Научная графика — первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, производили их графическую обработку, строили графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Первые графики на машине получали в режиме символьной печати. Затем появились специальные устройства — графопостроители (плоттеры) для вычерчивания чертежей и графиков чернильным пером на бумаге. Современная научная компьютерная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов.
Деловая графика — область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчётная документация, статистические сводки — вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы. Программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц.
Конструкторская графика используется в работе инженеров-конструкторов, архитекторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом САПР (систем автоматизации проектирования). Средствами конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трёхмерные изображения.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ
Иллюстративная графика — это произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Пакеты иллюстративной графики относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения. Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.
Художественная и рекламная графика — ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видео уроки, видео презентации. Графические пакеты для этих целей требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и «движущихся картинок». Получение рисунков трёхмерных объектов, их повороты, приближения, удаления, деформации связано с большим объёмом вычислений. Передача освещённости объекта в зависимости от положения источника света, от расположения теней, от фактуры поверхности, требует расчётов, учитывающих законы оптики.
Компьютерная анимация — это получение движущихся изображений на экране дисплея. Художник создает на экране рисунки начального и конечного положения движущихся объектов, все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер, выполняя расчёты, опирающиеся на математическое описание данного вида движения. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определённой частотой, создают иллюзию движения.
Мультимедиа — это объединение высококачественного изображения на экране компьютера со звуковым сопровождением. Наибольшее распространение системы мультимедиа получили в области обучения, рекламы, развлечений.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ
Технологии компьютерной графики
Двухмерная (2D — от англ. two dimensions — «два измерения») — компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую, хотя обособляют ещё и фрактальный тип представления изображений.
Векторная графика — представляет изображение как набор геометрических примитивов. Обычно в качестве них выбираются точки, прямые, окружности, прямоугольники, а также как общий случай, кривые некоторого порядка. Объектам присваиваются некоторые атрибуты, например, толщина линий, цвет заполнения. Рисунок хранится как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих набор примитивов. При воспроизведении перекрывающихся объектов имеет значение их порядок.
Растровая графика всегда оперирует двумерным массивом (матрицей) пикселей. Каждому пикселю сопоставляется значение — яркости, цвета, прозрачности — или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов.
Фрактал — объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.
Трёхмерная графика (3D — от англ. three dimensions — «три измерения») оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.
1.2 Среда моделирования
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ
Blender — свободный, профессиональный пакет для создания трёхмерной компьютерной графики, включающий в себя средства моделирования, анимации, рендеринга, постобработки и монтажа видео со звуком, компоновки с помощью «узлов» (Node Compositing), а также для создания интерактивных игр. В настоящее время пользуется наибольшей популярностью среди бесплатных 3D редакторов в связи с его быстрым и стабильным развитием, которому способствует профессиональная команда разработчиков.
Рисунок 1.1 – Логотип программы «Blender»
Blender был разработан как рабочий инструмент голландской анимационной студией NeoGeo (не имеет отношения к игровой консоли Neo-Geo). В июне 1998 года автор Blender’а, Тон Розендаль (Ton Roosendaal), основал компанию Not a Number (NaN) с целью дальнейшего развития и сопровождения Blender. Программа распространялась по принципу shareware.
В 2002 году компания NaN обанкротилась. Усилиями Тона Розендаля кредиторы соглашаются на изменение лицензии распространения Blender в пользу GNU GPL с условием единовременной выплаты 100 тысяч евро. 18 июля 2002 года началась программа по сбору спонсорских пожертвований на покрытие необходимой суммы. Уже 7 сентября 2002 года было объявлено о том, что необходимая сумма набрана, и о планах перевести в ближайшее время исходный код и сам Blender под лицензию GPL.
13 октября 2002 года компания Blender Foundation представила лицензированный под GNU GPL продукт.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ
В настоящее время Blender является проектом с открытым исходным кодом и развивается при активной поддержке Blender Foundation.
На основе даты создания первых файлов исходного кода 2 января 1994 года считается днём рождения Blender. В 2014 году ему исполнилось 20 лет.
Достоинства:
-бесплатность;
-открытый код;
-постоянное развитие;
-небольшой размер установщика;
-возможность создания игр;
-кроссплатформенность;
-большое количество модификаторов;
-возможность создания анимации;
-возможность риггинга (анимация с помощью «арматуры»);
-настройка фона;
-монтаж видео;
-скининг;
-трекинг видео;
-возможность работы с хромакеем.
Недостатки:
-отсутствие документации в базовой поставке, но её можно найти на сайте программы, и других источников;
-не очень хороший перевод интерфейса с английского на иные языки.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ
Рисунок 1.2 – Интерфейс программы «Blender»
Число пользователей Blender выросло до 500 000 человек по всему миру, и поддержка доступна практически в любой точке планеты. Многие пользователи осваивают Blender по статьям, созданным другими пользователями. Другие же пользуются тематическими форумами и получают информацию по ходу обсуждения. Популярный форум обсуждающих Blender — Blender Artists, ранее известный как elYsiun (http://www.blenderartists.org/forum/). Также для Blender доступны бесплатные, поддерживаемые сообществом, распределённые рендер-фермы.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ
1.3 Использование визуализации солнечной системы
Освоение космоса влечет за собой создание различных визуализации (Спутников, Планет) для того, чтобы у людей были общие и достоверные представления о космосе и об устройстве нашей солнечной системы.
Производство спутников, модулей космических станций, их доставка на орбиту ракетоносителями и кораблями многоразового использования, телеметрия, все это визуализируется в компьютерной 3D — графике. Так как наглядное представление работы той или иной системы может использоваться не только ради представления, но и в целях обучения. Для быстрого развития человечества в области освоения космоса, миру необходимо не только изучение околоземного пространства, но и как можно большее участие в изучении и освоении далеких и неизведанных уголков вселенной.
Исходя из выше сказанного, можно сказать, что компьютерная визуализация солнечной системы, а также других объектов вселенной, решает много задач в области представления и изучения космоса.
Рисунок 1.3 – Пример визуализации солнечной системы
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ
И в этой части важны все параметры визуализации, не только их достоверность и точность, но и наглядность. С целью повышения презентабельности 3D — визуализации недостаточно одних расчетов и выкладок, необходимо применение современных технологий компьютерной графики для иллюстрации ожидаемых результатов проекта.
Таким образом, использование компьютерной визуализации солнечной системы позволит существенным образом ускорить процесс обучения персонала в космической индустрии, а также наглядно показать людям устройство нашей солнечной системы.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ
2 Практическая часть
2.1 Исследование визуализации солнечной системы
Построение визуализации реализовано в программе Blender 2.76, c помощью всех современных средств которые предоставляет эта программа.
Добавление объектов на сцену выполнено в виде графических примитивов (сфер), в необходимом количестве. С помощью режима редактирования можно изменить их свойства, такие как размер и место расположения. В режиме «Compositing» с применением нодов были заданы все необходимые свойства объектам (сферам).
Рисунок 2.1– Применение нодов
В режиме «Animation» создана анимация ко всем объектам в сцене и с помощью эффекта «Environment Texture» была реализована окружающая картина вселенной.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ
Рисунок 2.2 – Режим «Animation»
Исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод, что в итоге, создание визуализации солнечной системы в «Blender» очень подходит для достоверной и точной ее реализации.
2.2 Алгоритм
С помощью алгоритма представленного ниже, можно реализовать достоверную и реалистичную визуализацию солнечной системы.
Рисунок 2.3 – Алгоритм построения 3D – визуализации
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
КП.Пр5-13.11.МДК.03.02.ПЗ
Данный словесный алгоритм подходит для полного описания визуализации солнечной системы.
2.3 Входные, выходные данные проекта
На представленных ниже таблицах, описываются входные и выходные данные проекта.
Таблица 2.1 – Входные данные
Имя объекта
Входные данные
Солнце
UV Сфера, координатырасположения, размер, яркость, масса, цвет, скорость вращения вокруг своейоси.
