Materijal za II teorijski test/ispitni test:

Teme:

•Modelovanje

•Animacija

Projektovanje izrade crtežaPre početka crtanja svakog crteža, makar i najjednostavnijeg, treba pažljivo projektovati postupak crtanja.Projektovanje crteža bi trebalo da se sastoji od:

• određivanje veličine crteža,

• određivanje razmere u kojoj će crtež biti nacrtan,

• određivanje slojeva, njihovih atributa i objekata koji se na njima nalaze,

• uočavanje simetrija na crtežu,

• uočavanje objekata koji se ponavljaju,

• uočavanje objekata koji se dobijaju rotacijom drugih objekata,

• uočavanje objekata koji se dobijaju transformacijama drugih objekata i

• uočavanje objekata koji se dobijaju manjim izmenama drugih objekata.

Računarska grafika i vizuelizacija

• Ispod umetničke spoljašnjosti kompjuterske grafike krije se složen “matematički svemir” , ističe Fink u knjizi o Photoshop-u. U ovom poglavlju o Mathcad-u taj “svemir” se delimično vidi. Mathcad nije isključivo grafički program.

• Međutim, sa stanovišta matematičke grafike, jeste. Naime, ovde se matematika koristi direktno i programom se komunicira vizuelno.

• Kao i kod drugih modernih matematičkih programa i ovde je ostvaren fini spoj sa vizuelizacijom. Današnji računari procesiraju dve osnovne vrste grafike: vektorske i rasterske. Ove podele nisu isključive, i jasno je da se jedna grafika dopunjuje drugom .

• U tako širokoj oblasti kao što je računarska grafika, postoje mnoge definicije.

Računarska grafika

• Računarska grafika predstavlja umetnost i nauku prenošenja informacija koje su dobijene i saopštene izračunavanjem.

• To zahteva: projektovanje i konstruisanje modela koji informacije saopštava na način koji omogućuje generisanje i gledanje slika, projektovanje uređaja i tehniku pomoću kojih osoba može da komunicira sa modelom ili pogledom.

• Pronalaženje metoda za prikazivanje modela i osmišljavanje načina pomoću kojih se slike mogu sačuvati, takođe, pripadaju računarskoj grafici.

• Njen cilj je da u proces razumevanja nekog objekta uključe korisnikova čula vida, pored drugih kognitivnih čula.

Vizuelizacija podataka

• Cilj vizuelizacije je određivanje i prezentacija odgovarajućih međusobno povezanih struktura i odnosa kako u naučnim (računske i medicinske nauke), tako i u apstraktnijim skupovima podataka.

• Glavni cilj prezentacije treba da bude prenošenje informacija iz skupa podataka na način koji poboljšava razumevanje.

• Iako aktuelne tehnike vizuelizacija iskorišćavaju samo vizuelne sposobnosti ljudi, istražuju se i drugi senzorni modaliteti. Tu spadaju zvuk i dodir, koji mogu pomoći u procesu otkrivanja informacija.

Virtuelna stvarnost• Virtuelna stvarnost omogućava korisniku da doživi trodimenzionalno

okruženje generisano računarskom grafikom i možda nekim drugim senzornim modalitetima, kako bi se obezbedilo okruženje za bolju interakciju između korisnika i računarski kreiranog sveta.

Računarska vidljivost• Cilj računarske vidljivosti je izvođenje svojstava i strukture

trodimenzionalnog sveta na osnovu jedne dvodimenzionalne slike, ili više njih.

• Razumevanje i praktikovanje računarske vidljivosti zavisi od osnovnih koncepata računarstva, ali ima i jake veze sa naučnim granama fizike, matematike, inženjerstva, psihologije, prava i medicine.

• Uopšte, u računarskoj vizuelizaciji, pored statičkih uvrštena je i dinamička grafika tj. animacija.

Programi za računarsku grafiku

• Programi za crtanje, kao što su CorelDraw, FreeHand, Ilustrator i Canvas, posvećeni su formiranju vektorski orijentisane grafike. U nekim paketima, zasnovanim na vektorskom crtanju, kao što je Macromedia Flash, značajno smanjuju vreme za prenos fajlova preko Web-a, iako sadrže i bitmape u crtežu.

• Programi za 3D grafiku zahtevaju brzo procesiranje, naročito kada se intenzivno koriste nurbsovi, splajnovi, bit-mape i sl.

• Ova grafika se lako štampa na papiru i to u visokoj rezoluciji. Programi za bojenje, kao što su: Photoshop, Fireworks, Painter i Paint, stvoreni su za kreiranje bitmapiranih slika.

• Izvesne programske aplikacije kombinuju crtanje i bojenje, ali mnogi računarski sistemi mogu da uvezu samo bitmapirane slike.

Vektorska grafika

• Vektorski crtež zasnovan je na računarskom opisu pravih i krivih linija. Ovi crteži su matematički opisi oblika i položaja objekta u virtuelnom prostoru.

• U tom smislu su kompaktni i potpuno prenosivi; prema potrebi mogu biti izuzetno povećani ili smanjeni (skalirani) bez uočljivih oštećenja, gubitaka ili gubitaka kvaliteta.

• Za sličan vizuelni efekat zahtevaju relativno velike fajlove rasterske slike. Većina multimedijalnih sistema omogućava korišćenje vektorski nacrtanih objekata kao što su: linije, pravougaonici, splajnovi, poligoni ili tekst.

• Programi za dizajn pomoću računara (CAD) tradicionalno koriste vektorski nacrtane objekte u cilju stvaranja geometrijski i vizuelno kompleksnih modela potrebnih arhitektama i inženjerima, umetnicima i dr.

• Brojni programi su usmereni na modeliranje, projektovanje, proračun i animaciju.

• To su AutoCAD, Maya, 3DStudio Max, Inventor, Pro/Engineer, Catia, SolidWorks, Solid Edge, Mechanical Desktop i dr.

• Grafički umetnici koji dizajniraju i štampaju ove medije, koriste vektorski formirane objekte.

• Zato što takve grafičke dizajne treba odštampati bez nepoželjnih “reckavosti” i mozaičkih struktura.

• Pri tome se koriste moćne Bezijeove krive, nurbsovi, Kunsove površi i sl. Ovo svakako, zahteva višu rezoluciju štampača, korišćenjem jezika za opis formata kao što je npr. PostScript.

• Programi za 3D animaciju u većini slučajeva koriste vektorski kreiranu grafiku.

• Npr. različite promene u položaju, rotacija i senčenje svetlosti koji se zahtevaju za obrtanje objekta, moraju, takođe, biti izračunati matematički.

• Za formiranje objekta vektorskim opisom obično se upotrebljava:

– Dekartov, sferni,

– cilindrični ili

– polarni koordinatni sistem.

• Za WEB stranice koje koriste vektorsku grafiku u dodatnim programima, kao što je Flash, ovi tipovi grafike učitavaju se znatno brže od rasterskih bitmapa.

• Iako je ogromna količina informacija potrebna da bi se prikazala 3D scena kod vektorske grafike uz korišćenje matematičkih konstrukcija, ipak je znatno manja nego kod rasterske.

CAD modeliranje trodimenzionalnih objekata• Crteži kreirani na papiru obično predstavljaju dvodimenzionalne prikaze

trodimenzionalnih modela.

• Neophodno je da i osoba koja kreira crtež i subjekti koje crtež tumače, razumeju na koji način treba da se interpretiraju informacije koje crtež, odnosno projekat sadrže.

• Kada veći broj crteža treba da predstavlja više različitih 2D pogleda (projekcija) istog 3D modela, pri čemu je svaki prikaz kreiran nezavisno, povećava se mogućnost pogrešnog tumačenja.

• Ono što je posebno značajno, u slučaju da je potrebno modifikovati prikazani objekat, svaki prikaz se, tako|e, mora zasebno modifikovati.

• Kao što se to moglo zaključiti na osnovu prethodnih poglavlja o 2D crtanju, sam postupak kreiranja objekata je samo jedan deo ukupnog procesa izrade nekog 3D modela.

• Važan koncept u gotovo svakoj aplikaciji iz CAD familije, koja je vezana za probleme grafičkog modeliranja, jeste projektovanje objekata iz prostora na ravan crteža, ali tako da se tačno dočara njegov stvarni izgled.

• 3D koncepti se koriste u svakom aspektu rada sa CAD sistemima.

• Omogućavaju da se kreiraju virtualni modeli, pre nego što se i stvarno materijalizuju u proizvodnji.

• Savremenim programima, danas, se može izvršiti potpuna integracija procesa 3D projektovanja sa fazom 2D predstave, putem projekcija takvog modela. U tom smislu, vrlo je bitno da postoji generisanje 3D modela kao objekta koji treba da se tehnički objektivno predstavi.

• Uz pomoć 3D modela kreira se osnova za inženjerske crteže za više pogleda.

• Pored toga, u CAE analizi, 3D modeli su neophodni za kinematsko spajanje delova u 3D sklopove, kod kompleksnih delova mašinogradnje, gra|evinskih objekata itd.

• Na taj način postoji osnova za simulaciju: pouzdanosti, cene koštanja, veličine, naponskog stanja; obuhvatajući i neke dinamičke funkcije kao što su: brzina, odnos pritiska i težina, potrošnja goriva i sl.

• Važan aspekt 3D je i (foto)realistička predstava koja omogućuje da se prikažu verodostojne slike proizvoda, pre nego što se oni konačno realizuju (sl. 1.1)

• Ovakav vid ”3D komunikacije” skraćuje ciklus razvoja proizvoda, proširuje kvalitet istog i obezbe|uje visok nivo integracije i poverenja u procesu projektovanja budućeg

• proizvoda. Pri tome, timovi projektanata moraju imati visok nivo “3D komunikacije”, da bi povezali fazu 3D modeliranja sa analizom, proizvodnjom i fazom dokumentovanja proizvoda. AutoCAD obezbe|uje žičani i puni (renderovani) prikaz modela ove vrste.

• 3D grafika, koja je osnova 3D geometrijskog modeliranja, se pojavila 60-ih godina prošlog veka najpre u oblasti automobilske i vazduhoplovne industrije.

• Danas se računarska grafika u inženjerstvu koristi na mnogo

• načina u više različitih oblasti. 3D grafičko moderanje je tada bilo moguće jedino na računarima velikog kapaciteta.

• Pronalaskom table za skiciranje 1962. godine (Shaterlend), konstruktoru je omogućeno da grafički komunicira sa računarom.

• U tu svrhu se koristilo svetlosno pero i vizuelni displej CAD sistema. Ovaj pronalazak vezan je za 2D ortogonalnu geometriju u kojoj se svaka projekcija kreira kao posebna slika.

• 70-ih godina naglo se razvijaju računarske metode za 3D: žičano, površinsko i solid modeliranje, koje donose napredak u odnosu na tada dominantnu 2D geometriju.

• Uvo|enjem 3D geometrije došlo je do promena u manipulaciji 3D primitivima koji su služili za formiranje osnova kompleksnim površinskim i solid modelima.

Trodimenzionalni koordinatni sistem i konstrukcione ravni

• U modeliranju je moguće koristiti nekoliko različitih tipova koordinatnih sistema:

– apsolutni, relativni, polarni, sferični i cilindrični.

• Međutim, većina CAD sistema koristi Dekartov ili tzv. kartenzijanski – pravougaoni koordinatni sistem, zajedno sa tri različite metode zadavanja koordinata tačaka u prostoru.

• Ove koordinate se najčešće definišu preko tri me|usobno upravne ose: X, Y i Z, koje se seku u koordinatnom početku. Svi geometrijski podaci o entitetima, bilo iz 2D ravni ili iz 3D prostora, imaju veze sa koordinatnim sistemima. Početne koordinate tog sistema u AutoCAD-u su po default-u (x,y,z) = (0,0,0) (i iz tih razloga ih nazivamo “globalnim” ili “svetskim”).

Ovaj koordinatni sistem je standardni i predstavlja, po pravilu, početnu orijentaciju u radu na geometrijskom 3D modeliranju.

Crteži sa više pogleda i standardni rasporedi projekcija 3D objekta

• Radionički, sklopni ili drugi crteži imaju odre|ena ograničenja, jer u suštini predstavljaju 2D opis 3D objekata. Njihovo jednoznačno tumačenje moraju izvršiti stručna lica kojima su poznata pravila tehničkog opisa modela. Prema tome, za prenos ideje na nosiloca informacije (elektronski, ili na papiru) postoje standardni metodi grafičke komunikacije.

• Uobičajeno je da projektanti pripremaju tehničku dokumentaciju modeliranih 3D objekata u računarskom prostoru modela i u dvodimenzionalnom prostoru papira, tj. layout-u. Tada se koriste standardne metode za predstavljanje 3D objekata u dve dimenzije, odnosno koriste se ortogonalne rojekcije.

Ortogonalnim projekcijama proces se svodi na prikazivanje, sa namenom da se postavi svaki od pogleda, ponaosob. Trodimenzionalni objekat može se predstaviti, kao što je poznato, sa šest ortogonalnih projekcija. Objekat projektovanja postavlja se u odgovarajući položaj u odnosu na projektne ravni. Korisnik posmatra objekat ortogonalno (upravno) iz pozicija: a (glavni), b (odozgo), c (sleva), d (sdesna), e (odozdo) i f (straga).

Evropski raspored projekcija• Za kreiranje internacionalnih metričkih crteža koristi se skup standarda koje je definisala ISO

organizacija (International Standard Organization). Sistem projekcija (rasporeda) se formira u ortogonalnim smerovima na objekat sa šest njegovih strana. U svakoj projekcijskoj ravni vide se po dve dimenzije predmeta.

Dovoljan broj ortogonalnih projekcija• Jedan od principa predstavljanja objekta u tehničkom crtanju je taj, da ga

treba prikazati u dovoljnom broj projekcija, da bi objekat bio jednoznačno određen. Isti princip se uvažava kod formiranja tehničke dokumentacije i u računarskom projektovanju objekata prilikom generisanja njegovih 2D projekcija.

• Kriterijumi za izbor projekcije su sledeći:

– Najbolje i najjasnije prikazivanje objekta.

– Najviše površina objekta treba da stoji paralelno, odnosno normalno na projektne ravni u tom pogledu.

– Da se njegovim izborom maksimalno smanji broj nevidljivih (pozadinskih) kontura objekta.

– Olakšava se mogućnost čitanja (ili editovanja) teksta na modelu.

– Da ovaj položaj odgovara funkcionalnom položaju izrade i eksploatacije objekta.