Международный университет природы, общества и человека «Дубна»

кафедра системного анализа и управления 
 
 
 
 
 

курсовая работа 

студента 3 курса группы 3014 

Галкина Александра Александровича 

по компьютерной графике и дизайну  

на тему: 

«Выбор системы очистки воды для дома» 
 
 

Руководитель: ст. преподаватель Иванцова О.В.

 
 
 
 
 
 

Дубна, 2009

Оглавление 

Введение 3

Описание проблемной ситуации 3

Постановка задачи 4

Теоретическая часть 5

Водопроводная вода 5

Классификация фильтров для воды 5

Математическая теория 6

Однородные координаты в пространстве 6

Определение точки пересечения вектора движения и плоскости 8

Программная реализация 10

Создание модели 10

Проектирование пользовательского интерфейса 10

Заключение 12

Список литературы 13

 

Введение

 

    В настоящее время компьютеры получили широкое распространение во всех сферах жизни нашего общества. Пожалуй, не найдется ни одной отрасли, где  бы не применялись или не нашли  своего применения в будущем информационные технологии. Они занимают на сегодняшний  день центральное место в процессе интеллектуализации общества, в процессе получения и накопления новых  знаний и автоматизации решения  многих общественно важных задач.  Они широко используются в промышленности, в науке, в бизнесе, в медицине и еще во множестве отраслей, а также просто помогают нам отдохнуть после тяжелого рабочего дня.

    Принципиально важным является использование возможностей новой быстро развивающейся области знаний — «компьютерной графики», которая включает в себя как традиционные сферы знания, так и новые информационные технологии. Компьютерная графика позволяет наблюдать нам на экране монитора такие процессы и явления, которые никогда не будут доступны нам для наблюдения в реальной жизни или могли бы быть доступны только на бумаге в виде огромного количества формул и цифр. Также эта область информационных технологий может быть очень полезна для моделирования любых процессов и явлений, очень важных для оценки человеком с визуальной точки зрения, но недоступных или проблематичных для воссоздания в реальном мире.

    На  сегодняшний день на российском рынке существует огромное количество фирм, предлагающий оборудование для очистки воды. Как разобраться потребителю? Что и как выбрать? Что Вам предлагают? В своём курсовом проекте я попытаюсь донести до потребителя информацию о типах и устройстве оборудовании очистки воды, чтобы в будущем сделать правильный выбор.

    Данный  пример показывает, как компьютерная графика и информационные технологии в целом могут преобразить  нашу жизнь с точки зрения предоставления нам недоступных ранее возможностей, автоматизации ранее существовавших, а также экономии таких ресурсов и общественных факторов, как человеческое время и прочих.

Описание  проблемной ситуации

    Для многих людей очистка воды перед  ее употреблением приобретает важное значение. Но порой так сложно разобраться в продукции, которую предлагает современный рынок, и купить устройство или систему, с помощью которых очистка воды пройдет наиболее качественно. В настоящее время существует целый ряд устройств, позволяющих решать практические любые проблемы с водой. При этом фильтры одного класса могут отличаться друг от друга.

    Исходя  из вышеизложенного становится понятно, что при покупке фильтра, потребителю придется столкнуться с такими проблемами как:

• огромный ассортимент
• большая разница в цене между продуктами

    Можно обращаться к специалисту, но его  обычно не найдешь при совершении покупки в магазине. Мой курсовой проект должен помочь нам, потребителям выбрать и ознакомиться с комплектацией  любой системы отчистки воды (с  возможностью изучения каждой её части  в отдельности).

    Если  мы внедряем в производственный процесс  компьютерное приложение такого типа, то потребителю остается, лишь выбрать самый подходящий вариант! Также такое приложение можно сделать доступным через Internet.

Постановка  задачи

        Цель

        Экономия времени и денежных затрат на приобретение системы очистки воды.

      Исходные  данные

      Исходными данными для выбранной постановки задачи являются компьютерные трехмерные модели фильтров для отчистки.

      Модельные представления

      В окне вывода главной формы приложения должны отображается «характеристики» воды, такие как жесткость, водородный показатель и минерализация. В окне управления главной формы приложение предложит пользователю систему отчистки воды, под выбранные «характеристики. Также пользователю должна предоставляться возможность выбора одного из двух режимов отображения систем отчисток воды: ознакомление с одним из блоков системы, а также режим ознакомления с каждым из блоков системы более детально

      Результат

        3D-приложение, соответствующее априорным модельным представлениям.

        Критерии оценки результата

      При использовании программы, для выбора системы очистки воды, экономия времени составит не менее 30 минут.

Теоретическая часть

Водопроводная вода

    Согласно  последним данным Всемирной Организации  Здравоохранения, более 70% всех заболеваний  человека связано с потреблением некачественной воды, причем постоянное потребление таковой способно сократить  продолжительность жизни примерно на треть. Конечно, говоря о некачественной воде, эксперты ВОЗ в первую очередь имеют в виду беднейшие страны Африки, Азии и Латинской Америки, в которых попросту нет никаких систем водоочистки и водоподготовки. Вместе с тем, подобная статистика актуальна и для России и других стран бывшего СССР, которые также не могут гордиться качеством воды, которую мы по инерции называем питьевой.

    Сразу отметим, что проводить параллель  между российской некачественной водой  и африканской некачественной водой  нет никакого смысла. Вода, текущая  из наших кранов, как минимум очищается  от механических примесей и хлорируется. Это позволяет избежать массовых отравлений и эпидемий кишечных инфекций, однако подобная очистка отнюдь не гарантирует того, что вода будет  полезна или хотя бы не опасна для здоровья.

    За  примером, иллюстрирующим данный тезис, далеко ходить не надо. Хлор, используемый для обеззараживания воды, является достаточно сильным ядом, воздействующим на все ткани и органы, с которыми он контактирует. Конечно, концентрация хлора в водопроводной воде обычно невелика, однако, взаимодействуя с органикой (для обезвреживания которой он и применяется), хлор образует огромное количество разнообразных хлорорганических соединений, воздействие которых на живую клетку непредсказуемо. Достаточно сказать, что хлорорганические соединения являются основным компонентом целой группы пестицидов, разрушающих генетический аппарат насекомых, чтобы понять, что обычный хлор – достаточно вредна и опасная вещь. Если же добавить к этому тот факт, что связь между частыми ОРВИ и пневмонией с одной стороны и хлором и хлоридами с другой, уже давно установлена и доказана, то нашу воду никак нельзя назвать полезной.

Классификация фильтров для воды

 

    Современные фильтры для воды, благодаря своим  техническим возможностям, могут  быть полезны как в быту, так  и на производстве. Встроенные в  систему водоснабжения или использующиеся как отдельные устройства для  очистки воды, они давно уже  стали незаменимыми в быту и на производственных предприятиях. 

    Для того чтобы вам было проще разобраться  в принципе работы и многообразии ассортимента фильтров, принята их условная классификация. Так, по принципу назначения фильтры для воды классифицируются на оборудование для:

• хозяйственно-бытового использования. Фильтры для воды в этом случае помогут очистить любые механические примеси, а также устранить запах и цветность. Чаще всего, используются в условиях муниципального водоснабжения;
• возможности пить очищенную воду. В этом случае фильтры для воды подразделяются на бытовые и промышленные системы очистки;
• промышленности. Это касается как пищевых, так и косметических отраслей, где фильтры для воды — вопреки расхожему мнению — необходимы зачастую не меньше, чем в быту.

Математическая  теория

    В данной курсовой работе над всеми объектами проводились  такие преобразования как: поворот  вокруг осей ox, oy, oz,  перенос вдоль осей и проектирование с использованием однородных координат в пространстве. Также были рассчитаны точки пересечения вектора движения с треугольниками, составляющими поверхность объекта.

Однородные  координаты в пространстве

    Пусть точка имеет декартовы координаты (x, y, z), тогда ее однородными координатами называется четверка чисел (hx, hy, hz, h) при . Фиксированной точке пространства при этом ставится в соответствие множество четверок однородных координат с различными . Если — однородные координаты точки, то ее декартовы координаты вычисляются согласно определению

 

    Однородные координаты позволяют единым образом представить  все аффинные преобразования в пространстве и различные типы проектирования.

    Для описания аффинных преобразований достаточно рассмотреть случай, когда  и каждая точка описывается четверкой однородных координат вида (x, y, z, 1). При преобразованиях точка с однородными координатами (x, y, z, 1) переходит, в общем случае, в новую точку с однородными координатами , которые находятся с помощью матричного умножения:

.

    В качестве матрицы [A], отвечающей аффинным преобразованиям в пространстве, могут быть использованы следующие матрицы:

1. Матрицы вращения (Rotation):

• вокруг оси x на угол α:

• вокруг  оси y на угол β:

 
 

• вокруг  оси z на угол γ:

 

2. Матрица дилатации (Dilatation)

 

зависит от трех параметров — коэффициентов сжатия-растяжения вдоль соответствующих осей. При — сжатие вдоль оси x, при — растяжение. Аналогично для .

3. Матрицы отражения (Reflection, Mirror)

• относительно плоскости xy:

• относительно  плоскости yz:

• относительно  плоскости zx:

 

4. Матрица переноса (Translation):

 

соответствует параллельному переносу на вектор .

    Приведенные матрицы представляют элементарные аффинные преобразования. Для общих  аффинных преобразований в пространстве матрица [A] формируется последовательным перемножением соответствующих матриц.

Определение точки пересечения  вектора движения и плоскости

     При переносе сложной сцены происходит пересечение объектов, из которых  сцена состоит. Для того чтобы этого не происходило необходимо знать расположение конца вектора движения, чтобы если он находится внутри объекта не осуществлять перенос сцены.

    Пусть имеем трехмерную систему координат. Угол u — угол поворота влево, вправо; угол v — угол поворота вниз, вверх и sp — длина вектора, скорость перемещения. Тогда

,

,

,

,

следовательно, ,

     Тогда расстояние, на которое переместится вектор по координатным осям равно

     Все объекты сцены состоят из треугольников. Установим, будет ли пересекать заданный вектор треугольник.

     Уравнение плоскости имеет следующий вид

                                                           

,                                                        (*)

разделив  все на a' получим

,

где .

     Подставим координаты трех известных точек  и найдем коэффициенты a', b', c', d'.

     Любая прямая может быть задана параметрически

     Подставив параметрически заданные координаты прямой в уравнение (*), получим

,

где t — время, через которое прямая пересечет треугольник, лежащий плоскости; при этом должны выполняться следующие условия:

,

,

,

где — координаты точки пересечения плоскости и прямой.

Программная реализация

 

     Для создания программы «Выбор системы очистки воды для дома» будут использованы трехмерные компьютерные модели, представляющих собой набор координат их вершин и текстуры, нарисованные в графической среде 3D Studio Max 10.0 и конвертированные в формат доступный для библиотек Microsoft DirectX. Для дальнейшего моделирования взаиморасположения и динамики компонентов будет использоваться среда разработки Adobe Flash CS4.

Создание  модели

     Главная возможность, реализованная в приложении — расмотрение объекта «по частям». Все части, из которых состоит объект, были созданы с помощью графической среды 3D Studio Max 10.0. При их создании были использованы стандартные примитивы Box, Plane, Cylinder. Примитивы располагались и масштабировались соответствующим образом на сцене, после чего с помощью булевых операций Union и Subtraction(A–B), компоновались в цельный объект.

Проектирование  пользовательского  интерфейса

     Пользовательский  интерфейс представляет собой окно Windows, в котором будут отображаться:

     Часть интерфейса, в котором пользователь может записать свои данные и установить химические свойства воды, для дальнейшего сохранение на локальном диске:

 

     Изучение  модели осуществляться с помощью управляющих кнопок:

     «<<» — поворот на 78⁰ (влево),

     «<» — повернуть модель влево,

     «>» — повернуть модель вправо,

     «>>» — поворот на 78⁰ (вправо),

     «+» — увеличение объекта,

     «-» — уменьшение объекта.

     Дизайн  приложения можно увидеть на рисунке  ниже (см. рис. 1).

Рис. 1. Начальное  окно

Заключение

     Результатом работы стала готовая программа по выбору систем отчистки воды. Это приложение позволяет пользователю узнать как можно больше информации о предлагаемой продукции. Полученная информация дает пользователю возможность сделать правильную покупку сэкономить немалые деньги. В общем, пользователи, интересующиеся покупкой системой очистки воды, получили возможность узнать немного о химических характеристиках воды и рассмотреть модель фильтра-кувшина подробно.

     Конечно, уровень выполненной работы —  тривиальный, однако, были изучены принципы работы «компьютерной графики» и математические основы ее моделирования, что в дальнейшем может служить платформой для создания более сложных проектов в этой области. Помимо прочего, были изучены основы языка Action Script 3.0, а также был получен опыт работы с графической средой 3D Studio Max, которая является одним из лучших инструментов в области современной компьютерной графики.

 

Список  литературы

1. Добрынин В.Н., Иванцова О.В., Трофимович Э.Э. Компьютерная графика. Часть1. Методическое пособие — Дубна: Международный университет природы, общества и человека «Дубна», 1999. — 56 с.: ил.
2. Ульрих Кетрин Adobe Flash CS3 Professional для Windows и Macintosh; Пер. с англ. Слинкина А.— М.: ДМК Пресс, 2009.— 568 с.: ил. (Quick Start).
3. Чумаченко И.Н. 3ds max — М.: НТ Пресс, 2005 — 584 с.: ил.
4. http://www.adobe.com/ru/support/flash/

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Выполнил:

   «______»___________200__г.   Галкин А. А _____________ 

   Проверил:

   «______»___________200__г.    Иванцова О. В. ____________  ______________