Компьютерное моделирование в строительстве реферат

Обновлено: 28.06.2024

Объект, который получается в результате моделирования, называется моделью. Должно быть понятно, что это совсем не обязательно реальный объект. Это может быть математическая формула, графическое представление и т.п. Однако он вполне может заменить оригинал при его изучении и описании поведения. Хотя модель и может быть точной копией оригинала, но чаще всего в моделях воссоздаются какие-нибудь важные для данного исследования элементы, а остальными пренебрегают. Это упрощает модель. Но с другой стороны, создать модель – точную копию оригинала – бывает абсолютно нереальной задачей. Например, если моделируется поведение объекта в условиях космоса. Можно сказать, что модель – это определенный способ описания реального мира.

Содержание

Моделирование и его виды.
Компьютерное моделирование.
Этапы моделирования.
Особенности компьютерного моделирования.
Список использованных источников.

Прикрепленные файлы: 1 файл

сам.раб.ТТАyнеполное.docx

Государственный комитет связи, информатизации и телекоммуникационных технологий Республики Узбекистан

Ташкентский Университет Информационных технологий

Выполнила: Кадаева Л.,

Моделирование и его виды.
Компьютерное моделирование.
Этапы моделирования.
Особенности компьютерного моделирования.
Список использованных источников.

Моделирование и его виды

Моделирование является одним из способов познания мира.

Понятие моделирования достаточно сложное, оно включает в себя огромное разнообразие способов моделирования: от создания натуральных моделей (уменьшенных и или увеличенных копий реальных объектов) до вывода математических формул.

Для различных явлений и процессов бывают уместными разные способы моделирования с целью исследования и познания.

Хотя модель и может быть точной копией оригинала, но чаще всего в моделях воссоздаются какие-нибудь важные для данного исследования элементы, а остальными пренебрегают. Это упрощает модель. Но с другой стороны, создать модель – точную копию оригинала – бывает абсолютно нереальной задачей. Например, если моделируется поведение объекта в условиях космоса. Можно сказать, что модель – это определенный способ описания реального мира.

Моделирование проходит три этапа:

Создание модели.
Изучение модели.
Применение результатов исследования на практике и/или формулирование теоретических выводов.

Видов моделирования огромное количество. Вот некоторые примеры типов моделей:

Математические модели. Это знаковые модели, описывающие определенные числовые соотношения.

Графические модели. Визуальное представление объектов, которые настолько сложны, что их описание иными способами не дает человеку ясного понимания. Здесь наглядность модели выходит на первый план.

Имитационные модели. Позволяют наблюдать изменение поведения элементов системы-модели, проводить эксперименты, изменяя некоторые параметры модели.

Над созданием модели могут работать специалисты из разных областей, т.к. в моделировании достаточно велика роль межпредметных связей.

Компьютерное моделирование – это метод решения задачи анализа или синтеза сложной системы на основе использования ее компьютерной модели. Суть компьютерного моделирования заключена в получении количественных и качественных результатов на основе имеющейся модели.

Под компьютерной моделью понимают:

Условный образ объекта или некоторой системы, описанный с помощью взаимосвязанных компьютерных таблиц, блок-схем, диаграмм, графиков, рисунков, анимационных фрагментов, гипертекстов и т.д. и отображающий структуру и взаимосвязи между элементами объекта – структурно-функциональная модель;
Отдельная программа, совокупность программ, программный комплекс, позволяющий с помощью последовательности вычислений и графического отображения их результатов воспроизводить (имитировать) процессы функционирования объекта при условии воздействия на него различных (включая случайные) факторов – имитационные модели.

Компьютерное моделирование имеет ряд преимуществ по сравнению с другими подходами. В частности, оно дает возможность учитывать большое количество переменных, предсказывать развитие нелинейных процессов, возникновение синергетических эффектов. Компьютерное моделирование позволяет не только получить прогноз, но и определить, какие управляющие воздействия приведут к наиболее благоприятному развитию событий.

Качественные выводы, сделанные по результатам компьютерного моделирования, позволяют обнаружить такие свойства сложной системы, как ее структуру, динамику развития, устойчивость, целостность и др.. Количественные выводы в основном носят характер прогноза некоторых будущих или объяснения прошлых значений переменных, характеризующих систему. Одно из основных направлений использования компьютерного моделирования – поиск оптимальных вариантов внешнего воздействия на объект с целью получения наивысших показателей его функционирования.

Однако, ситуацию не стоит представлять так, что традиционные виды моделирования противопоставляются компьютерному моделированию. Наоборот, доминирующей тенденцией сегодня является взаимопроникновение всех видов моделирования, симбиоз различных информационных технологий в области моделирования, особенно для сложных приложений и комплексных проектов по моделированию. Так, например, имитационное моделирование включает в себя концептуальное моделирование (на ранних этапах формирования имитационной модели), логико-математическое (включая методы искусственного интеллекта) – для целей описания отдельных подсистем модели, а также в процедурах обработки и анализа результатов вычислительного эксперимента и принятия решений; технология проведения, планирования вычислительного эксперимента с соответствующими математическими методами привнесена в имитационное моделирование из физического (натурного) моделирования; наконец, структурно-функциональное моделирование используется при создании стратифицированного описания многомодельных комплексов.

Постановка задачи:
- формулировка задачи.
- определение цели и приоритетов моделирования.
- сбор информации о системе, объекте моделирования.
- описание данных (их структуры, диапазона, источника и т.д.)
2) Предмодельный анализ:
- анализ существующих аналогов и подсистем.
- анализ технических средств моделирования (эвм, периферия).
- анализ программного обеспечения (языки программирования, пакеты прикладных программ, инструментальные среды).
- анализ математического обеспечения (модели, методы, алгоритмы).
3) Анализ задачи (модели):
- разработка структур данных.
- разработка входных и выходных спецификаций, форм представления данных.
- проектирование структуры и состава модели (подмоделей).
4) Исследование модели:
- выбор методов исследования подмоделей.
- выбор, адаптация или разработка алгоритмов, их псевдокодов.
- сборка модели в целом из подмоделей.
- идентификация модели, если в этом есть необходимость.
- формулировка используемых критериев адекватности, устойчивости и чувствительности модели.
5) Программирование (проектирование программы):
- выбор метода тестирования и тестов (контрольных примеров).
- кодирование на языке программирования (написание команд).
- комментирование программы.
6) Тестирование и отладка:
- синтаксическая отладка.
- семантическая отладка (отладка логической структуры).
- тестовые расчеты, анализ результатов тестирования.
- оптимизация программы.
7) Оценка моделирования:
- оценка средств моделирования.
- оценка адекватности моделирования.
- оценка чувствительности модели.
- оценка устойчивости модели.
8) Документирование:
- описание задачи, целей.
- описание модели, метода, алгоритма.
- описание среды реализации.
- описание возможностей и ограничений.
- описание входных и выходных форматов, спецификаций.
- описание тестирования.
- создание инструкций для пользователя.
9) Сопровождение:
- анализ применения, периодичности использования, количества пользователей, типа использования (диалоговый, автономный и др.), анализ отказов во время использования модели.
- обслуживание модели, алгоритма, программы и их эксплуатация.
- расширение возможностей: включение новых функций или изменение режимов моделирования, в том числе и под модифицированную среду.
- нахождение, исправление скрытых ошибок в программе, если таковые найдутся.
10) Использование модели.

Пример. Компьютерной (физической) моделью может служить простая модель броуновского движения, получаемая генерацией компьютером нового случайного положения точки на экране и траектории ее движения; при этом отметим, что сам "датчик случайных чисел компьютера (или языка)" - это компьютерная модель, соответствующая математической модели распределения случайной величины (обычно нормального распределения) или так называемой функции распределения. Это распределение - псевдослучайное, получаемое по вполне детерминированному алгоритму.

Особенности компьютерного моделирования

Совершенствование вычислительной техники и широкое распространение персональных компьютеров открыло перед моделированием огромные перспективы для исследования процессов и явлений окружающего мира, включая сюда и человеческое общество.

Компьютерное моделирование – это в определенной степени, то же самое, что и другие виды моделирования, но реализуемое с помощью компьютерной техники.

Для компьютерного моделирования важно наличие определенного программного обеспечения.

При этом программное обеспечение, средствами которого может осуществляться компьютерное моделирование, может быть как достаточно универсальным (например, обычные текстовые и графические процессоры), так и весьма специализированными, предназначенными лишь для определенного вида моделирования.

Очень часто компьютеры используются для математического моделирования. Здесь их роль неоценима в выполнении численных операций, в то время как анализ задачи обычно ложится на плечи человека.

Обычно в компьютерном моделировании различные виды моделирования дополняют друг друга. Так, если математическая формула очень сложна, что не дает явного представления об описываемых ею процессах, то на помощь приходят графические и имитационные модели. Компьютерная визуализация может быть намного дешевле реального создания натуральных моделей.

С появлением мощных компьютеров распространилось графическое моделирование на основе инженерных систем для создания чертежей, схем, графиков.

Если система сложна, а требуется проследить за каждым ее элементом, то на помощь могут придти компьютерные имитационные модели. На компьютере можно воспроизвести последовательность временных событий, а потом обработать большой объем информации.

Однако следует четко понимать, что компьютер является хорошим инструментом для создания и исследования моделей, но он их не придумывает. Абстрактный анализ окружающего мира с целью воссоздания его в модели выполняет человек.

Математическое моделирование с учетом дефектов и повреждений в строительных конструкциях, осадок системы основание-фундамент здания. Характеристика программно-расчетных комплексов. Условия распространения результатов моделирования на реальные конструкции.

Рубрика	Строительство и архитектура
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	01.12.2016
Размер файла	491,4 K

Подобные документы

Общая характеристика объекта недвижимости. Оценка значимости различных дефектов и повреждений, причин возникновения, степень их распространения. Рекомендации по улучшению технического состояния и безопасной эксплуатации конструкций (плит покрытия) здания.

курсовая работа [246,5 K], добавлен 14.08.2014

Визуальный осмотр жилого здания. Объемно-планировочное и конструктивное решение здания. Дефекты и повреждения строительных конструкций и конструктивных элементов. Карты дефектов и повреждений. Оценка здания на предмет отнесения к памятникам архитектуры.

курсовая работа [56,2 K], добавлен 19.10.2012

Оценка технического состояния жилого дома. Расчет физического износа основного строения. Фиксирование дефектов и повреждений строительных конструкций. Определение общего технического состояния объекта. Оценка инвестиционной привлекательности здания.

курсовая работа [23,0 K], добавлен 15.11.2010

Общая характеристика здания. Методика обследования строительных конструкций, выбор и обоснование используемого материала. Поверочные расчеты. Методика и этапы проведения реконструкции. Технический паспорт дома. Усиление фундамента и устранение протечки.

курсовая работа [83,9 K], добавлен 11.12.2012

Анализ возможности применения расчетной методики по определению фактических пределов огнестойкости металлических строительных конструкций на примере здания административно-торгового комплекса "Автоцентр Lexus". Экспертиза строительных конструкций.

Информационное моделирование зданий — современное понимание

В современных условиях требуется уже не просто проект возводимого здания, а содержащая всю необходимую информацию модель объекта, которая может быть востребована в течение всего периода его существования. И эта модель должна быть не выполненным с помощью компьютера аналогом обычного картонного макета, дающего представление о формах объекта, а полноценной виртуальной копией здания со всей его начинкой, с количественными геометрическими и технологическими характеристиками конструкций, материалов и оборудования. Причем все данные об объекте должны быть не просто собраны воедино (например, в виде некой таблицы или справочника), а являться параметрами модели, корректировка которых с учетом существующих между ними зависимостей влечет за собой автоматическое изменение всей модели.

Наше время ставит перед проектировщиками зданий и сооружений новые задачи и предъявляет совершенно иные, ранее не возникавшие требования. Даже если перечислить лишь основные, список получается весьма внушительный:

Все перечисленное логично приводит к пониманию, что в современных условиях требуется уже не просто проект возводимого здания, а содержащая всю необходимую информацию модель объекта, которая может быть востребована в течение всего периода его существования.

И эта модель должна быть не выполненным с помощью компьютера аналогом обычного картонного макета, дающего представление о формах объекта, а полноценной виртуальной копией здания со всей его начинкой, с количественными геометрическими и технологическими характеристиками конструкций, материалов и оборудования. Причем все данные об объекте должны быть не просто собраны воедино (например, в виде некой таблицы или справочника), а являться параметрами модели, корректировка которых с учетом существующих между ними зависимостей влечет за собой автоматическое изменение всей модели.

Все эти, а также многие другие проблемы и призвано решать начавшее совсем недавно входить в реальную практику новое направление развития проектирования — информационное моделирование зданий.

Причем этот поток информации не иссякает и после того, как здание уже спроектировано и построено. Так что возникшая в результате концепция информационного моделирования зданий — это намного больше, чем просто новый метод в проектировании. Это также принципиально иной подход к возведению, оснащению, обеспечению эксплуатации и ремонта здания, к управлению жизненным циклом объекта, включая его экономическую составляющую, к управлению окружающей нас рукотворной средой обитания. Это изменившееся отношение к зданиям и сооружениям вообще. Наконец, это наш новый взгляд на окружающий мир и переосмысление способов воздействия человека на этот мир.

Подход к проектированию зданий через их информационное моделирование предполагает прежде всего сбор и комплексную обработку в процессе проектирования всей архитектурно-конструкторской, технологической, экономической и иной информации о здании со всеми ее взаимосвязями и зависимостями — здание и все, что имеет к нему отношение, рассматриваются как единый объект.

Правильное определение этих взаимосвязей, а также точная классификация, хорошо организованное структурирование и достоверность используемых данных — залог успеха информационного моделирования.

Если внимательно приглядеться, то нетрудно увидеть, что при такой концепции принципиальные решения по проектированию по-прежнему остаются в руках человека, а компьютер опять выполняет лишь порученную ему техническую функцию по обработке информации. Но главное отличие нового подхода от прежних методов проектирования заключается в том, что возникающий объем этой технической работы, выполняемой компьютером, носит принципиально иной характер, и самому человеку его уже не одолеть.

Новый подход к проектированию объектов и был назван информационным моделированием зданий или, сокращенно, BIM (Building Informational Modeling) .

Понятие информационной модели здания было впервые предложено в 1975 году профессором Чаком Истманом (ChuckEastman) в журнале Американского института архитекторов (AIA). Тогда же появилось и рабочее название: Building Description System (Система описания здания).

В конце 1970-х — начале 1980-х это понятие развивалось параллельно в Старом и Новом Свете, причем в США чаще всего употреблялся термин Building Product Model, а в Европе (особенно в Финляндии) — Product Information Model. При этом в обоих случаях слово Product ориентировало внимание на объект проектирования, а не на процесс. Можно предположить, что несложное лингвистическое объединение этих двух определений и привело к рождению термина Building Information Model.

В середине 1980-х европейцы применяли также немецкий термин Bauinformatik и голландский Gebouwmodel, которые в переводе опять же соответствовали английскому Building Model или Building Information Model.

Лингвистические сближения терминологии сопровождались и выработкой единого наполнения используемых понятий. С 1992 года в научной литературе термин Building Information Modelиспользуется в его нынешнем понимании.

Примерно с 2002-го Building Information Modelввели в употребление и ведущие разработчики программного обеспечения, сделав это понятие одним из ключевых в своей терминологии. В дальнейшем, благодаря деятельности таких компаний, как Autodesk, аббревиатура BIM получила широчайшее распространение, и ее теперь знает весь мир.

Если перейти к содержанию, то сегодня информационная модель здания — это хорошо скоординированная, согласованная, взаимосвязанная, поддающаяся расчетам и анализу, имеющая геометрическую привязку числовая информация о проектируемом или уже существующем объекте, которая используется для:

принятия конкретных проектных решений;
создания высококачественной проектной документации;
предсказания эксплуатационных качеств объекта;
составления смет и строительных планов;
заказа и изготовления материалов и оборудования;
управления возведением здания;
управления и эксплуатации самого здания и средств технического оснащения в течение всего жизненного цикла;
управления зданием как объектом коммерческой деятельности;
проектирования и управления реконструкцией или ремонтом здания;
сноса и утилизации здания;
иных связанных со зданием целей (рис. 2).

Иными словами, BIM — это вся имеющая числовое описание и нужным образом организованная информация об объекте, используемая как на стадии проектирования и строительства здания, так и в период его эксплуатации и даже сноса.

Как вы уже поняли, аббревиатура BIM может использоваться для обозначения и самой информационной модели здания, и процесса информационного моделирования — никаких недоразумений при этом не возникает.

Однако терминология — это не главное. Применение информационной модели здания существенно облегчает работу с объектом и имеет массу преимуществ перед иными формами проектирования. Прежде всего оно позволяет в виртуальном режиме собрать воедино, подобрать по предназначению, рассчитать, состыковать и согласовать создаваемые разными специалистами и организациями компоненты и системы будущего сооружения, а также заранее проверить их жизнеспособность, функциональную пригодность, эксплуатационные качества и избежать самого неприятного для проектировщиков — внутренних нестыковок (коллизий) (рис. 3).

В отличие от традиционных систем компьютерного проектирования, результатом информационного моделирования здания обычно является объектно-ориентированная цифровая модель как всего объекта, так и процесса его строительства.

Чаще всего работа по созданию информационной модели здания ведется как бы в два этапа. Сначала разрабатываются блоки (семейства) — первичные элементы проектирования, соответствующие как строительным изделиям (окна, двери, плиты перекрытий так и элементам оснащения (отопительные и осветительные приборы, лифты и многому другому, что имеет непосредственное отношение к зданию, но производится вне рамок стройплощадки и при возведении объекта не делится на части.

Второй этап — моделирование того, что создается на стройплощадке. Это фундаменты, стены, крыши, навесные фасады При этом предполагается широкое использование заранее созданных элементов — например, крепежных или обрамляющих деталей при формировании навесных стен.

Таким образом, логика информационного моделирования зданий ушла из области программирования и соответствует обычному пониманию, как строить дом, как его оснащать и как в нем жить. Что существенно облегчает и упрощает работу с BIM как проектировщикам, так и всем остальным категориям строителей и эксплуатантов.

А деление на этапы (первый и второй) при создании BIM носит достаточно условный характер — вы можете, например, вставить окна в моделируемый объект, а затем менять их, и в проекте будут появляться уже измененные окна.

Построенная специалистами информационная модель проектируемого объекта затем активно используется для создания рабочей документации всех видов, разработки и изготовления строительных конструкций и деталей, комплектации объекта, а также для заказа и монтажа технологического оборудования, экономических расчетов, организации возведения самого здания, решения технических и организационно-хозяйственных вопросов последующей эксплуатации (рис. 4).

Технология BIM уже сейчас показала возможность достижения высокой скорости и качества строительства, не говоря уже о значительной экономии бюджетных средств. Например, при строительстве сложнейшего по форме и внутреннему оснащению нового корпуса Музея искусств в американском городе Денвере для организации взаимодействия субподрядчиков при проектировании и возведении каркаса здания (металл и железобетон), а также при разработке и монтаже сантехнических и электрических систем была использована специально созданная для этого информационная модель. По данным генерального подрядчика, такое чисто организационное применение BIM сократило срок строительства на 14 месяцев и привело к экономии примерно 400 тысяч долларов при сметной стоимости объекта в 70 миллионов долларов (рис. 5).

Но одно из самых главных достижений BIM — возможность добиться практически полного соответствия эксплуатационных характеристик нового здания требованиям заказчика. Технология BIM позволяет, с высокой степенью достоверности воссоздав и сам объект со всеми его конструкциями и оснащением, и протекающие в нем процессы, отладить на модели основные проектные решения.

При этом особо важно подчеркнуть, что информационная модель здания (BIM) — это виртуальная модель. В идеале BIM — виртуальная копия здания. На начальном этапе создания модели мы имеем некоторый набор информации, почти всегда неполный, но достаточный для начала работы в первом приближении. Затем введенная в модель информация пополняется по мере ее поступления, и модель становится более насыщенной.

При этом надо понимать, что физически BIM существует только в памяти компьютера. И ею можно воспользоваться только посредством той программы, в которой она была создана.

Результатом развития компьютерного проектирования является то обстоятельство, что на сегодняшний день работа на основе CAD-технологий представляется достаточно организованной и отлаженной. Спустя примерно 25 лет после своего появления формат файлов DWG, создаваемых пакетом AutoCAD, занял место неофициального, но общепризнанного стандарта работы с проектом в CAD-программах и начал жить независимой от своего создателя жизнью.

То же относится и к формату DXF, разработанному Autodesk для осуществления обмена данными между различными CAD-программами и другими, в том числе вычислительными, комплексами.

Что касается BIM, то в наши дни форма, содержание и способы работы по информационному моделированию зданий всецело определяются используемым архитекторами (проектировщиками) программным обеспечением, которого сейчас для BIM уже немало (рис. 6).

Конечно, такое положение дел не способствует развитию информационного моделирования зданий. Проектировщики, перешедшие на технологию BIM, всецело зависят от уровня развития, уровня понимания проблемы и мастерства создателей компьютерных программ. Они ограничены в своей профессиональной деятельности теми рамками, которые им предоставляют программисты. Это плохо, но ничего другого пока нет.

С другой стороны, в машиностроении, например, уровень развития авиации напрямую зависит от уровня развития станкостроения. И это не мешает прогрессу. Если все правильно координировать в масштабе целых отраслей.

Напрашивается парадоксальный вывод: дальнейшее развитие проектирования будет зависеть от уровня развития программирования. Возможно, это не всем понравится, но это уже реальность.

Как и то обстоятельство, что задачи, возникающие в проектировании, стимулируют развитие программирования. Все взаимосвязано.

Информационная модель здания сегодня — это специальным образом организованный и структурированный набор данных из одного или нескольких файлов, допускающий на выходе как графическое, так и любое иное числовое представление, пригодное для последующего использования различными программными средствами проектирования, расчета и анализа здания и всех входящих в него компонентов и систем.

Сама информационная модель здания как организованный набор данных об объекте непосредственно используется создавшей ее программой. Но специалистам важно также иметь возможность брать информацию из модели в удобном виде и широко использовать ее в своей профессиональной деятельности вне рамок конкретной BIM-программы.

Отсюда возникает еще одна из важных задач информационного моделирования: предоставлять пользователю данные об объекте в широком спектре форматов, технологически пригодных для дальнейшей обработки компьютерными средствами.

Поэтому современные BIM-программы предполагают, что содержащуюся в модели информацию о здании можно получать для внешнего использования в большом спектре видов, минимальный перечень которых на сегодняшний день уже достаточно четко определен профессиональным сообществом и не вызывает никаких дискуссий (рис. 7).

К таким общепризнанным формам вывода или передачи содержащейся в BIM информации о здании прежде всего относятся:

чертежная 2Dрабочая документация и чертежные 3D-виды моделей;
плоские 2D-файлы и объемные 3D-модели для использования в различных CAD-программах;
таблицы, ведомости, спецификации;
файлы для использования в Интернете; Рис. 8. Леонид Скрябин. Этнографический центр на Камчатке. Дипломная работа. Модель выполнена в Autodesk Revit Architecture. НГАСУ (Сибстрин), 2010 г.
файлы с инженерными заданиями на изготовление входящих в модель изделий и конструкций;
файлы-заказы на поставку оборудования и материалов;
результаты тех или иных специальных расчетов;
видеоматериалы, отражающие моделируемые процессы;
файлы с данными для расчетов в других программах;
файлы презентационной визуализации и анимации модели (рис. 8);
виды объемных разрезов и других полных или неполных фрагментов проектируемого здания (рис. 9);
файлы для трехмерной печати;
данные для изготовления модели или ее частей на станках с ЧПУ, лазерных или механических резаках либо других подобных устройствах;
любые другие виды предоставления информации, которые потребуются при проектировании, строительстве или эксплуатации здания.

Все это многообразие форм выводимой информации обеспечивает универсальность и эффективность BIM как нового подхода к проектированию зданий и гарантирует ему в ближайшем будущем определяющее положение в архитектурно-строительной отрасли.

В заключение хочется выразить глубокую благодарность компании Autodesk за бесплатно предоставленное программное обеспечение, на котором были выполнены все представленные в статье учебные работы.

Геометрическое моделирование имеет своей целью описание элементов и явлений, обладающих геометрическими свойствами, поскольку наиболее естественным для них является графическое представление.

Геометрические модели нередко имеют иерархическую структуру, возникающую в процессе построения по принципу - снизу - вверх. Отдельные компоненты используются как строительные блоки для формирования объектов более высокого уровня, которые, в свою очередь, могут использоваться для объектов еще более высокого уровня. В общем случае геометрические модели подразделяются на двумерные и трехмерные.

При проектировании изображений реальных объектов, представленных в виде совокупности кривых линий и поверхностей, конструктор часто использует различные геометрические условия, например, прохождения через точки, касание к прямым или кривым линиям и т. д. Типичным примером двумерной геометрической модели является сложная кривая (обвод) представляющая собой кривую, составленную из нескольких кривых.

Что такое интерактивная графика?

Компьютер в машинной графике используется для описания изображений, их хранения, манипулирования ими, их вызова и визуализации, т.е. в основном: для пассивных операций. Компьютер выводит на экран предварительно подготовленное изображение, и наблюдатель не может непосредственно управлять изображением, прежде чем оно появится на экране. В каждом конкретном случае изображение может быть либо таким простым, как, например, графики простых функций, либо столь сложным, как визуализация результатов моделирования процесса автоматического полета и посадки самолета или космического корабля

В зависимости от степени участия пользователя в различных формах взаимодействия с ЭВМ при построении изображения, компьютерная графика подразделяется на два основных класса: “пассивную” или пакетную и “активную” или интерактивную компьютерную графику.

Компьютерная графика для пакетной обработки представляет собой систему, в которой ЭВМ под управлением прикладных программных пакетов (ППП) обеспечивает формирование и вывод графического изображения на экран графического дисплея, графопостроителя, на координатограф, для получения фотокопии изображения и другие устройства, позволяющие получать графические документы. Примером пакетной графики могут служить различные скоростные печатающие устройства, кинокамеры и видеомагнитофоны, создающие высококачественные, цветные изображения реальных или воображаемых объектов. И модификация (редактирование) этого изображения на выходном устройстве осуществляется под действием самого пакета прикладных программ в режиме конструирования и его повторного запуска.

Подсистема интерактивной компьютерной графики определяется совокупностью аппаратурно-программных средств, обеспечивающих реализацию алгоритма решения проектной задачи, при уточнении ее формулировки. Интерактивная компьютерная графика - это так же использование ЭВМ для подготовки и воспроизведения изображений, но при этом пользователь оперативно вносит изменения в изображение непосредственно в процессе его воспроизведения, т.е. предполагается возможность работы с графикой в режиме диалога в реальном масштабе времени. Интерактивная графика представляет собой важный раздел компьютерной графики, когда пользователь имеет возможность динамически управлять содержимым изображения, его формой, размером и цветом на поверхности дисплея с помощью интерактивных устройств управления. В динамической интерактивной машинной графике компьютер используется для подготовки и визуализации графических данных. Однако интерактивная графика позволяет наблюдателю в реальном масштабе времени влиять на весь процесс представления изображения.

Отдельные программы (или модули, или системы):CAD, CAM, САЕ, TDM развивались как универсальные системы для решения задач в конкретных областях.

CAD (Computer Aided Design)- модуль компьютерного геометрического моделирования (проектирования).

СAM (Computer Aided Manufaсturing)-модуль технологической подготовки производства.

CAE (Computer Aided Engineering)-модуль компьютерного инженерного анализа.

PDM (Product Data Management)-модуль, позволяющий управлять данными о продукции на протяжении всего жизненного цикла изделия при проектировании и подготовке производства

TDM (Technical Data Management)- модуль управления базами данных, включая документооборот конструкторской и технологической документации.

Постепенно расширяясь функционально и распространяясь на смежные области, стали формироваться объединённые системы, решающие весь спектр производственных задач, обозначаемые в соответствии с составляющими их модулями, например, CAD/CAM/CAE/PDM/TDM.

Рис. 1 Структурная схема такого типа САПР

Основные направления компьютерной графики:

· иллюстративное - это направление можно понимать, расширенно, начиная с представления результатов эксперимента, растровых изображений, картин и кончая созданием рекламных роликов;

· развития - стремительно развивающаяся компьютерная графика должна обслуживать свои потребности, расширяя и совершенствуя их;

· исследования, в которых инструментарий компьютерной графики начинает играть роль во многом подобную той, которую в свое время сыграл микроскоп;

· вывод изображения на экран компьютера является неотъемлемым, но всего лишь первым шагом на пути становления машинной графики. Довольно стремительно пройдя иллюстративный отрезок пути своего развития, компьютерная графика сосредоточилась как бы на двух генеральных направлениях: придание изображению необходимой динамики и придание изображению необходимой реалистичности.

К основным достоинствам компьютерной графики относятся:

· наиболее естественные средства общения с ЭВМ;

· хорошо развитый двухмерный и трехмерный механизм распознавания образов позволяет очень быстро и эффективно воспринимать и обрабатывать различные виды данных. Как гласит старинная китайская пословица: "Одна картинка стоит 1000 слов";

· она позволяет значительно расширить полосу пропускания при общении человека с ЭВМ за счет использования разумного сочетания текста, статических и динамических изображений по сравнению со случаями, когда можно работать только с текстами. Это расширение существенно влияет на возможность понимать данные, выявлять тенденции и визуализировать существующие или воображаемые объекты при обработке;

· высокая точность, быстрота и аккуратность автоматизированного выполнения чертежно-конструкторских работ, возможность многократного воспроизведения изображений и их вариантов, получение динамически изменяющихся изображений машинной мультипликации.

И хотя компьютерная графика всего лишь инструмент, ее структура и методы основаны на комплексном использовании передовых достижений науки и техники. Широко используются достижения из области фундаментальных естественных наук (физики, химии, математики, биологии) и программирования. Это справедливо как для программных, так и аппаратных средств формирования и реализации изображения, поскольку компьютерная графика одно из бурно развивающихся направлений компьютерной индустрии.

Обзор бесплатных программ для 3D моделирования

С помощью 3D технологий создаются фильмы, игры и физические модели. Как они создаются? Конечно же в специальных программах.

Сегодня существует множество программ для 3D моделирования, как коммерческих, так и бесплатных. Причем цены как коммерческие программные продукты очень велики и простому любителю эти программы не доступны. В реферате описаны ряд абсолютно бесплатных и свободных программ, которые может использовать каждый, оценить их сильные и слабые стороны.

Самые известные программы для 3D моделирования

Пожалуй самой известной программой для создания и редактирования трёхмерной графики и анимации является программа 3ds Max, разработанная компанией Autodesk. Почти любой, кто в той или иной степени интересовался компьютерной графикой, наверняка слышал о ней. Это профессиональная программа 3D моделирования, лицензия на которую стоит очень дорого (около 100 000 рублей), но для начинающих это не совсем правильный выбор.

К тому же, существуют и бесплатные программы для 3D, которые тоже достаточно известны. Некоторые из них когда-то были коммерческими, поэтому обладают обширными возможностями, практически не уступающим платным аналогам. Далее будут подробно рассмотрены следующие программы:

Blender — предлагает очень неплохие возможности работы с текстурой, разного рода симуляциями, рендерингом, анимацией, нелинейным редактированием и созданием интерактивных трехмерных приложений.

Wings 3D может быть использована для создания и текстурирования моделей с количеством полигонов от низкого до среднего

Incendia — программа, специализирующаяся на генерировании 3D фрактальных изображений

Google SketchUp — бесплатное приложение, позволяющее моделировать практически все — от объектов для Google Earth, интерьеров до геометрических фигур для наглядных пособий по основам геометрии.

Art Of Illusion — бесплатная студия моделирования и рендеринга. Имеет инструменты для моделирования, работающие на подразделении плоскости, анимацию, учитывающую особенности скелета и т.д.

3D Canvas в режиме реального времени создает комплексные трехмерные модели из простых или средствами самой программы.

Free CAD подходит для тех, кто учится работать с 3D CAD и симуляциями движения. Несмотря на то, что приложение бесплатное, оно мало уступает лучшим платным приложениям в том, что касается возможностей симуляции.

K3DSurf — программа для визуализации математических моделей в трех, четырех, пяти и шести измерениях, а также управления ими. Приложение поддерживает уравнения параметров и изоплоскости. Подходит любому, кому интересны функции математической графики, и не требует от пользователя специальных навыков.

K-3D — бесплатное приложение, идеальное для полигонального моделирования.

Х арактеристики программы:

ОС — Кроссплатформенное ПО

Разработчик — The Blender Foundation

Лицензия — GNU GPL (с 2002 года)

Особенности — универсальная программа для работы с трехмерной графикой, встроенные средства моделирования, анимации, рендеринга, постобработки видео и игровой движок.

ОС — Windows (2000/XP/Vista), Mac OS X, Linux

Разработчики — Bj?rn Gustavsson, Dan Gudmundsson, Richard Jones, и другие

Лицензия — BSD

Особенности — менеджер расширений, импорт и экспорт во многих популярных форматах.

ОС — Windows

Разработчик — Ramiro P?rez Clare Nash

Лицензия — Свободное программное обеспечение

Особенности — программа используется для создания трехмерных фракталов

ОС — Windows XP/Vista/7, Mac OS X 10.5+ (Leopard)/Mac OS X 10.6+ (Snow Leopard)

Разработчик — Google Inc.

Лицензия — Freeware (обычная версия)

Особенности — возможность использования SketchUp совместно с Google Планета Земля; очень удобный инструмент для моделирования зданий

Art Of Illusion

ОС — Кроссплатформенное ПО

Разработчик — Peter Eastman

Лицензия — GNU GPL

Особенности — универсальная программа для работы с трехмерной графикой, встроенная система плагинов

ОС — Windows XP/Vista/7

Разработчик — Amabilis Software

Лицензия — Freeware (обычная версия)

Особенности — система плагинов

ОС — Windows NT, POSIX (GNU/Linux, BSD)

Разработчик — J?rgen Riegel

Лицензия — GNU GPL

Особенности — система автоматизированного проектирования

Х арактеристики программы:

ОС — Кроссплатформенное ПО

Лицензия — Freeware

Особенности — программа, предназначенная для визуализации и редактирования математических моделей в трех, четырех, пяти и шести измерениях; поддерживает параметрические уравнения и изоповерхности

Sweet Home 3D

ОС — Кроссплатформенное ПО

Лицензия — GNU GPL

Особенности — программа предназначена для моделирования дизайна интерьера

ОС — Linux x86, Windows NT

Лицензия — GNU GPL

Особенности — хорошая альтернатива профессиональным пакетам

По данным кафедр графики МИИГА, МАМИ и др. применение графических систем геометрического моделирования в три – четыре раза сокращает время при выполнении чертежей. Чем сложнее чертежи, тем лучше результат.

Список использованных источников

Андреев, Ю. С. Методика разработки управляющих программ для токарного станка / Ю. С. Андреев, Ю. П. Кузьмин, А. А. Целищев // Редакционно-издательский отдел НИУ ИТМО – 2014

Куликов, Д. Д. ИПИ- технологии в приборостроении: учебно-методическое пособие. / Д. Д. Куликов, Б. С Падун, А. А. Грибовский, М. Я. Афанасьев – СПб: Университет ИТМО, 2014. – 149 с.

Куликов, Д. Д. Применение диаграмм UML для формирования алгоритмов решения технологических задач / Д. Д. Куликов, Ю. В. Федосов //Редакционно-издательский отдел НИУ ИТМО – 2015

Читайте также: