3D моделирование

 

Введение

 

Компьютерная графика  сейчас стала основным средством  связи между человеком и компьютером, постоянно расширяющим сферы  своего применения, т.к. в графическом  виде результаты становятся более наглядными и понятными.

Компьютерная графика - это область информатики, занимающаяся проблемами получения различных изображений (рисунков, чертежей, мультипликации) на компьютере.

 Работа с компьютерной  графикой - одно из самых популярных  направлений использования персонального  компьютера, причем занимаются этой работой не только профессиональные художники и дизайнеры. На любом предприятии время от времени возникает необходимость в подаче рекламных объявлений в газеты и журналы, в выпуске рекламной листовки или буклета. Иногда предприятия заказывают такую работу специальным дизайнерским бюро или рекламным агентствам, но часто обходятся собственными силами и доступными программными средствами.

 Без компьютерной  графики не обходится ни одна  современная программа. Работа  над графикой занимает до 90% рабочего  времени программистских коллективов, выпускающих программы массового применения.

Трёхмерная графика (3D, 3 Dimensions) — раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), призванных обеспечить пространственно-временную непрерывность получаемых изображений. Трёхмерное изображение отличается от плоского построением геометрической проекции трёхмерной модели сцены на экране компьютера с помощью специализированных программ.

Программные пакеты, позволяющие  производить трёхмерную графику, то есть моделировать объекты виртуальной реальности и создавать на основе этих моделей изображения, очень разнообразны, многофункциональны и постоянно дорабатываются, совершенствуются и видоизменяются. Последние годы устойчивыми лидерами в этой области являются коммерческие продукты: такие как Autodesk 3ds Max, Maya, Newtek Lightwave, SoftImage XSI и сравнительно новые Rhinoceros 3D, Cinema 4D или ZBrush. Кроме того, уверенно набирают популярность и открытые продукты, распространяемые свободно, например, полнофункциональный пакет Blender (позволяет выполнить и производство моделей, и последующий рендеринг), K-3D и Wings3D (только создание моделей с возможностью последующего использования их другими программами).

В курсе изучения дисциплины «Компьютерная графика и визуализация» большое значение придаётся именно трёхмерной графике, которая является наиболее сложной в построении, редактировании, требующей достаточно больших технических средств и знаний. Курсовой проект выполнен на основе   программы AutoCad (система автоматизированного проектирования и черчения -  компании Autodesk).

1 Постановка  задачи

 

Целью данного курсового  проекта является получение навыков  проектирования, моделирования,  редактирования, форматирования объектов в системе графического проектирования AutoCAD.

При двухмерном моделировании  необходимо изучить основные методы создания двухмерных объектов (линии, окружности и т.д.), методы нанесения размерных линий.

При трехмерном моделировании  необходимо изучить методы создания объемных тел (параллелепипеды, сферы и другие), методы получения реалистичного изображения по средствам нанесения материалов на объекты, задания модели освещения, добавление различных эффектов в сцену, таких как тени, прозрачность, отражение и других.

В процессе изучения необходимо, согласно варианту 16 (рисунок 1):

1. Начертить деталь в общем виде, проставить размеры
2. Начертить деталь в виде спереди, виде сверху, виде сбоку, виде сбоку в разрезе
3. Разрез объекта в трёхмерном пространстве.
4. Общий вид сцены

 

Рисунок 1 – Изображение  объекта, соответствующее варианту 16

 

Вывод:

 

Ознакомилась с поставленной задачей,  приступила к работе в AutoCAD.

 

2  Подготовка рабочей среды в  AutoCAD

2.1 Общие сведения

При установке AutoCAD в стандартной  конфигурации для его запуска   достаточно выбрать команду Пуск - Все программы - Autodesk - AutoCAD 2007 – Русский - AutoCAD 2007.

Чертежи системы AutoCAD хранятся в файлах с расширением dwg. Имена файлов могут содержать русские и латинские буквы, цифры, специальные знаки (@, #, $, &, -), а так же пробелы. Остальные символы, как правило, не допускаются, т. к. являются служебными  и могут быть неправильно интерпретированы операционной системой Windows.

         При первом запуске AutoCAD 2007 появляется  окно выбора рабочего пространства (workspace), которое называется – Рабочие (Workspaces) (рис. 2.1.). Рабочее пространство – это удобный инструмент, который часто используют опытные пользователи AutoCAD для настройки всех параметров своего экземпляра AutoCAD, включая файлы чертежей.

Рисунок 2.1 – Выбор  рабочего пространства

 

При первом запуске Рабочий  стол AutoCAD настроен по умолчанию (рисунок 2.2).

В состав Рабочего стола AutoCAD входят :

- падающие меню –  верхняя строка непосредственно  под заголовком окна программы.

Необязательные панели инструментов:

- Стандартная  и   Стили – вторая строка от  заголовка

- Слои и Свойства  – третья строка

- Рисование и Редактирование – столбцы слева и справа

- строка состояния  – строка внизу окна программы

- окно командных строк  – выше строки состояния

- графическое поле, занимающее  остальную часть Рабочего стола.

 

Рисунок 2.2 - Окно программы

 

Настройки интерфейса AutoCAD выполняются с помощью диалогового  окна Настройка. Выберите из меню команду Инструменты - Настройка. Откроется диалоговое окно Настройка, показанное на рис. 2.3, которое содержит десять вкладок.

Рисунок 2.3 - Окно настройки рабочей среды Настройка

2. Настройка параметров рабочего экрана

 На вкладке Display диалогового окна Options, показанной на рисунке 2.4, можно осуществлять настройку параметров рабочего экрана AutoCAD:

 

Рисунок 2.4 –  Диалоговое окно настройки параметров рабочего экрана

В области элементов  окна Window Elements: включаются или отключаются  полосы прокрутки и экранное меню, изменяется цвет фона графической области и текстового окна, графического курсора, текста в графической области и в области текстового окна при помощи кнопки Colors. Изменение цвета выполняется в диалоговом окне Color Options (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 - Окно настройки цветов Цветовая гамма окна чертежа.

 

Изменение шрифта, используемого  в текстовом окне, при помощи кнопки Шрифты, нажатие которой вызывает диалоговое окно Шрифт командной строки (рис. 2.6).

 

Рисунок 2.6 - Окно настройки шрифта текстового окна.

 

В этом диалоговом окне устанавливаются шрифт, стиль шрифта и размер в областях Шрифт, Начертание и Размер.

2.3 Определение параметров вывода на печать

 

Параметры печати задаются на вкладке Печать/Публикация диалогового окна Настройка (рисунок 2.7), где выбираем принтер, использующейся для печати.

 

Рисунок 2.7 - Диалоговое окно определения параметров вывода на печать.

2.4 Задание типа единиц

 

Каждый из создаваемых  в AutoCAD объектов измеряется в единицах. Соответствие единиц AutoCAD и единиц реального мира задается перед рисованием.

Для изменения типа и  точности представления единиц необходимо:

1. Из меню Format (Формат) выбрать Units (Единицы) (рис.2.8.).

2. В группе Units (Единицы)  диалогового окна Units Control (Единицы  измерения) выбрать тип и точность  единиц измерения расстояний.

В раскрывающемся списке Precisions (Точность) представлены примеры  отображения значений в текущем  формате с различной точностью.

3. В группе Angles (Углы) выбрать  тип и точность угловых единиц.

В раскрывающемся списке Precisions группы Angles (Углы) представлены примеры отображения величин углов в текущем формате с различной точностью.

4. Для задания нулевого  угла и направления отсчета  углов нажать кнопку Direction (Направление).

Нулевым называется направление, относительно которого AutoCAD измеряет углы. Отсчет может производиться по часовой стрелке или против нее. По умолчанию нулевым считается направление вправо от исходной точки, а углы отсчитываются против часовой стрелки.

5. Выбрать требуемые  опции.

6. Закрыть все диалоговые  окна, последовательно нажимая OK.

В командной строке используется команда:  DDUNITS.

Рисунок 2.8. – Задание  типа единиц

 

2.5. Задание лимитов  рисунка

 

Для изменения лимитов рисунка  необходимо:

1. Из меню Format (Формат) выбрать Limits (Лимиты).

2. Указать левый нижний лимит, соответствующий левому нижнему углу листа. При нажатии ENTER без ввода значения принимается лимит по умолчанию (0,0).

3. Указать правый верхний  лимит, соответствующий правому  верхнему углу листа.

Например, если левый нижний лимит  равен (0,0), то для ограничения рисунка 30 единицами в ширину и 10 единицами в высоту нужно ввести 30,10.

4.Дважды щелкнуть на слове  Grid (Сетка) в строке состояния или нажать F7. После этого из меню View (Вид) выбрать Zoom (Показать), затем All (Все).

Экранное увеличение меняется так, чтобы был виден весь рисунок в его лимитах.

В командной строке используется команда:  Limits (ЛИМИТЫ)

 

 

2.6 Задание параметров  сетки

 

Сеткой называется упорядоченная  последовательность точек, покрывающих  область рисунка в пределах лимитов. Работа в режиме Grid (Сетка) подобна наложению на рисунок листа бумаги в клетку. Использование сетки помогает выравнивать объекты и оценивать расстояние между ними. Сетку можно включать и отключать в ходе выполнения других команд. На плоттер сетка не выводится.

После зуммирования (увеличения масштаба) рисунка для лучшего  согласования с новым коэффициентом  экранного увеличения может потребоваться  изменение шага сетки.

Для включения сетки  и задания ее шага необходимо:

1. Из меню Tools (Сервис) выбрать Drafting settings (Режимы рисования)(рис.2.9.).

2. В группе Grid (Сетка)  диалогового окна Drafting settings (Режимы рисования) выбрать ON (Вкл) для включения сетки.

3. В текстовом поле Grid spacing X (Интервал по Х) ввести  шаг сетки по горизонтали.

4. Если шаг сетки по вертикали должен быть равен шагу по горизонтали, нажать ENTER. В противном случае ввести шаг по вертикали в поле Grid spacing Y (Интервал по Y).

5. Нажать OK.

 

Рисунок 2.9. – Задание  параметров сетки

 

 

2.7. Задание шага привязки

 

В режиме шаговой привязки курсор может находиться только в определенных точках, согласно значению шага. Активность режима Snap (Шаг) можно определить визуально по скачкообразному движению курсора по экрану. Шаговая привязка обычно используется для точного указания точек с помощью мыши. Интервал привязки задается отдельно по осям X и Y. Включение и отключение режима шаговой привязки может производится в ходе выполнения другой команды.

Шаг привязки не обязательно  совпадает с интервалом сетки. Интервал сетки часто делают достаточно большим, используя ее исключительно для наглядности, а шаг привязки устанавливают более мелким.

Для включения режима шаговой привязки и задания шага

1.Из меню TOOLS (Сервис) выбрать  Drafting settings (Режимы рисования).

2. В группе Snap (ШАГ) диалогового окна выбрать On (Вкл).

3.В текстовом поле X Spacing (Интервал по X) ввести значение шага привязки по горизонтали.

4.Если шаг привязки  по вертикали должен быть равен  шагу по горизонтали, нажать ENTER. В противном случае ввести  шаг по вертикали в поле Y Spacing (Интервал по Y).

5. Нажать OK.

 

Вывод:

 

Ознакомилась с подготовкой  рабочей среды, задала шаг сетки  и приступила к работе над индивидуальным заданием.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 Выбор используемых  моделей и стилей

 

3.1 Настройка текстового  стиля

 

Текстовые стили являются очень важным инструментом, который употребляется в однострочных текстах и оказывает влияние на многие другие объекты (размерные стили, определения атрибутов и др.).

Работа с текстовыми стилями осуществляется с помощью  команды STYLE (СТИЛЬ),  которой соответствует пункт Текстовые стили падающего меню Формат и кнопка панелей Текст и Стили. Команда STYLE (СТИЛЬ) вызывает диалоговое окно Текстовые стили (рисунок 3.1).

 

Рисунок 3.1 - Окно стиля текста

 

В левом верхнем углу диалогового окна находится список стилей, имеющихся в данном рисунке. В средней части окна описываются  параметры шрифта, использованные в  текущем стиле: имя шрифта, начертание (курсив и т. п.) и высота букв. В нижней части окна описываются различные эффекты (переворачивание, растяжение и др.). Если поменять параметры в средней и нижней части диалогового окна, то эти изменения могут быть внесены в действующий стиль с помощью кнопки Применить, расположенной в верхнем правом углу окна, которая в этом случае будет доступна. В курсовом проекте был использован стандартный текстовый стиль, с высотой текста 2.5 пункта, степенью сжатия 1, стиль шрифта txt.

3.2 Настройка размерного стиля

 

Процесс нанесения размеров является одним из самых трудоемких при подготовке проектно-конструкторской  документации. Система AutoCAD также обладает обширными возможностями для  нанесения размеров на подготовленное изображение проектируемой детали.

Работа с размерными стилями выполняется с помощью  пункта Dimension Style (Размерные стили) падающего  меню Format (Формат).

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 (рисунок 3.2).

 

Рисунок 3.2 - Окно стиля размерности

 

В новом рисунке всегда присутствует по крайней мере один стиль -Standart. В правой части окна находятся следующие кнопки:  

• Установить;  
• Новый;  
• Изменить;  
• Переопределить;  
• Сравнить.

Чтобы создать новый  стиль, следует нажать кнопку Новый. В этом случае появится диалоговое окно Создание нового размерного стиля (рисунок 3.3).

 

Рисунок 3.3 - Диалоговое окно Создание нового размерного стиля.

 

В этом окне в поле Имя  нового стиля нужно ввести имя  нового стиля. Вслед за этим появится диалоговое окно Новый размерный  стиль, имеющее шесть вкладок. Как  правило, сразу активизируется вкладка  Линии и стрелки (рисунок 3.4).

 

Рисунок 3.4 - Диалоговое окно Новый размерный стиль, вкладка Линии и стрелки.

3.3 Получение разрезов

 

Команда SLICE осуществляет построение нового тела путем разрезания какого-либо существующего тела плоскостью. Команда вызывается из падающего меню Изменить > 3D операции > Разрез. Запросы команды Разрез:

• выбрать объекты
• выбрать объекты : — нажать клавишу Enter по завершении выбора объектов
• Начальная точка режущей плоскости
• [Объект/Поверхность/Zось/Вид/XY/YZ/ZX/3точки] <3точки>: — указать первую точку на режущей плоскости
• Вторая точка на плоскости: — указать вторую точку на режущей плоскости
• Третья точка на плоскости:— указать третью точку на режущей плоскости
• Указать точку с нужной стороны или [выберите обе точки]

Разрезанные тела наследуют  слой и цвет исходного тела, но являются новыми составными телами. При разрезании по умолчанию тремя точками задается режущая плоскость, а затем указывается, какая часть (или обе) должна быть сохранена. При использовании других способов режущая плоскость может определяться другим объектом, плоскостью текущего вида, осью Z или одной из координатных плоскостей (ХУ, YZ или XZ).

Второй способ создания разрезов – использовать секущую  плоскость. Для этого в панели управления 3D построения выбрать Секущую плоскость. Провести секущую плоскость проходящую через нужную часть объекта. Нажатием правой кнопки мыши, вызвать контекстное меню. В меню выбрать пункт Создать 2D/3D сечение. Откроется диалоговое окно Создание разреза/фасада

В зависимости от нужного  разреза выбираем 2D разрез / Фасад или 3D разрез. По необходимости выставляем Параметры разрезы.

В курсовом проекте при  создании разреза в трехмерном пространстве использовалась секущая плоскость.

3.2 Геометрические примитивы

Примитивы могут быть простыми и сложными. К простым  примитивам относятся следующие объекты: точка, отрезок, круг (окружность), дуга, прямая, луч, эллипс, сплайн, однострочный текст.  
К сложным примитивам относятся: полилиния, мультилиния, мультитекст (многострочный текст), размер, выноска, допуск, штриховка, вхождение блока или внешней ссылки, атрибут, растровое изображение. Кроме того, есть пространственные примитивы.

Точка - геометрическая точка  характеризуется тремя координатами. На экране точка, может отображаться не только пятнышком, но и различными знаками. Примитив точка обрисованная командой POINT(TOЧKA):

Отрезок - является одним  из наиболее простых и часто используемых примитивов. Отрезок характеризуется  двумя точками.

Круг - для вычерчивания окружности используется команда CIRCLE.

Дуга - Примитив дуга вычерчивается командой ARC. Команда ARC имеет десять опций.

Многоугольник - примитив многоугольник  позволяет строить правильные многоугольники. Реализуется примитив командой POLYGON (Многоугольник). Для построения необходимо указать количество сторон многоугольника, иначе он не будет определен. Количество сторон может быть от 3 до 1024.

Прямоугольник - примитив прямоугольник  создается командой RECTANGLE. Прямоугольник  строится по двум концевым точкам диагонали. Стороны прямоугольника параллельны  координатным осям. Опций у этой команды нет.

Полилиния - примитив полилиния - последовательность прямолинейных и дуговых сегментов  с возможным указанием ширины. Для его создания используется команда PLINE.

 

 

Вывод:

 

В курсовом проекте при построении осевых линий и проекций использованы двумерные элементы, такие как отрезок и т.д.

В курсовом проекте при построении 3D модели использованы такие элементы, как цилинд.

При выполнении  курсового  проекта я  использовала текстовые и размерные стили.