Диалоговое управление моделью аппарата проецирования.

Управляемый пространственный символ.

Управляемый пространственный символ (УПС) состоит из трех взаимно перпендикулярных отрезков одинаковой длины, пересекающихся в одной точке - центре символа. Для создания возможности визуального отличия и идентификации отрезков УПС каждый из них имеет отличительную геометрическую особенность. По аналогии с правой прямоугольной декартовой системой координат отрезки УПС обозначаются x, y, z (рис. 3). Отрезок z имеет разрыв, отрезок х - один ортогональный штрих в плоскости хОу, отрезок у - два штриха. Следовательно, пользователь имеет возможность сообщать прикладной системе, какой отрезок УПС или какую плоскость, задаваемую отрезками УПС, ему необходимо использовать в процессе автоматизированного проектирования.

Рис. 34

Трехмерная машинная графика прежде всего обеспечивает возможность получения на графических устройствах изображений трехмерных объектов, цифровые модели которых представлены в памяти ЭВМ. Изображение пространственной сцены зависит от того, как была расположена «воображаемая фотокамера» в моделируемом пространстве и какую проекцию (центральную, параллельную) она воспроизвела. После получения первого «снимка» обычно возникает необходимость других видов данной сцены при новых положениях «фотокамеры», для чего необходима реализация возможности ее целенаправленного перемещения в моделируемом пространстве.

Под «воображаемой фотокамерой» подразумевается математическая модель аппарата проецирования. Диалоговое управление ею выполняется с помощью программных средств и позволяет задавать конкретный аппарат проецирования в моделируемом пространстве, а также изменять его положение в процессе диалога. Этим достигается возможность оперативно получать необходимое изображение любого участка пространственной сцены.

Диалоговое управление моделью аппарата проецирования подразделяется на следующие операции: выбор вида проекции и задание параметров формы соответствующего аппарата проецирования; задание пространственного положения аппарата проецирования; изменение параметров формы и положения аппарата проецирования.

Выбор вида проекции позволяет сообщить системе название конкретной проекции, которую нужно использовать для получения изображения. В машинной графике применяются следующие проекции: ортогональные, перспективные, стандартные и произвольные аксонометрические.

Задание параметров формы аппарата проецирования - это практически сообщение величин, определяющих форму видимого объема при данном виде проекции. Например, для перспективной проекции - угол при вершине пирамиды видимости и, если необходимо, положение ближней и дальней секущих плоскостей.

Задание параметров положения - ввод в систему величин, определяющих пространственное положение модели аппарата проецирования.

Изменение параметров формы - ввод в систему нового значения соответствующего параметра либо величины, на которую он изменяется.

Изменения параметров положения - ввод в систему нового значения координаты опорной точки либо величины, на которую этот параметр изменяется.

Подразделение аксонометрических изображений на стандартные и произвольные определило и соответствующие диалоговые методы управления их моделями.

Задание аппарата произвольной аксонометрии. Под этой операцией подразумевается задание в моделируемом пространстве базовой опорной точки и второй точки на главной нормали к плоскости проекций.

Управление аппаратом произвольной аксонометрии. Основные операции управления: линейное перемещение параллельно осям трехмерной системы координат; линейное перемещение параллельно осям двухмерной системы координат картинной плоскости; вращение вектора нормали вокруг базовой опорной точки.

Следует отметить, что перемещение параллельно осям системы координат картинной плоскости позволяет просматривать участки модели пространства, не попадающие в пределы кадрового окна, при постоянном направлении проецирования (рис.4, а, б). изменение размеров кадрового окна картинной плоскости соответственно изменяет и размеры видимого объема, т.е. воспроизводимой на изображении области моделируемого пространства (рис. 35, б, в)

Рис. 35

Задание аппарата стандартной аксонометрии. Эта операция включает выбор вида стандартного аксонометрического изображения, задания пространственного положения опорной точки и номера октанта, которому инцидентен вектор направления проецирования, проходящий через опорную точку. Размеры кадрового окна картинной плоскости первоначально могут быть заданы программно по умолчанию.

Выбор одного из восьми октантов, образованных пересечением трех взаимно перпендикулярных плоскостей, параллельных координатным и проходящих через опорную точку, позволяет получать стандартные аксонометрические изображения объекта с различных сторон. Пространственное положение опорной точки задается графически или с АЦК аналогично заданию опорных точек аппарата произвольной аксонометрии. Выбор стандартной аксонометрии выбирается пользователем с помощью меню.

Управление аппаратом стандартной аксонометрии. Основные операции управления - это линейные перемещения опорной точки и изменение размеров кадрового окна картинной плоскости. Линейные перемещения: параллельно осям трехмерной системы координат, параллельно осям двухмерной системы координат плоскости проекций.

Геометрические принципы управления моделью аппарата ортогональных проекций. Аппарат ортогональных проекций позволяет получать изображения моделируемого пространства на плоскостях, параллельных координатным трехмерной объектной системы, которые проходят через опорную точку. Согласно этому существует шесть направлений проецирования.

Задание аппарата ортогональных проекций. Под этой операцией подразумевается выбор вида, задание пространственного положения опорной точки и размеров кадрового окна картинной плоскости.

Управление аппаратом ортогональных проекций. Реализуется посредством: перемещения опорной точки параллельно осям трехмерной системы координат, изменения размеров кадрового окна картинной плоскости; выбора нового вида. В данном случае отсутствует перемещение опорной точки параллельно осям системы координат картинной плоскости, поскольку эти оси всегда параллельны соответствующей паре осей трехмерной системы координат.

Геометрические принципы управления видимыми объемами и объемами потенциальной визуализации. Рассмотрим управление плоскостями, ограничивающими видимый объем по глубине, т.е. ближней (передней) и дальней (задней) секущими плоскостями, инвариантной к виду проекции частью видимого объема модели аппарата проецирования. Это необходимо в случаях, когда видимый объем не должен охватывать объекты, расположенные перед ним или за интересующей пользователя областью моделируемого пространства. Отсекающие плоскости позволяют исключить проецирование и воспроизведение этих объектов, чем обеспечивается очистка изображения от лишних линий и защита графических устройств в случае центрального проецирования очень удаленных объектов от концентрации множества линий в пределах небольшого пятна, что может привести к прожиганию люминофора на экране или прорывов бумаги пером на графопостроителя.

Как известно, секущие плоскости видимого объема параллельны картинной. Их положение определяется расстоянием относительно базовой опорной точки данного аппарата проецирования. Положительными будут величины, отсчитываемые от опорной точки по направлению проецирования.

Задание положения секущих плоскостей выполняется численно с АЦК, программно по умолчанию либо графически. Графическое задание реализуется позиционированием опорных точек секущих плоскостей на главном проецируемом луче, проходящем через центр окна картинной плоскости. При том главный луч воспроизводится на любом изображении моделируемой сцены (рис. 36, а).

Управление положением секущих плоскостей осуществляется перемещением их опорных точек по главному проецирующему лучу. При этом возможны два режима: каждая плоскость перемещается индивидуально; плоскости перемещаются совместно, т.е. сохраняется неизменным расстояние между ними.

Секущие плоскости видимого объема, являясь частью модели аппарата проецирования, перемещаются вместе с ним и совершенно не связаны геометрически с объектами моделируемого пространства. Практически при каждом новом положении аппарата проецирования необходимо изменять положение секущих плоскостей, чтобы обеспечить выделение из всей сцены необходимого объема при достаточно плотном расположении объектов. Исключение составляет операция вращения вокруг опорной точки, расположенной в центре объекта, имеющего контур в виде окружности (сферы) или приближающейся к ней.

Для обеспечения выделения с целью визуализации части моделируемого пространства вне связи с положением аппарата проецирования ввводится понятие объема потенциальной визуализации (ОПВ) - ограниченная заданной поверхностью область пространственной сцены. Расположенные внутри ее объекты или их части подлежат визуализации при попадании в видимый объем части аппарата проецирования (рис. 36, б). поверхность, ограничивающая эту область, является отсекающей, поскольку все объекты модели проверяются на принадлежность их или их частей объему потенциальной визуализации и отсекаются в противном случае. Простейшая форма отсекающей поверхность - параллелепипед. Она может быть и более сложной, поскольку зависит от формы данного объекта или их совокупности в исследуемой области моделируемого пространства (рис. 36, в).

Рис. 36

Возможны два режима использования ОПВ: стационарный и динамичный. В первом случае ОПВ не подлежит перемещению в моделируемой сцене (рис. 36, в). Во втором - перемещается, поскольку в данный момент времени ОПВ отсекает только часть интересующего пользователя объема и должен перемещаться в процессе визуализации оставшейся части (рис. 36, г, д).

Операции управления ОПВ подразделяются на управляющие формой и управляющие формой и управляющие пространственным положением. Например, для ОПВ, ограниченного параллелепипедом, операции управления формой обеспечивают индивидуальное или попарное перемещение образующих его граней в направлении нормалей к ним. Возможно пропорциональное изменение размеров всего параллелепипеда. Для ОПВ, ограниченного цилиндром вращения, - изменение высоты цилиндра и его радиуса.

Операции управления положением ОПВ зависят от формы исследуемой области. Например, для ОПВ, ограниченного параллелепипедом, это линейные перемещения параллельно его ребрам. Для ОПВ, ограниченного цилиндром, линейные перемещения вдоль его оси. В ряде случаев целесообразно управляемое перемещение ОПВ по заранее заданным маршрутам. Например, при проверке правильности прокладки трассы коммуникации в насыщенной объектами пространственной модели ОПВ может перемещаться по маршруту осевой линии трассы. Этим обеспечивается визуальная проверка на непересечение поверхности данной коммуникации с другими коммуникациями и объектами ситуации.

Следует отметить, что использование объемов потенциальной визуализации и секущих плоскостей видимого объема аппарата проецирования позволяет значительно уменьшить количество обрабатываемой для получения изображения геометрической и графической информации. Этим обеспечивается комфортная интерактивная работа пользователя с моделирующей системой за счет упрощения изображения и сокращения времени его формирования, концентрации внимания пользователя только на интересующей его части моделируемого пространства.

Возможна ситуация, когда целесообразно на машинном изображении выделять (удалять) с помощью устройств указания сегментированные части пространственной сцены. Сегментация при этом может выполняться как на уровне отдельных объектов, так и на уровне их частей, в зависимости от конкретных целей визуализации.

Методика диалогового управления моделью аппарата проецирования. Методика управления моделью аппарата проецирования должна обеспечивать оперативность задания и управления ею, хорошие эргономические условия пользователю за пультом графического дисплея при выполнении операций управления.

Первое из требований удовлетворяется необходимым и достаточным набором операций управления, а также тем, что исключается потребность каждый раз перезадавать всю совокупность параметров формы и положения аппарата проецирования.

Второе - использованием функциональной клавиатуры графического дисплея, каждая клавиша которого соответствует определенной операции.

14. языковые средства машинной графики.

14.1.Методы описания и ввода геометрических данных о чертежах.

14.2.Классификация графических языков САПР.

14.3.Языки программирования машинной графики.