Grafika komputerowa - Politechnika Gdańska · 2013-07-01 · Grafika komputerowa Dział informatyki zajmujący się wykorzystaniem komputerów do generowania obrazów oraz wizualizacją

Grafika komputerowa

Programy CAD

Politechnika Gdańsk

2012/13

1 dr inż. Michał Michna

Grafika komputerowa

Dział informatyki zajmujący się wykorzystaniem komputerów do generowania obrazów oraz wizualizacją rzeczywistych danych.

Jest narzędziem powszechnie stosowanym w nauce, technice, kulturze oraz rozrywce

Zastosowania: kartografia,

wizualizacja danych pomiarowych i symulacji komputerowych,

diagnostyka medyczna,

kreślenie i projektowanie wspomagane komputerowo (CAD),

przygotowanie publikacji (DTP),

efekty specjalne w filmach,

gry komputerowe.

2 dr inż. Michał Michna Politechnika Gdańsk

2012/13

Grafika komputerowa

dr inż. Michał Michna 3

Grafika dwuwymiarowa (2D)

wszystkie obiekty są płaskie

każdy obraz rastrowy należy do tej kategorii

Grafika trójwymiarowa (3D)

obiekty są umieszczone w przestrzeni

trójwymiarowej i celem programu komputerowego

jest przede wszystkim przedstawienie

trójwymiarowego świata na dwuwymiarowym

obrazie


2012/13

Grafika rastrowa


Reprezentacja obrazu za pomocą pionowo-poziomej

siatki odpowiednio kolorowanych pikseli na

monitorze komputera

Bez zastosowania kompresji kolor każdego piksela

jest definiowany osobno

Umożliwia uzyskanie dużego realizmu

kolorystycznego poprzez indywidualne określanie

barwy każdego elementu.

Wielkość plików szybko rośnie wraz z

rozdzielczością (liczbą pikseli) obrazu.


2012/13

Grafika rastrowa


Zastosowanie:

Grafika fotorealistyczna,

Cyfrowa obróbka obrazu,

Fotografia cyfrowa,

Telewizja cyfrowa i wideo,

Internet

Formaty plików

BMP – mapa bitowa

TIF – Tagget Image File Format

JPG, JPEG – pełna paleta barw RGB stratną kompresja DCT.

PNG - Potrable Network Graphics


2012/13

Grafika wektorowa

Obraz jest rysowany za pomocą kresek lub łuków i

innych figur geometrycznych, dla których

zapamiętywane są charakterystyczne dane.

obraz opisany jest za pomocą

2D - figur geometrycznych

3D - brył geometrycznych

umiejscowionych w matematycznie zdefiniowanym

układzie współrzędnych,


2012/13


Grafika wektorowa


Zalety:

skalowalność, prostota opisu,

mniejszy rozmiar pliku wynikowego,

opis przestrzeni trójwymiarowych,

możliwość użycia ploterów CAM,

możliwość konwersji do grafiki rastrowej.

Wady

ogromna złożoność pamięciowa dla obrazów

fotorealistycznych


2012/13

Grafika wektorowa


Zastosowanie

schematy naukowe i techniczne

mapy i plany,

logo, herby, flagi, godła,

różnego typu znaki, np. drogowe,

część graficznej twórczości artystycznej (np. komiksy)

fonty

Formaty zapisu i programy

W3C : *.svg

Autodesk AutoCAD, INVENTOR: *.dxf, *.dwg, *.ipt

CorelDraw: *.cdr

Microsoft: *.wmf

LINE

5

207

330

1F

100

AcDbEntity

8

pasmo

100


2012/13

Powiększanie obrazu


2012/13


Programy CAD

Modelowanie graficzne

Dokumentacja techniczna

dr inż. Michał Michna 10 Politechnika Gdańsk

2012/13

Techniki CAD


2012/13


CAD (Computer Aided Design) Komputerowo Wspomagane Projektowanie

Narzędzia i techniki wspomagające prace w zakresie: projektowania,

modelowania geometrycznego,

tworzenia i opracowywania dokumentacji konstrukcyjnej, w tym struktury produktu i list kompletacyjnych,

opracowywania dokumentacji technologicznej (karty i formularze operacji technologicznych wraz ze szkicami), przeznaczonej do obróbki na konwencjonalnych obrabiarkach.

Cyfrowe modelowanie geometryczne

CAD

Koncepcja

Inne analizy

Multimedialna prezentacja

produktu

Wirtualna obróbka

Wytwarzanie

Sporządzenie dokumentacji

Optymalizacja

Obliczenia wytrzymałościowe


2012/13


Systemy CAD

Od deski kreślarskiej do numerycznego modelu

parametrycznego 3D

1980

125 tys USD, 16bit, 512kB RAM, 20Mb HDD

1982 AutoCAD, Catia

1988 ProEngineer

1993 SolidWorks


2012/13

Kreślenie

CADD

Modelowanie

średniego

poziomu

Modelowanie

najwyższego

poziomu

Systemy CAD

VersaCAD

AutoCAD

IronCAD

MechnicalDesktop

Microstation

Inventor

SolidWorks

SolidEdge

ProEngeener

CATIA

NX


2012/13

Autodesk

AutoCAD

AutoCAD Mechnical

AutoCAD Electrical

Inventor


2012/13

Rysowanie 2D

Autodesk AutoCAD


2012/13


Elementy geometryczne


Punkt

Linia, łuk, splajn ….

Dwuwymiarowe – powierzchnie

Trójwymiarowe – bryły

Modele krawędziowe

Modele powierzchniowe

Modele bryłowe


2012/13

Układy współrzędnych


Na płaszczyźnie 2D

Kartezjański – prostokątny

biegunowy

Na płaszczyźnie 3D

Prostokątny – kartezjański

Biegunowy (sferyczny)

Walcowy (cylindryczny)


2012/13

Układ dwuwymiarowy


Układ kartezjański

Command: line

From point: #-2,1

To point: @5,0

To point: @0,3

To point: @-5,-3


2012/13

Układ dwuwymiarowy


Układ biegunowy

P(r,j)

długość promienia wodzącego r

kąt obrotu j,

Command: line

From point: @3<45

To point: @5<285

sin

)cos(

ry

rx

x

y

yxr

arctan

22


2012/13

Układ trójwymiarowy


Układ kartezjański

p(x,y,z)

From point: 0,0,5

To point: 3,4

222 zyxr


2012/13



Układ cylindryczny (walcowy)

r długości rzutu promienia wodzącego na płaszczyznę XY

Kąt j jaki tworzy rzut r z osią X

z współrzędna

zz

y

x

jr

jr

sin

)cos(

rj

j

y

x

y

yx

arcsinarctan

22


2012/13



Układ sferyczny

r długości promienia wodzącego oraz dwóch kątów u i j, jakie

promień r tworzy z osią Z i odpowiednio rzut promienia r na

płaszczyznę XY z osią X

u

ju

ju

sin

sin)sin(

cos)cos(

zz

ry

rx

r

z

x

y

zyxr

arcsin

arctan

222

u

j


2012/13

Lokalne układy współrzędnych


2012/13

Warstwy


Warstwy są odpowiednikiem przezroczystych folii

nakładanych na rysunek.

służą do szybkiego grupowania i zarządzania

informacjami w zależności np. od ich funkcji.


2012/13


Linia

Za pomocą polecenia LINIA można tworzyć serie

segmentów linii ciągłej. Poszczególne segmenty to

obiekty liniowe, które można edytować osobno

Polilinia to sekwencja połączonych segmentów

utworzonych jako pojedynczy obiekt. Można

utworzyć prostoliniowe segmenty linii, segmenty

łuków lub kombinacje obu


2012/13



Za pomocą polecenia PROSTOK można tworzyć

zamknięte polilinie o kształcie prostokąta.

Za pomocą polecenia WIELOBOK można tworzyć

zamknięte polilinie, które mają od 3 do 1024

równych boków.


2012/13



Łuki

Aby narysować łuk, można określić różne

kombinacje środka, końca, punktu początkowego,

promienia, kąta cięciwy i zwrotu.

Okręgi

Aby tworzyć okręgi, można określić różne

kombinacje środka, promienia, średnicy, punktów na

obwodzie i punktów innych obiektów.


2012/13




Splajny (krzywa B-sklejana)

Umożliwia utworzenie gładkiej krzywej przechodzącej

przez punkt dopasowania lub w pobliżu wierzchołków

sterujących


2012/13

Techniki CAD - więzy


Geometryczne


2012/13

Techniki CAD - więzy


Wymiarowe


2012/13

Techniki CAD - parametry


Definiowanie cech obiektu który chcemy aby był parametryczny.

Zamiast podawać długość odcinka definiujemy ją jako zmienną.

Może być ona wyrażona prostą zależnością lub skomplikowanym wzorem


2012/13

Modelowanie 3D

Autodesk AutoCAD

Autodesk Inventor


2012/13

Modele cyfrowe


2012/13

Modele bryłowe


Model bryłowy jest zamkniętym obiektem 3D z

przypisanymi właściwościami, takimi jak masa,

objętość, środek ciężkości i moment bezwładności

Podstawą pracy podczas modelowania mogą być

prymitywy bryłowe, takie jak stożki, kostki, walce i

ostrosłupy,

Prymityw można zmodyfikować oraz ponownie

połączyć, aby utworzyć nowe kształty.

Można również narysować niestandardowe

wyciągnięcie polibryły i utworzyć bryły różnymi

operacjami ukosowania na podstawie linii i krzywych

2D.


2012/13

Modele bryłowe


2012/13



Model powierzchni jest cienką powłoką, której nie są

przypisane masa ani objętość.

W programie AutoCAD oferowane są dwa typy

powierzchni: proceduralne i NURBS

utworzeniu podstawowego modelu z użyciem siatki,

brył i powierzchni proceduralnych, a następnie

przekształceniu ich w powierzchnie NURBS.


2012/13



2012/13

Modele krawędziowe (siatki)


Model siatki składa się z wierzchołków, krawędzi i

ścian, w przypadku których do zdefiniowania kształtu

3D jest używana reprezentacja za pomocą

wielokątów (w tym trójkątów i czworoboków).

W przeciwieństwie do modeli bryłowych do siatki nie

są przypisane właściwości fizyczne

Modele siatki można następnie zmodyfikować na

sposoby, które nie są osiągalne w przypadku

powierzchni lub brył 3D (fałdowania, podziały i

zwiększanie poziomów gładkości)


2012/13

Modele krawędziowe (siatki)


2012/13

Techniki modelowania 3D


Biblioteka każdego programu CAD zawiera skończoną liczbę standardowych obiektów 3D.

W przypadku bardziej złożonych obiektów użytkownik ma do dyspozycji pewien zbiór komputerowych narzędzi i technik, za pomocą których może narysować dowolny model 3D.

Każdy program CAD zawiera specyficzny dla siebie zbiór narzędzi, ale niektóre techniki modelowania są podobne


2012/13



Invenetor 2011


2012/13


Wyciągnięcie proste

dodanie przestrzenności prostopadle do szkicu 2D


2012/13

Wyciągnięcie

proste



2012/13



Obrót

Tworzy koncentryczne wyciągnięcie dookoła osi lub

szkicu prostoliniowego.


2012/13

Obrót


Obiekt kształtowy

podstawa

Oś obrotu

Obrót o 135 stopni


2012/13


Wyciągnięcie złożone

wykorzystuje dwa lub więcej szkice 2D, aby utworzyć

wyciągnięcie, które moduluje kształt z jednego profilu

szkicu do następnego. Wyciągnięcie złożone może

również użyć dodatkowo szkice 2D lub 3D, aby pomóc

kontrolować wyciągnięty szkic


2012/13

Wyciągnięcie

złożone



2012/13

Wyciągnięcie złożone


Profil 1

Profil 2

Profil 3


2012/13


Przeciągnięcie

Tworzy wyciągnięcie

szkicowanego kształtu

wzdłuż zdefiniowanej ścieżki

dwóch szkiców do utworzenia wyciągnięcia prostego:

szkicu 2D do utworzenia profilu wyciągnięcia i szkicu 3D

(lub innego szkicu 2D) do określenia kierunku lub ścieżki

wyciągnięcia


2012/13

Przeciągnięcie


Obiekt kształtowy

podstawa

Ścieżka

przeciągnięcia


2012/13


Skorupa

Tworzy wgłębienie w części z określoną grubością ścianki


2012/13


Żebra i półki

Tworzy żebra (cienkościenne zamknięte podpory) i

wzmocnienia (cienkościenne otwarte podpory).


2012/13

Techniki modelowani 3D


Zwój

Tworzy heliakalny element lub bryłę.

Służy do tworzenia gwintów i sprężyn zwojowych dla

powierzchni walcowatych


2012/13

Otwory



2012/13


Zaokrąglenie / zaokrąglenie zmienne

tworzy gładkie przejścia z jednego promienia do innego i

przejścia prostoliniowe między promieniami


2012/13

Suma logiczna


Operand A Operand B

Suma

logiczna

A+ B

Siatka obiektu

wynikowego.

Znikają niektóre pierwotne

węzły obiektu A i B oraz

tworzą się nowe węzły.

Następuje zmiana

organizacji węzłów


2012/13

Iloczyn logiczny (część wspólna)


Operand A Operand B

Iloczyn

logiczny

A*B

Siatka obiektu

wynikowego. Tworzą się

nowe węzły odpowiednio

zorganizowane


2012/13

Różnica logiczna


Operand A Operand B

Różnica

logiczna

A – B

Różnica

logiczna

B – A


2012/13

Lokalne układy współrzędnych


2012/13

Techniki CAD - parametry


2012/13

Modelowanie a rysowanie


2012/13


Rysowanie / modelowanie

Modelowanie elementów 3D rozpoczyna się od

utworzenia dwuwymiarowego szkicu

Szkicowanie polega

na tworzeniu

linii, łuków,

okręgów i wymiarów

Figury geometryczne

szkicu programu

przechwytują informacje o ich relacjach podczas

tworzenia


2012/13

Modelowanie geometryczne

Powiązania między modelami 3D-2D-3D.


Przy zmianie modelu 3D, rysunek jest

uaktualniany automatycznie

Przy zmianie wymiarów modelu w

rysunku, model 3D jest uaktualniany

automatycznie


2012/13


Rysunek 2D można utworzyć w dowolnej kolejności,

w dowolny sposób

Sekwencja modelowania 3D przypomina tworzenie

fizycznej części

Utworzenie jednego elementu jest zazwyczaj

uzależnione od poprzedniego elementu

Modelowanie 3D powinno umożliwić programowi

śledzenie sensu geometrii


2012/13


Dokumentacje wykonuje się po zakończeniu dodawania elementów (lub komponentów) do modelu

Widoki modelu są rozplanowane na arkuszu rysunku z uwzględnieniem widoczności krawędzi

Na rysunkach można ręcznie umieszczać wymiary.

Można także importować wymiary umieszczone na szkicach modelowych i używać ich w odpowiednich widokach rysunków.

Rysunek wykorzystuje umiejscowione widoki modelu, dlatego wszystkie zmiany dokonane w modelach zostaną automatycznie odzwierciedlone w zaktualizowanych rysunkach.


2012/13

Modelowanie geometryczne


Model wirtualny/numeryczny

Model geometryczny

Model parametryczny

Model fizyczny – właściwości materiałów

Liczy się nie tylko efekt wizualny

Generacja rysunkowej dokumentacji technicznej

Eksport do systemów CAD/CAM

Cyfrowe prototypowanie

Obliczenia wytrzymałościowe

Wykonanie dokumentacji CAM

Wizualizacja produktu


2012/13

Literatura

1. Chlebus E. Techniki komputerowe CAx w inżynierii produkcji,

WNT 2000

2. Miecielica M., Wiśniewski W.: Komputerowe wspomaganie

projektowania procesów technologicznych. Wydawnictwo

Naukowe PWN/MIKOM 2005

3. Przybylski W., Mariusz D.: Komputerowo wspomagane wytwarzanie

maszyn. Podstawy i zastosowanie. WNT 2007

4. Sydo M. Wprowadzenie do CAD, Wydawnictwo Naukowe

PWN/MIKOM, 2009

5. Jaskulski A. Autodesk Inventor 2011 PL/2011. Metodyka

projektowania. Wydawnictwo Naukowe PWN, 2011

6. Jaskulski A. AutoCAD 2011/LT2011+. Kurs projektowania

parametrycznego i nieparametrycznego 2D i 3D. Wersja polska i

angielska Wydawnictwo Naukowe PWN, 2010 Politechnika Gdańsk

2012/13


Documents

Grafika komputerowa - Politechnika Gdańska · 2013-07-01 · Grafika komputerowa Dział informatyki zajmujący się wykorzystaniem komputerów do generowania obrazów oraz wizualizacją