрамляют  кнопки вкладок Model (Модель), Layout 1 (Лист1) и Layout 2 (Лист2). Вкладки используются при переключении между пространствами модели и листа. По умолчанию активной является вкладка Model.
Командное окно, в котором  располагается командная строка, является областью командного интерпретатора AutoCAD, через которую в основном происходит диалог пользователя с системой, здесь отображаются вводимые команды и результаты их выполнения.
Ниже от зоны командных  строк находится строка состояния, в которой расположены счетчик координат и прямоугольные кнопки режимов: SNAP (ШАГ), GRID (СЕТКА), ORTHO (OPTO), POLAR (OTC-ПОЛЯР), OSNAP (ПРИВЯЗКА), OTRACK (ОТС-ПРИВ), LWT (ВЕС), MODEL (МОДЕЛЬ). Счетчик координат служит для ориентировки на поле чертежа — он изменяет свое трехкоординатное значение при движении указателя мыши по области чертежа.
Основным элементом  пользовательского интерфейса являются кнопки панелей инструментов, внешний вид каждой из которых  может быть изменен (горизонтально или вертикальное расположение, объединение с основным окном, или независимое расположение).
Для вызова панелей на экран и удаления их с экрана нужно нажать правой кнопкой мыши на свободной от панелей инструментов области. После чего появится контекстное меню, в котором можно выбрать необходимый подпункт меню. Затем в ниспадающем меню необходимо пометить галочкой те панели инструментов, которые нужны при работе.
Для системы AutoCAD каждый рисунок является графическим документом. Каждый документ имеет собственное  окно, которое размещается внутри области чертежа. Кнопки «свернуть», «развернуть» и «закрыть» аналогичны кнопкам стандартных окон Windows.
Первым шагом является построение основания с помощью  примитивов AutoCAD, которые можно найти на панели инструментов Draw (рис. 2.2).
 

Рис. 2.2 Панель инструментов Draw (Рисование)
 
Рисования отрезков. Для этого введите на клавиатуре команду LINE. Линию можно вызвать также щелчком мыши на панели инструментов либо из ниспадающего меню «Рисование» («Draw»). Все команды заканчиваются нажатием Enter.
Рисование окружностей (кругов) выполняется командой CIRCLE. Команду можно выбрать из панели Рисование (Draw) или из ниспадающего меню Рисование (Draw), в котором пункт Круг (Circle) детализирован шестью подпунктами.
В первую очередь необходимо курсором щелкнуть на том месте области чертежа, где будет располагаться центр окружности либо ввести координаты вручную в командной строке. Затем вводится радиус окружности. Радиус можно задать и точкой (AutoCAD измеряет расстояние от центра окружности до новой точки и берет его в качестве радиуса). Если ввести символ D, то это означает, что вы выбираете опцию Диаметр (Diameter). Тогда выдается запрос на ввод диаметра.
Диаметр можно задать числом или указанием точки (AutoCAD в этом случае измеряет расстояние от центра до новой точки и берет это расстояние в качестве величины диаметра). После задания радиуса или диаметра построение окружности заканчивается. Радиус можно задать числом или двумя точками, расстояние между которыми и станет его величиной. Если построение с указанными данными невозможно, то система выдает соответствующее сообщение (обычно это бывает, когда радиус слишком мал или слишком велик).
Изменяем еще одну характеристику— высоту. Под высотой  в системе AutoCAD понимается толщина  объекта по оси Z (трехмерные объекты).
Операция изменения  высоты называется еще выдавливанием  двумерного объекта (в данном случае выдавливание основания идет вдоль положительного направления оси Z).
Для этого используются команды меню или эквивалентную им  панель инструментов Modeling (рис. 2.3).
 

Рис. 2.3 Панель инструментов Modeling
 
Выбираем команду Extrude (выдавливание), объект, к которому она применяется, и вводим заданное значение высоты основания.
В панели инструментов Modify (рис. 2.4) редактируются объекты (копирование, перенос, удлинение и т. п.).
 

Рис. 2.4 Панель инструментов Modify
 
 - MIRROR (позволяет зеркально отразить выбранные объекты относительно оси, которая определяется двумя точками).
 - TRIM (позволяет обрезать объект (объекты) с помощью пересекающих его (их) других объектов или удлинить его (их) до нужного объекта).
 - MOVE (позволяет переместить выбранные объекты параллельно вектору, заданному двумя точками).
- ROTATE (дает возможность повернуть выбранные объекты относительно базовой точки на заданный угол).
 

2.2 Выбор используемых  элементов модели, стилей

 
При формировании 3D моделей  используются:
      двумерные элементы (точки, прямые, отрезки прямых, окружности и их дуги, различные плоские кривые и контуры),
      поверхности (плоскости, поверхности, представленные семейством образующих, поверхности вращения, криволинейные поверхности),
      объемные элементы (параллелепипеды, призмы, пирамиды, конусы, произвольные многогранники и т.п.).
 
Для выполнения необходимых  команд указывается исходный объект, из которого необходимо исключить другие объекты, путем выделения оного и нажатия клавиши «Enter». Затем указываются объекты, которые необходимо «вычесть». Нажимается клавиша «Enter», в результате чего происходит «вычитание» объектов.
 

3. Выбор используемых элементов модели и стилей
 
3.1 Текстовые стили
 
Текстовые стили являются важнейшим инструментом, употребляемым  в однострочных текстах и влияющий на многие другие объекты (размерные  стили, определения атрибутов и  др.).
Работа с текстовыми стилями осуществляется с помощью  команды STYLE, которой соответствует пункт Text Style (Текстовые стили) выпадающего меню Format (Формат) и кнопка панелей Text (Текст) и Styles (Стили). Команда STYLE вызывает диалоговое окно Text Style (Текстовые стили) (рис. 3.2).
 

Рис. 3.1 Диалоговое окно Text Style
 
В левом верхнем углу, в группе Style Name можно выбрать или создать новый стиль, и отредактировать его в соответствии с параметрами ниже. В группе Font описываются параметры шрифта, используемые в выбранном стиле: имя шрифта, начертание (курсив и т. п.) и высота букв. Внизу, в группе Effects выставляются дополнительные эффекты, такие как переворачивание, растяжение и прочие.
Имена, слева от которых  расположена иконка являются традиционными SHX-шрифтами, хранящиеся в директории Fonts собственно самой среды AutoCAD, в файлах с расширением shx. Имена, слева от которых нарисован значок — это шрифты типа True Type, которыми располагает Windows. Оба типа шрифтов можно применить в стиле.
Стиль Standard, базирующийся на шрифте txt.shx и действующий по умолчанию в новом рисунке, не может быть ни удален с помощью кнопки Delete (Удалить), ни переименован с помощью кнопки Rename (Переименовать) панели Text Style (Текстовые стили) (см. рис. 3.2). Этот стиль может быть лишь изменен (путем изменения параметров стиля или имени файла шрифта). Другие стили можно не только менять, но и удалять, если они не использованы в надписях рисунка, а также и переименовывать.
Область Effects (Эффекты) содержит несколько возможностей влияния на шрифты или стиль написания. Флажок Upside down (Перевернутый) переворачивает буквы вверх ногами. Флажок Backwards (Справа налево) заставляет писать буквы справа налево (по аналогии с восточными языками).
Флажок Vertical (Вертикальный) располагает буквы надписи по вертикали, т. е. столбцом, хотя сами буквы располагаются обычным горизонтальным образом. Такой вариант используется, например, в традиционном японском иероглифическом письме. Флажок Vertical (Вертикальный) для многих шрифтов недоступен.
Параметр Width Factor (Степень растяжения) служит для растяжения или сжатия шрифтов относительно их эталонного написания. Значения больше 1 растягивают символы шрифта по ширине, значения меньше 1 — сжимают.
Параметр Oblique Angle (Угол наклона) задает угол наклона букв относительно вертикали (не влияя на наклон всей надписи!). Положительный угол наклоняет буквы в их верхней части вправо, отрицательный — влево. Поэтому для того чтобы, например, задать принятый в конструкторских чертежах наклон букв, равный 75°, нужно ввести 15 в качестве значения параметра Oblique Angle (Угол наклона). Следует только учитывать, что при выборе начертания Italic (Курсив) или Bold Italic (Полужирный Курсив) угол наклона дает дополнительный наклон к тому наклону, который создает курсивное написание. Допустимые значения для угла наклона находятся между -85° и +85°.
Результирующий внешний вид  текста можно просмотреть в окне Preview.
Как только все необходимые изменения  в стиль текста внесены, можно  нажать кнопку Apply (Применить), и закрыть диалоговое окно.
Созданный описанной выше последовательностью действий текстовый стиль может быть в дальнейшем использован для новых или редактирования уже имеющихся в рисунке однострочных текстов.
 
 
3.2 Размерные стили
 
Установки оформления размерных  примитивов составляют размерный стиль. Работа с размерными стилями выполняется с помощью команды DIMSTYLE, которой соответствуют кнопка панелей Styles (Стили) и Dimension (Размеры), а также пункт Style (Стиль) меню Dimension (Размеры) и пункт Dimension Style (Размерные стили) меню Format (Формат).
Все размерные стили имеют имена. Список стилей, имеющихся в текущем рисунке, расположен на панели Dimension (Размеры), а также в правом списке панели Styles (Стили). В новом рисунке всегда присутствует по крайней мере один стиль — ISO-25.
   Если новый рисунок создается с помощью простейшего шаблона, то в рисунке будет лишь один размерный стиль с именем ISO-25. Команда DIMSTYLE открывает диалоговое окно Dimension Style Manager (Диспетчер размерных стилей) (рис. 3.2).
 
 
Рис. 3.2 Диалоговое окно Dimension Style Manager
 
В строке Current Dimstyle (Текущий  размерный стиль) показано имя текущего размерного стиля — оформление размеров в рисунке в данный момент. Доступные  стили отображены в списке Styles (Стили). Флажок Don't list styles in Xrefs (Исключить стили  внешних ссылок) позволяет не включать в перечень стили, порожденные вставкой в рисунок внешних ссылок.
В центральной части  диалогового окна в поле просмотра Preview of (Образец стиля) отображен  внешний вид размеров, создаваемых  данным стилем. Ниже, в поле Description (Описание), приводится комментарий к действующему стилю. В правой части окна расположены кнопки: Set Current (Установить); New (Новый); Modify (Изменить); Override (Переопределить); Compare (Сравнить).
Если требуется выбрать  новый стиль из числа доступных, то его следует выбрать из списка Styles и нажать на кнопку Set Current. Имя текущего слоя изменится на новое. Чтобы создать новый стиль, следует нажать кнопку New (Новый). В этом случае появится диалоговое окно Create New Dimension Style (Создание нового размерного стиля) (рис. 3.2).
 
Рис. 3.3 Диалоговое окно Create New Dimension Style
 
В этом окне в поле New Style Name можно ввести название нового стиля. Новый стиль будет назван Copy of старый стиль.
Новый стиль является самостоятельным и действительно новым только в том случае, если в списке Use for (Применить к) выбрана опция All dimensions (Все размеры). Если выбрать другие опции: Linear dimensions (Линейные размеры), Angular dimensions (Угловые размеры), Radius dimensions (Радиусы), Diameter dimensions (Диаметры), Ordinate dimensions (Ординатные размеры) или Leaders and Tolerances (Выноски и допуски), то новый стиль будет заранее предопределен выбранной опцией.
После задания в диалоговом окне Create New Dimension Style (Создать новый  размерный стиль) всех необходимых установок нужно нажать на кнопку Continue (Далее). Вслед за этим появится диалоговое окно New Dimension Style (Новый размерный стиль), имеющее шесть вкладок. Первой выбранной вкладкой будет Lines and Arrows (Линии и стрелки) (рис. 3.4).
 
 
Рис. 3.4 Диалоговое окно New Dimension Style, вкладка Lines and Arrows
 
Рассмотрим параметры простановки  размеров, доступные в этой вкладке.
Область Dimension Lines (Размерные линии) содержит следующие установки построения размерных линий:
      Color (Цвет);
      Linetype (Тип линии);
      Lineweight (Вес линии);
      Extend beyond ticks (Удлинение за выносные);
      Baseline spacing (Шаг в базовых размерах);
      Suppress Dim Line 1 (2) (Подавить 1-ю (2-ю) размерную).
Назначение параметров соответствует их наименованию. Для  цвета и веса размерных линий может быть использовано специальное значение ByBlock (От блока), которое при простановке размеров принимает текущее значение цвета и веса линий рисунка.
Область Extension Lines (Выносные линии) содержит похожие установки, но уже для выносных линий:
      Color (Цвет);
      Lineweight (Вес линии);
      Extend beyond dim lines (Удлинение за размерные);
      Offset from origin (Отступ от объекта);
      Suppress Ext Line 1 (2) (Подавить 1-ю (2-ю) выносную).
Вкладка Symbols and Arrows (Символы и Стрелки) содержит соответствующие раскрывающиеся списки допустимых значений формы стрелок размерных линий и выноски, а также поле, определяющее величину стрелок:
      First (1-я);
      Second (2-я);
      Leader (Выноска);
      Arrow size (Величина).
Область Center Marks (Маркеры  центров) определяет тип маркера  центра и осевых линий окружностей и дуг, а также размер маркера и выступа осевых линий за окружность. В этой области два параметра:
      Туре (Тип) — раскрывающийся список с тремя значениями формы маркера (None (Нет), Mark (Только маркер), Line (С линиями));
      Size (Размер) — поле счетчика с размером маркера.
Вкладка Text (Текст) (рис. 3.5) диалогового окна New Dimension Style (Новый  размерный стиль) описывает установки  размерного текста. Область Text Appearance (Свойства текста) содержит следующие установки:
      Text style (Стиль текста) — название стиля размерного текста;
      Text color (Цвет текста) — цвет размерного текста;
      Fill color (Цвет заливки) — цвет фона текста;
      Text height (Высота текста) — высота символов;
      Fraction height scale (Масштаб дробей) — масштаб символов дробей.
Кроме того, установка  флажка Draw frame around text (Текст в рамке) задает рамку вокруг размерного текста.
 

Рис. 3.5 Диалоговое окно New Dimension Style, вкладка Text
 
Область Text Placement (Расположение текста) определяет положение размерного текста относительно размерной линии:
      Vertical (По вертикали) (допустимые значения — Centered (По центру), Above   (Над линией), Outside (Снаружи), JIS (Стандарт JIS));
      Horizontal (По горизонтали) (допустимые значения — Centered (По центру), At Ext Line 1 (У 1-й выносной). At Ext Line 2 (У 2-й выносной), Over Ext Line 1 (Над 1-й выносной), Over Ext Line 2 (Над 2-й выносной)), а также задает для текста отступ от размерной с помощью счетчика Offset from dim line (Отступ от размерной).
Область Text Alignment (Выравнивание текста) содержит три переключателя, задающих варианты ориентации размерного текста: Horizontal (Горизонтально), Aligned with dimension line (Вдоль размерной линии) и ISO Standard (Согласно ISO).
Вкладка Primary Units (Основные единицы) (рис. 3.6) определяет параметры настройки единиц размерных чисел.

Рис. 3.6 Диалоговое окно New Dimension Style, вкладка Primary Units
 
Область Linear Dimensions (Линейные размеры) включает в себя следующие  поля характеристик:
      Unit format (Формат единиц);
      Precision (Точность);
      Fraction format (Формат дробей);
      Decimal separator (Десятичный разделитель);
      Round off (Округление);
      Prefix (Префикс);
      Suffix (Суффикс).
Кроме того, внутри области Linear Dimensions (Линейные размеры) находятся  еще две внутренние области. Первая область Measurement Scale (Масштаб измерений) содержит масштабный множитель Scale factor (Масштаб), на который умножаются все линейные размеры. Этот множитель применяется только к пространству листа, если установлен соответствующий флажок Apply to layout dimensions only (Только для размеров на листе).
Другая внутренняя область Zero Suppression (Подавление нулей) с помощью  установки соответствующих флажков  позволяет управлять подавлением  ведущих или хвостовых нулей, а также выводом нулей в 0 футов и 0 дюймов:
      Leading (Ведущие);
      Trailing (Хвостовые);
      0 Feet (0 футов);
      0 Inches (0 дюймов).
 

4. Метод построения модели
 
При построении трехмерных моделей используются два основных способа формирования геометрических элементов моделей - это построение по заданным отношениям (ограничениям) и построение с использованием преобразований.
Во время работы над  курсовым проектом использовался метод  построения моделей с использованием преобразований.
Построение нового объекта  с использованием преобразований заключается в следующем:
      задается преобразуемый объект,
      задается преобразование (это может быть обычное аффинное преобразование, определяемое матрицей, или некоторое деформирующее преобразование, например, замена одного отрезка контура ломаной),
      выполнение преобразования; в случае аффинного преобразования для векторов всех характерных точек преобразуемого объекта выполняется умножение на матрицу; для углов вначале переходят к точкам и затем выполняют преобразование.
 

5. Тип модели
 
В курсовом проекте использовался комбинированный тип представления трехмерной модели, в котором в различной мере смешиваются два основных типа представления: граничное, когда в модели хранятся границы объекта (вершины, ребра, грани) и в виде дерева построения, когда в модели хранятся базовые объекты (призма, пирамида, цилиндр, конус и т.п.) из которых формировалось тело и использованные при этом операции; в узле дерева сохраняется операция формирования, а ветви представляют объекты.
Предельным случаем  граничной модели является модель, использующая перечисление всех точек занимаемого ею пространства. В частности, тело может быть аппроксимировано набором "склеенных" друг с другом параллелепипедов, что может быть удобно для некоторых вычислений (веса, объемы, расчеты методом конечных элементов и т.д.).
В частности, в граничной  модели может сохраняться информация о способе построения, например, информация о контуре и траектории его перемещения для формирования заданной поверхности (это т.н. кинематические модели). В моделях в виде дерева построения в качестве элементарных могут использоваться не только базовые объекты, но также и сплошные тела, заданные с помощью границ.
У каждой модели есть свои плюсы и минусы. Так, например, граничная  модель удобна для выполнения операций визуализации (удаление невидимых частей, закраска и т.п.), с другой стороны модель в виде дерева построения естественным образом может обеспечить параметризацию объекта. Т.е. модификацию объекта изменением тех или иных отдельных параметров, вплоть до убирания каких-либо составных частей. Но эта модель не удобна для визуализации, так как требует перевычисления объекта по дереву построения. Поэтому необходимы средства взаимного преобразования моделей. Понятно, что из более общей можно сформировать более простую, обратное преобразование далеко не всегда возможно или целесообразно.
 

6. Удаление скрытых линий и  поверхностей.
Реалистичное представление сцены
 
6.1 Классификация методов удаления невидимых частей
 
Методы удаления невидимых  частей сцены можно классифицировать:
    По выбору удаляемых частей: удаление невидимых линий, ребер, поверхностей, объемов.
    По порядку обработки элементов сцены: удаление в произвольном порядке и в порядке, определяемом процессом визуализации.
    По системе координат:
      алгоритмы, работающие в пространстве объектов, когда каждая из N граней объекта сравнивается с остальными N-1 гранями (объем вычислений растет как N2);
      алгоритмы, работающие в пространстве изображения, когда для каждого пиксела изображения определяется, какая из N граней объекта видна (при разрешении экрана M?M объем вычислений растет как M2 ? N).
 
 
6.2 Алгоритмы удаления скрытых линий
 
Применяются в векторных устройства, но могут применяться и в растровых для ускорения процесса визуализации, но при этом не используется основное ценное качество растрового дисплея – возможность закраски поверхностей.
Наиболее известный  ранний алгоритм – алгоритм Робертса (1963 г.). Работает только с выпуклыми  телами в пространстве объектов. Каждый объект сцены представляется многогранным телом, полученным в результате пересечения плоскостей. Т.е. тело описывается списком граней, состоящих из ребер, которые в свою очередь образованы вершинами.
Вначале из описания каждого  тела удаляются нелицевые плоскости, экранированные самим телом. Затем  каждое из ребер сравнивается с каждым телом для определения видимости или невидимости. Т.е. объем вычислений растет как квадрат числа объектов в сцене. Наконец вычисляются новые ребра, полученные при протыкании телами друг друга.
 
 
6.3 Алгоритмы удаления поверхностей
 
Алгоритм трассировки  лучей это один из алгоритмов удаления скрытых поверхностей. При рассмотрении этого алгоритма предполагается, что наблюдатель находится на положительной полуоси Z, а экран дисплея перпендикулярен оси Z и располагается между объектом и наблюдателем.
Удаление невидимых (скрытых) поверхностей в алгоритме трассировки  лучей выполняется следующим  образом:
    сцена преобразуется в пространство изображения;
    из точки наблюдения в каждый пиксел экрана проводится луч и определяется какие именно объекты сцены пересекаются с лучом;
    вычисляются и упорядочиваются по Z координаты точек пересечения объектов с лучом.
В простейшем случае для  непрозрачных поверхностей без отражений  и преломлений видимой точкой будет точка с максимальным значением Z-координаты. Для более сложных случаев требуется сортировка точек пересечения вдоль луча.
Наиболее важная часть алгоритма – процедура определения пересечения, которая в принципе выполняется Rx?Ry?N раз (здесь Rx,Ry – разрешение дисплея по X и Y, соответственно, а N – количество многоугольников в сцене).
Повышение эффективности может достигаться сокращением времени вычисления пересечений и избавлением от ненужных вычислений. Последнее обеспечивается использованием геометрически простой оболочки, объемлющей объект – если луч не пересекает оболочку, то не нужно вычислять пересечения с ним многоугольников, составляющих исследуемый объект.
При использовании прямоугольной  оболочки определяется преобра-зование, совмещающее луч с осью Z. Оболочка подвергается этому преобразованию, а затем попарно сравниваются знаки Xmin с Xmax и Ymin с Ymax. Если они различны, то есть пересечение луча с оболочкой (см. рис).

 
При использовании сферической  оболочки для определения пересечения  луча со сферой достаточно сосчитать  расстояние от луча до центра сферы. Если оно больше радиуса, то пересечения нет. Параметрическое уравнение луча, проходящего через две точки P1(x1,y1,z1) и P2(x2,y2,z2), имеет вид:

Минимальное расстояние от точки центра сферы P0(x0,y0,z0) до луча равно:

Этому соответствует  значение t:

Если d2 > R2, то луч не пересекает объекты, заключенные в  оболочку.
Дальнейшее сокращение расчетов пересечений основывается на использовании групп пространственно  связанных объектов. Каждая такая группа окружается общей оболочкой. Получается иерархическая последовательность оболочек, вложенная в общую оболочку для всей сцены. Если луч не пересекает какую-либо оболочку, то из рассмотрения исключаются все оболочки, вложенные в нее и, следовательно, объекты. Если же луч пересекает некоторую оболочку, то рекурсивно анализируются все оболочки вложенные в нее.
Наряду с вложенными оболочками для сокращения расчетов пересечений используется отложенное вычисление пересечений с объектами. Если обнаруживается, что объект пересекается лучом, то он заносится в специальный список пересеченных. После завершения обработки всех объектов сцены объекты, попавшие в список пересеченных, упорядочиваются по глубине. Заведомо невидимые отбрасываются, а для оставшихся выполняется расчет пересечений и отображается точка пересечения наиболее близкая к наблюдателю.
Дополнительное сокращение объема вычислений может достигаться  отбрасыванием нелицевых граней, учетов связности строк растрового разложения и т.д.
Для сокращения времени  вычислений собственно пересечений  предложено достаточно много алгоритмов, упрощающих вычисления для определенной формы задания поверхностей.
 
 
6.4 Реалистичное представление сцены
 
Модели закраски
 
Существует три основных способа закраски многоугольников: однотонная закраска, закраска с интерполяцией интенсивности и закраска с интерполяцией векторов нормали.
При однотонной закраске предполагается, что и источник света  и наблюдатель находятся в  бесконечности, поэтому произведения L·N и R·V постоянны. На изображении могут быть хорошо заметны резкие перепады интенсивности между различно закрашенными многоугольниками. Если многоугольники представляют собой результат аппроксимации криволинейной поверхности, то изображение недостаточно реалистично.
В методе закраски с интерполяцией  интенсивности (метод Гуро) нормали  в вершинах многоугольников вычисляются  как результат усреднения нормалей ко всем полигональным граням, которым  принадлежит данная вершина. Используя  значения нормалей, вычисляют интенсивности в вершинах по той или иной модели освещения. Эти значения затем используются для билинейной интерполяции: для данной строки сканирования вначале находят значения интенсивностей на ребрах, а затем линейно интерполируют между ними при закраске вдоль строки.
В методе закраски с интерполяцией  нормали (метод Фонга) значение нормали  вдоль строки интерполируется между  значениями нормалей на ребрах для  данной строки. Значения нормалей на ребрах получается как результат интерполирования между вершинами. Значения же нормалей в вершинах являются результатом усреднения, как и  в выше рассмотренном методе. Значение нормали для каждого из пикселов строки используется для вычислений по той или иной модели освещения.
 
Прозрачность
 
В простейшей модели прозрачности преломление не учитывается. При расчетах по такой модели могут использоваться любые алгоритмы удаления невидимых поверхностей, учитывающие порядок расположения многоугольников. При использовании построчных алгоритмов, если передний многоугольник оказывается прозрачным, то определяется ближайший из оставшихся, внутри которых находится строка сканирования. Суммарная закраска определяется следующим образом:
,
где 0 ? k ? 1 – характеризует прозрачность ближнего многоугольника. Если k = 1, то он непрозрачен. Если же k = 0, то ближний многоугольник полностью прозрачен; Iб – интенсивность для пиксела ближнего многоугольника; Iд – дальнего.
 
Тени
 
 Простой способ  определения объектов, попавших  в тень и, следовательно, неосвещенных, аналогичен алгоритму удаления невидимых поверхностей: те объекты, которые невидимы из источника освещения, но видимы из точки зрения, находятся в тени. На первом
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.