Имитация реального мира в трёхмерной графике

1. Имитация реального мира в трёхмерной графике.

 О чём это  мы?

Так уж получается, что мы, люди, очень любопытные существа. С  древнейших времён нас интересовало как устроен мир вокруг нас, как  устроены мы, как мы пришли к тому, что имеем и что будет с  нами дальше.

В древности мы лишь строили  теории о происхождении и делали предсказания, вглядываясь в первые телескопы и изучая мир и явления  вокруг нас.

Но сейчас, в век компьютерных технологий, человек может гораздо  больше, чем просто наблюдать…

В информационный век человек  может имитировать реальный мир  с помощью компьютерных технологий.

1.1   Реальные  и виртуальные миры

Что такое реальный мир? а  виртуальный? где следует проложить  границу между ними? Те объекты, которые  мы видим вокруг себя: чашку, кота, монитор  можно потрогать руками, изменить их. Значит они вполне реальны. Даже ветер вполне реальное явление, ведь его воздействие может изменять объекты. Но вот мы смотрим в монитор  и видит там изображение человека, бегущего куда-то. Это изображение  движется, подчиняясь нашим приказам, отдаваемым с клавиатуры, и мы в  это время можем испытывать достаточно большой спектр эмоций и ощущений. Неужели то, что с нами происходит в компьютерных играх, - реальность? А может быть, определять объект в разряд «реальных» по признаку его  ощутимости для человека неверно? Тогда  что же следует признать критерием  реального объекта?

Снова посмотрим на монитор. Бегущий там человек прыгает  на крышу многоэтажного дома, дальше на соседнюю крышу... срывается... и бежит  дальше. А теперь выглянем в окно. Часто мы такое можем увидеть? Человек, упавший с большой высоты без парашюта, вряд ли побежит дальше. Причина: деформация объекта (обычно необратимая) в следствие действия силы гравитации. Почему же в компьютерной игре на человека не подействовала гравитация? Ответ очевиден: так решил программист, создавший игру. В его власти было отменить физические законы в созданном им мире. Однако вряд ли он сможет отменить их за окном. Реальные объекты всегда подчиняются физическим законам. Программист создает лишь математические описания (представления) объектов и явлений реального или выдуманного им мира, но не сами объекты и явления. Такие представления и называют виртуальными объектами, т.к. они существуют лишь в памяти компьютера (вне памяти виртуальных объектов просто нет).

Несмотря на то, что виртуальные  миры могут быть какими угодно и  в них могут действовать любые (даже самые невероятные) «законы», наиболее качественными следует  признавать те, которые похожи на реальность, подобны ей. Ещё бы... ведь с детства  мы привыкли к тому, что огонь  обжигает, резиновый мяч брошенный  о стену отскакивает, перо и камень падают с разной скоростью и т.д. Если все это «воспроизвести»  в виртуальном пространстве, то и  человек «попавший» в это пространство будет чувствовать себя как в  настоящем мире.

Конечно, подобие реальности не столь принципиально, если иметь  ввиду лишь компьютерные игры. Однако подобие физическому миру имеет  важное значение в изучении окружающей среды и прогнозировании. Представьте  себе, что строится город в районе, где часто происходят ураганы. Дома какой прочности следует строить  здесь? Как не просчитать и не сделать  ошибку, ценой которой могут стать  человеческие жизни? Возможно следует  смоделировать дома, «заложив» их физические характеристики в компьютер. Затем, также смоделировать порыв  ветра определенной силы и посмотреть его разрушающее воздействие  на здания. Если виртуальный ураган разрушит виртуальные дома, ничего страшного, - можно просто поменять характеристики здания и наблюдать воздействие снова. Может оказаться так, что строить дома в выбранной местности экономически не выгодно. И лучше это знать заранее, чем построить, а через какое-то время придти к плачевному выводу. Становится очевидно: представление реальности с помощью компьютера может иметь вполне практическое значение.

1.2 Моделирование

Теперь поговорим о  моделировании. В процессе моделирования  создаются объекты-модели, цель которых  заместить объект-оригинал при изучении. При этом модель должна содержать  значимые для данного исследования (опыта) черты (свойства) оригинала, а  незначительные для данного исследования можно опустить (игнорировать). В  настоящее время широко применяется  компьютерное моделирование, когда  описание объекта или явления  сохраняется в памяти компьютера, при этом используются специальные  программы. Как и любое другое моделирование, компьютерное моделирование  может быть различным. Например, математическим, когда какое либо явление или  процесс описывается с помощью  математических формул, а вести вычисления по ним без компьютера весьма сложно. Также следует выделить графическое  моделирование, когда решается задача визуализации явления или процесса. Такое моделирование бывает необходимо, когда существует потребность в  наглядном представлении явления  из-за его сложности.

Отдельно следует выделить моделирование в реальном времени, при котором моделируемая система  реагирует на воздействие из вне, другими словами – взаимодействует  с объектами реального мира. Примером системы реального времени может  служить игра (когда на действие пользователя в туже секунду наступает  изменение поведения героя). Однако область применения моделирования  в реальном времени намного шире и имеет важное практическое значение (телевидение, ядерная физика и др.).

 

1.3  Четырехмерное  пространство и среды трехмерного  моделирования

Известно декартово представление  пространства как трех взаимно перпендикулярных осей (измерений): X, Y и Z. Это соответствует  восприятию человеком длины, ширины и высоты объектов. Однако, помимо обладания  этими характеристиками, объекты  могут еще и изменяться. Изменение  объектов происходит вдоль четвертого измерения – времени. Таким образом, мы получаем четырехмерное пространство, в нем и существуют реальные объекты.

Для того, чтобы смоделировать  четырехмерное пространство на компьютере существуют среды трехмерного моделирования. Такая среда позволяет моделировать область пространства, наблюдать  его из различных точек (изменять угол зрения), передвигать и изменять объекты. Во многих средах трехмерного  моделирования можно не только создавать  объекты, но и анимировать их (изменять их положение и свойства во времени).

Компьютерных программ, позволяющих  создавать трехмерную графику достаточно много. Лидерами в этой области являются 3D Max и Maya. Также существует и много других программ для работы с трёхмерной графикой.

Они служат для создания реалистичных 3D моделей, но также необходимы и другие программы, которые будут рассчитывать алгоритмы поведения живых существ, моделировать погодные явления и исполнять законы физики в виртуальном мире.

 

 

Подведём итоги

Всё это требует очень  больших мощностей и предъявляет  очень высокие требования к начинке  компьютеров, на котором это всё  будет исполняться, поэтому на данном этапе существования человечества возможно лишь моделирования отдельно взятых явлении или отрезков времени, каких-нибудь отдельных городов, но смоделировать весь наш огромный мир целиком даже самым мощным компьютерам сейчас не под силу, так что пока ещё приятнее жить в мире реальном и знать, что всё  здесь живое и настоящее, а  не играть в виртуальных мирах, где  тебя всё ещё довольно сильно ограничивают.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1 Разработка плакатов в CorelDraw

 

При создании современных  документов не обойтись без применения разного рода графических объектов — рисунков, красиво оформленного текста, фотографий. Сегодня, наряду со средствами для обработки числовых данных и работы с текстовой информацией, часто требуется хороший инструмент для разного рода оформительских работ и создания впечатляющей и информативной графики и документов. CorelDraw — именно то, что нужно. Этот чрезвычайно мощный графический процессор (формально его не относят к офисным продуктам) праву занимает место в ряду самых любимых в народе универсальных программ гармонично дополняя "большую тройку": Word, Excel и CorelDraw.

CorelDraw — незаменимый помощник профессионалов — дизайнеров, разработчиков Web-страниц и даже художников. Программа будет очень полезна широкому кругу пользователей, которые любят поиграть с графикой. Усилия по освоению этой программы окупаются с лихвой — CorelDraw предлагает пользователю очень удобную среду разработки, почти бесконечный набор инструментальных средств и эффектов и полную власть над создаваемым графически объектом. Каждый день что-то новое здесь будет открывать для себя как начинающий пользователь, так и умудренный опытом мастер.

С помощью этого пакета, мы изготовим набор плакатов, рассказывающих о другом не менее интересном пакете программ Adobe Acrobat

 

 

2.1.1 Начнём всё с белого листа

 

При запуске программы  первое, что мы видим это пустую рабочую область и, в общем-то, стандартные функциональные кнопки, в той или иной степени знакомые всем кто когда-нибудь прибегал к помощи графических редакторов (рис. 2.1.1)

 

 

рис. 2.1.1 Стартовая страница

Для создания нового документа  нам необходимо нажать кнопку нового документа , расположенную в левом верхнем углу, либо выбрать её же в меню файл, либо воспользоваться комбинацией клавиш Ctrl + N.

 

Нажали…и нам открывается  окно создания нового документа.

Одним из отличий CorelDraw от других подобных программ является его дружелюбность к новичкам, так для каждого из параметров есть краткое описание, которое представлено ниже в этом же окошке. Всё изложено довольно доступно, и запутаться очень трудно (рис. 2.1.2)

 

Выбираем необходимые  нам параметры и нажимаем кнопку «ОК»

В моём случае я выбрал для  своих плакатов формат А3, все остальные  параметры я оставил без изменений.

рис. 2.1.2 Создание документа

 

Перед нами появился макет  нашего будущего плаката (рис. 2.1.3), пускай пока он белый и невзрачный, но это  легко поправимо и не потребует  больших усилий.

рис. 2.1.3 Новый плакат

 

Нельзя не заметить, что  теперь набор инструментов и различных  меню значительно расширился и глядя  на эти инструменты, понимаешь, что  пакет от Corel обладает действительно огромными возможностями.

 

2.1.2 Работа с фоном

 

Ну что ж, пожалуй пора приступить к разработке плакатов

Для начала зададим фон  для первого плаката. Для этого  нам потребуется изображение  и пару манипуляций в программе.

Нажимаем на кнопку «Импорт» , расположенную в меню «Файл» (рис. 2.1.4)

 

рис. 2.1.4 Импорт изображения. Шаг 1

 

В появившемся окне выбираем нужное нам изображение и нажимаем кнопку «Импорт» Теперь программа даёт нам возможность растянуть изображение  так, как нам хочется, в дальнейшем изображение можно будет растянуть  и по-другому, если возникнет такое  желание (рис. 2.1.5)

 

рис. 2.1.5 Импорт изображения. Шаг 2

 

Стоит также отметить, что  не стоит сильно увлекаться масштабированием, так как при увеличении более  чем на 10% будет заметно скажем так несовершенство данного изображения.

Ну вот мы и сделали  основной фон нашего плаката (рис. 2.1.6)

 

рис. 2.1.6 Фон готов

 

Как можно увидеть все  манипуляции довольно просты и понятны, и даже человек, никогда ранее  не работавший с этой программой уже  через 10 минут сможет сделать свой первый проект.

 

2.1.3 Добавление текстовой информации

 

Но наша работа ещё не закончена, ведь нужно же ещё и  сделать хорошее описание для  пакета Adobe Acrobat. Здесь нам поможет интернет и сайт Adobe в частности. Наша задача как можно более информативно описать в нескольких плакатах все основные возможности Acrobat.

Поэтому самое время добавить на плакат немного текстовой информации.

 

Как можно догадаться всё  это делается также просто, как  и работа с фоном, даже ещё проще.

Для этого нам достаточно нажать всего лишь одну кнопку. Кнопку вставки текста (рис. 2.1.7)

 

рис. 2.1.7 Вставка текста. Шаг 1

 

Далее мы выделяем на нашем  плакате область, в которой хотим  разместить текст и печатем его  там…ну или вставляем. Цвет, размер и стиль шрифта меняется также, как  и влюбом текстовом редакторе. И  вот после нехитрых манипуляций  получатеся плакат (рис. 2.1.8)

рис. 2.1.8 Вставка текста. Шаг 2

 

Теперь создадим ещё один плакат и добавим туда картинок

Добавление фона и тектса происходит так же как в случае с первым плакатом. В результате получаем такой макет(рис. 2.1.9)

 

рис. 2.1.9 Второй плакат

 

Чтож, добавим на этот плакат изображений, просто нажимаем как и  впервом случае кнопку импорта и  вставляем необходимый файл , а  если надо и не один (рис. 2.1.10)

рис. 2.1.10 Добавление изображений

Таким же путём мы изготавливаем  наши оставшиеся плакаты (рис.2.1.11)

рис.2.1.11 Плакаты

 

2.2 Построение  чертежа в КОМПАС 3D

 

2.2.1 Для чего нужна эта программа?

В настоящее время, большинство  предприятий стремятся проектировать  в трехмерном пространстве. Трехмерные CAD-системы предоставляют проектировщику большой простор для творчества и при этом позволяют значительно  ускорить процесс выпуска проектно-сметной  документации. Наряду со скоростью, такие  системы позволяют повысить точность проектирования: становится проще отследить  спорные моменты в конструкции.

КОМПАС-3D, как универсальная  система трехмерного проектирования, находит своё применение при решении  различных задач, в том числе  и архитектурно-строительного и  технологического проектирования.

Наиболее широкое применение система получила в решении задач  проектирования металлических конструкций - стальных сооружений, фасадных и купольных  конструкций из алюминиевого профиля  и т.п.

 

2.2.2 Создание нового  документа

Первым  делом запускаем программу нажатием значка на рабочем столе компьютера или через меню «ПУСК» - «Все программы», как Вам удобнее. На экране появится главное окно программы (рис. 2.2.1)

рис. 2.2.1 Стартовая страница Компас 3D

Далее заходим в верхнее меню навигации, нажимаем «Файл»-«Создать» (рис. 2.2.2)

Рис. 2.2.2 Создание документа. Способ 1

Или нажимаем соответствующий значек на верхней панели инструментов (рис. 2.2.3)

рис. 2.2.3 Создание документа. Способ 2

Появится  диалоговое окно, в котором мы должны выбрать тип документа, с которым  нам предстоит работать, это может  быть чертеж, трехмерная модель, сборка и т.д.. Предположим необходимо создать «Чертеж», просто нажимаем на нужную иконку (рис. 2.2.4)

рис. 2.2.4 Создание чертежа

После этого откроется лист, на котором  мы и будем создавать наш чертеж (рис. 2.2.5)

рис. 2.2.5 Рабочая область

Вот и все, документ Компас для создания чертежа создан. Подобным образом  создаются и другие документы.

Так как для построения нашей схемы  нам будет нужна альбомная  ориентация листа, необходимо выполнить  ещё кое-какие манипуляции с  настройками, поэтому переходим по следующему пути : сервис>параметры> вкладка текущий чертёж> параметры первого листа>формат>ориентация, и меняем ориентацию (рис. 2.2.6)

 

рис. 2.2.6 Изменение ориентации

После этого лист принял горизонтальную ориентацию и мы можем приступить к проектированию (рис. 2.2.7)

рис. 2.2.7 Рабочая область полностью  готова

 

 

2.2.3 Палка, палка,  прямоугольник или «так создаются  схемы»

Честно сказать, если кто-то пользовался до этого другими  подобными программами, то здесь  будет себя чувствовать довольно неуютно, лично я себя чувствовал именно так, по крайней мере первое время.

Но не будем поливать программу  грязью, а приступим к заданию.

Дана схема, которую нам  необходимо изобразить на чертеже.

Начнём с самого простого, с первых линий. Для этого переходим  следующим способом: меню Инструменты  >Геометрия>Отрезки>Отрезок (рис. 2.2.8)

 

рис. 2.2.8 Создание отрезка. Шаг 1

 

Теперь чертим отрезок  на нашем листе. Изначально его можно  сделать каким угодно, не стоит  пугаться, что он получился не таким, как хотелось, одни нажатием мы выбираем его, и потом мы вольны его редактировать  как нам угодно, но пока нас устраивает то, что получилось (рис. 2.2.9).

рис. 2.2.9 Создание отрезка. Шаг 2

 

Далее нам необходимо создать  все остальные составляющие нашей  схемы, поэтому переходим снова  в меню Интсрументы, но на этот раз  выбираем не Отрезки, а Прямоугольники (рис. 2.2.10)

 

рис. 2.2.10 Создание прямоугольника. Шаг 1

 

Их мы также можем растягивать  как нам угодно, для получения  необходимой формы и размеров. Сейчас нам необходимо показать на схеме резистор, поэтому придаём  прямоугольнику необходимую форму (рис. 2.2.11)

 

рис. 2.2.11 Создание прямоугольника. Шаг 2

 

 

Ну и естественно его  надо подписать, чтобы не запутаться, поэтому снова заходим в меню Инструменты и выбираем ввод текста (рис. 2.2.12)

 

рис. 2.2.12 Ввод текста. Шаг 1

 

Щёлкаем на любом свободном  месте на чертеже и нам появляется окно ввода текста, отредактируем  сразу его формат, для своей  схемы я выбрал размер шрифта 1.80 (рис. 2.2.13)

 

рис. 2.2.13 Ввод текста. Шаг 2

 

Результат можно увидеть  ниже (рис. 2.2.14)

рис. 2.2.14 . Текст введён

 

Вот собственно практически  все инструменты, которые нам  нужны для составления чертежа.

 

И вот после нескольких часов работы у нас получается вот такая симпатичная схема (рис. 2.2.15)

 

рис. 2.2.15 Готовая схема

Заключение

Поработав с этими программными продуктами можно сделать выводы, что и та и другая являются очень  мощными инструментами в своей  среде. Видно, что для их разработки было потрачено много времени  и сил, но на меня CorelDraw всё таки произвёл более приятное впечатление, хотя возможно это потому, что в нём всё таки выполняются намного более простые функции, чем в Компас 3D. Тут стоит отметить так же, что компас является всё таки и более разнонаправленной программой, чем CorelDraw, построение чертежа это лишь малая капля того, что может этот программный продукт.

Список литературы.

1. Пакет программ. CorelDRAW 10; Коцюбинский А. О.; 2001 г
2. http://ru.wikipedia.org/wiki/Трёхмерная графика
3. Самоучитель Компас-3D V10; Максим Кидрук; 2009г.
4. http://www.tarcom.ru/services/3d/