Cистематизация и обобщение тенденций построения современных графических систем, а также рассмотрение 2d и 3d моделирование в рамках графических систем, рассмотрение основных понятий ОС реального времени
Введение
Одним из главных направлений научно-технического прогресса в течение уже нескольких десятилетий является развитие методов и средств информатики и вычислительной техники. Использование методов математического моделирования и компьютерного решения инженерных и научных задач позволяет значительно повысить эффективность процессов проектирования и управления. Внедрение персональных компьютеров, компьютерных информационных сетей, построение и развитие INTERNET, широкое и разнообразное использование методов математического моделирования привели к расширению как практической, так и теоретической базы компьютерного моделирования.
Математическое компьютерное моделирование стало главным средством исследования сложных процессов и систем, на котором базируются современные подходы к проектированию, оптимизации и управления в различных областях науки и техники. Вычислительная математика стала основой для реализации и компьютерного расчета методов математического моделирования. Поэтому данная тема является актуальной на сегодняшний день.
Целью данной работы является систематизация и обобщение тенденций построения современных графических систем, а также рассмотрение 2d и 3d моделирование в рамках графических систем, рассмотрение основных понятий ОС реального времени.
Согласно поставленной цели необходимо решить следующие задачи, для ее достижения:
рассмотреть тенденции построения современных графических систем;
систематизировать и обобщить 2d и 3d моделирование в рамках графических систем;
провести теоретический обзор основных понятий ОС реального времени и их применение.
1. Тенденции построения современных графических систем: графическое ядро, приложения, инструментарий для написания приложений
Ни одна сфера человеческой деятельности не обходится без применения редакторов графической обработки изображений. Существует большое количество программных систем для работы с графикой, которые представлены в работах [1-3]. Такое количество программных продуктов связано с особенностями представления графической информации. Способ представления информации в графическом виде является наглядным, имеет лучшее восприятие, подается в концентрированном виде, развивает образное мышление и делает его гибким, позволяет генерировать новые идеи, избавиться от стереотипов мышления и создавать творческую среду при обсуждении определенной предметной области. Поэтому применение графических систем в производстве, научной и образовательной деятельности является важной и актуальной инженерной задачей.
Первые данные об использовании компьютера для представления графической информации датируются 50-ми годами прошлого века и были использованы для научных и военных целей. Программа выполняла основные операции по рисованию точек и линий, а также базовые операции работы с примитивами: копирование и перемещение. Графическая информация была очень громоздкой и не читабельной, требовала больших затрат времени от человека: чертежи диаграмм и графиков проводились вручную.
Типичными задачами, которые решают программные современные графические системы, является создание и редактирование изображений, распознавание и детализация их элементов. Каждая графическая система решает ту или иную задачу с помощью функциональных возможностей, которые закладываются разработчиком. Функциональные возможности графического программного обеспечения часто отличаются в зависимости от сферы применения программы. На сегодня существуют продукты, имеющие простой интерфейс и компонентную структуру, а также специализированные программы, которые отличаются широким выбором функций. Не существует универсального продукта, который решает все указанные задачи с надлежащим качеством.
Разобраться с тенденциями построения современных графических систем может помочь эффективная классификация. В соответствии с общепринятой классификацией, графические системы делятся на растровые, векторные и комбинированные. Следует заметить, что это достаточно ограниченная классификация, которая касается или разработки конструкторской документации, или для решения узкоспециализированных задач.
Создание программного обеспечения по обработке изображений и его возможности развиваются довольно быстро. Интерес к этому типу программного обеспечения обусловлен ростом требований к качеству конечного продукта и возможностями технических средств. Кроме коммерческой заинтересованности существуют также научные интересы в применении программных продуктов обработки изображений.
К классификационным признакам программного обеспечения, кроме способа представления информации, следует включить признаки назначения, условий распространения, поддерживаемые операционные среды, тип расположения. Полный вид предлагаемой классификации приведен на рис. 1.
Классификация не является окончательной, но позволяет пользователю ориентироваться в главных разработках, которые популярны на сегодняшний день.
Применение прикладных графических систем растровой графики для создания книжных и журнальных иллюстраций, обработки цифровых фотографий, видеокадров мультипликационных фильмов делает их необходимым инструментом для художников-иллюстраторов, фотографов, web-дизайнеров и других специалистов. Основным назначением пакетов прикладных программ растровой графики является работа с фотографическими изображениями, над которыми могут выполняться следующие операции:
• определение размера изображения;
• установление цветовой схемы;
• определение различий;
• редактирование яркости и контрастности;
• удаление нежелательных элементов;
• восстановление изображений и предоставлением им реалистичности.
Рисунок 1 -Классификация современных графических систем
Наиболее популярными графическими системами для работы с растровой графикой являются Adobe Photoshop, Picasa, Adobe Fireworks, Corel Photo-Paint, GIMP, Krita, Microsoft Photo Editor, Tux Paint, Artweaver, Paint
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. С помощью графического редактора можно получать различные эффекты, такие как туман, размытость, тонкая регулировка цвета, создание глубины предмета.
Основным элементом растровой графики является единица изображения квадратной формы, которую называют пикселем. К особенностям растровой графики можно отнести [4]:
• зависимость качества от масштаба;
• прямоугольная форма;
• критичность к выбору цветового режима.
На сегодня фрактальная графика является одной из наиболее перспективных видов компьютерной графики. Фрактальную графику используют для моделирование некоторых искусственных процессов и автоматической генерации абстрактных изображений.
Фрактальная графика получила свое развитие так как имеет возможность компактного представления изображений с помощью коэффициентов системы итерационных функций, которая представляет собой набор трехмерных аффинных пространственных преобразований. Основным проблемным вопросом является создание или поиск самоподобных областей и определение параметров их преобразований. Типичные аффинные преобразования для фрактальной графики это вращение, сдвиг, масштабирование и искривление. Система итерационных функций задает фрактал, под которым понимается структура, состоящая из частей самоподобных общему объекту. В центре фрактальной фигуры находится ее самый элемент - равносторонний треугольник, получивший название «фрактальный».
К основным преимуществам фрактальной графики относится возможность создания изображения любого размера и большой коэффициент сжатия изображение. Недостатком фрактальной графики является сложность применения, которая связана с нелинейным характером изображений.
2. 2d и 3d моделирование в рамках графических систем
Компьютерные геометрические модели, которые используются в современных машиностроительных САПР, принято разделять на две большие группы: 2D-модели и 3D-модели (от англ. Dimension - измерение). Это плоские (двумерные) и объемные (трехмерные) геометрические модели.
Плоские компьютерные геометрические модели (2D-модели) в полной мере используются в подсистемах САПР, предназначенных для разработки конструкторской документации. Точная геометрическая модель, которая лежит в основе правильного чертежа, может быть использована для измерений и расчетов в самом чертеже.
Она может быть включена в другие технические модели (применение в методе конечных элементов) или применена в технологическом моделировании (контур для обработки на станке с ЧПУ).
Объемные (трехмерные) геометрические модели (3D-модели) в настоящее время являются бесспорными лидерами развития компьютерного моделирования в технике. В настоящее время существуют сторонники того, что при полном внедрении объемного моделирования в машиностроении можно будет совсем отказаться от традиционных чертежей.
Объемное геометрическое компьютерное моделирование считается одной из самых универсальных компьютерных технологий, используемых в автоматизированных системах промышленного назначения.
Геометрическая и топологическая информация об изделии, наиболее полно представлена в трехмерной модели, применяется на различных этапах жизненного цикла, входит целиком или частично в другие модели, необходимые для работы локальных программ и автоматизированных систем.
Можно выделить две основные инженерные задачи, связанные с компьютерным моделированием трехмерных тел в машиностроении: построение компьютерной модели уже существующего изделия или его материальной модели; синтез формы еще не существующего изделия, которое проектируется.
При решении первой задачи используются технологии «обратного инжиниринга». При решении задач синтеза геометрических моделей (ГМ) применяется универсальное программное обеспечение подсистем геометрического моделирования, которые входят в состав всех без исключения машиностроительных САПР.
В настоящее время в САПР используются три типа ГМ:
- каркасная 3D-модель (wire frame model). В данном случае модель описывается набором вершин (точек) и ребер (отрезков);
- поверхностная 3D-модель (surface model). Объемное тело описывается набором ограничивающих его поверхностей. Точки и линии при этом используются для вспомогательных построений и образуются в виде вершин и ребер в результате пересечения поверхностей;
- твердотельная 3D-модель (solid model). Сплошное объемное тело сложной формы, которое формируется из множества простых объемных элементов с помощью операций объединения, пересечения, вычитания и преобразования (в геометрическом моделировании эти операции принято называть булевыми).
Современные автоматизированные системы промышленного назначения, как правило, способны оперировать всеми видами ГМ и даже создавать комбинированные модели, которые включают в себя различные типы элементов.
При геометрическом моделировании изделий машиностроения применяется ограниченное количество базовых элементов, которые называют объектами или примитивами: двухмерные объекты (точки, прямые, отрезки прямых, круги и их дуги, различные плоские кривые и контуры), поверхности (плоскости, поверхности, представленные семейством образующих, поверхности движения, криволинейные поверхности); объемные примитивы (параллелепипеды, призмы, пирамиды, конусы, произвольные многоугольники).
Точки, линии и поверхности являются математическими абстракциями, поскольку один из размеров у них всегда равен нулю.
Реальные объекты всегда имеют определенный объем, ограниченный внешней поверхностью тела
50% реферата недоступно для прочтения
Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
Задать вопрос
