ivan

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Н.Г. ИВАНЦИВСКАЯ

ПЕРСПЕКТИВА: ТЕОРИЯ

И ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия

НОВОСИБИРСК

2010

2

УДК 621.7:744(075.8)+004.925.8(075.8) И 622

Рецензенты:

канд. техн. наук, профессор В.Г. Буров, канд. техн. наук, доцент Л.А. Максименко

Работа подготовлена на кафедре инженерной графики для студентов II курса МТФ, обучающихся по специальности

«Художественная обработка материалов»

Иванцивская Н.Г.

И 622 Перспектива : теория и виртуальная реальность : учеб. пособие / Н.Г. Иванцивская. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010. – 196 с.

ISBN 978-5-7782-1328-9

В пособии содержатся основные понятия теории перспективы. Рассмотрены способы построения перспективных изображений: перспективные масштабы, радиальный метод, метод архитекторов и др. Приведены примеры создания перспективных изобра-

жений с помощью редакторов: CorelDRAW, 3D MAX, AutoCAD.

УДК 621.7:744(075.8)+004.925.8(075.8)

ISBN 978-5-7782-1328-9

Иванцивская Н.Г., 2010

Новосибирский государственный технический университет, 2010

Предисловие ко второму изданию	3

ВВЕДЕНИЕ

Окружающий мир познается человеком посредством органов чувств, и роль зрения исключительно велика. Зрительное восприятие позволяет человеку получать информацию о размерах, форме и объеме предметов, о движении

ипротяженности пространства, окружающего его, о богатстве цвета и света в природе. Вопрос эффективности передачи и усвоения информации является одним из главных, поэтому способность человека к восприятию пространства

иформы должна развиваться на протяжении всей жизни. Основные знания и умения работать с информацией приобретаются человеком во время обучения в школе, академии или университете.

Современный уровень развития производства, науки и техники требует от инженера высокого уровня визуальной грамотности. Это объясняется тем, что, с одной стороны, существует естественная потребность человека в зри- тельно-образных впечатлениях и он легче усваивает информацию с помощью зрительных образов, а с другой – происходит стремительное развитие экранных средств обработки и передачи информации. Тем уместнее говорить не только о важности зрительного восприятия информации, но и об определенной культуре ее визуализации. Обладая визуальной грамотностью, инженер способен воспроизводить и анализировать образы с помощью графических средств представления информации на основе имеющихся знаний. Он может воплощать свои инженерные замыслы в изобразительной, технической или художественной графике, используя приемы творческой импровизации.

Благодаря зрительной системе человек способен интерпретировать и порождать новые образы, он видит мир не только таким, каким он существует в действительности, но и таким, каким он может быть. Образ – это не только и не столько созерцание, сколько воссоздание действительности. Но возможны также и деструкция объекта, ситуации и воссоздание ее нового варианта или вариантов. На основе этого образа, измененного по сравнению с реальностью, человек вновь обращается к предметной действительности и перестраивает ее

4

Введение

в своей практической деятельности. Невозможно подготовить творчески мыслящего специалиста без развития у него образного представления, воображения и мышления. Ощутимую пользу в этом деле оказывает универсальный аппарат проекционного схематизма. Один из важнейших инструментов проекционного моделирования, служащих для формирования пространственных представлений, – это геометрическая интерпретация. Объектами интерпретации являются графические модели в виде комбинации рисунков, чертежей, схем, текста, диаграмм и т. п. Степень точности при сопоставлении информационного объекта с его моделью зависит от полноты сведений о проекционном аппарате, который имел место при моделировании.

Графические модели предполагают отображение информации в виде набора средств графического представления информации: линий, символов, мнемонических знаков, используемых в соответствии с правилами построения моделей. При построении графической модели необходимо оценить конструктивные элементы, которые можно использовать для ее создания, их возможности и ограничения: словарь форм и синтаксис их фразировки. Если смысл текста раскрывается словами, то иллюстрация «говорит» на языке форм,

к которым относятся точка, линия, плоская геометрическая фигура, цвет, текстура [3].

В теоретическом смысле точка не имеет измерения (она безразмерна) и указывает место расположения или положение. При создании графической модели точка характеризуется концентрацией форм или зрительного восприятия в некотором центре, который привлекает и фиксирует зрительный фокус.

Линия – это одномерное образование, которое указывает направление, протяженность или движение. Линейная форма может варьироваться по толщине, длине, структуре, характеру, насыщенности и направлению. Линии бывают точечными или прерывистыми, слова и предложения, как визуальные элементы, также могут образовывать линии.

Фигура (плоская форма) – двухмерное образование, используется для обозначения контура, площади, очертания, обрамления. Плоские формы различают по размерам, по распределению насыщенности частей, по положению в пространстве, по правильности очертания. Сочетание слов и чисел может восприниматься как плоские формы.

Тон или цвет – графическая форма, отражающая степень насыщенности цвета. При отсутствии цвета тон становится оттенком серого. Как структурный элемент, тон является полезным средством для описания объемной формы с помощью светотеней. Это достигается применением сплошных плоскостей различного тона либо градацией тонов.

Введение

5

Текстура – графическая форма, отражающая качество поверхностной структуры объекта. Текстура образуется скоплением малых частичек в определенной системе, визуальный характер которой зависит от всего этого скопления

вцелом. Как элемент графической модели, текстура отображает качество физических поверхностей. В этой роли она используется в сочетании с другими элементами формы, особенно с цветом и тоном.

Представление информации с помощью графической модели осуществляется на некоторой поверхности или плоскости. Физически плоскостью модели может быть поверхность листа или экрана, на котором располагаются различные графические формы. Но в зрительном восприятии такая плоскость может выполнять функцию трехмерного пространства, стеклянной панели, благодаря чему можно представить объект, расположенный за плоскостью рисунка. Возникает новое измерение – глубина. Графическая модель неизбежно вызывает работу воображения и создание образа. Чтобы восприятие информации произошло быстро и точно, чтобы образ проник в сознание, он должен быть связан с привычными пространственными представлениями. В связи с этим графическую модель следует создавать с учетом не только индивидуальных смысловых значений графических форм, но и пространственного порядка,

вкотором эти формы соотносятся между собой. Такая пространственная организация называется грамматикой пространства. Пространственная организа-

ция может быть одноплановой (плоской), многоплановой и непрерывной (объемной).

Водноплановом пространстве графические формы полностью располагаются в плоскости рисунка, и модель является плоской по структуре и расположению. В этом случае формы воспринимаются скорее как плоские геометрические фигуры на странице (на листе или экране), чем трехмерные объекты. Существуют различные способы организации такого пространства: прямолинейность, непрерывность, присоединение, ассоциация параллельности, одинаковые размеры и резкость, равномерная текстура, объединение.

Многоплановое пространство создается при расположении графических форм на двух или более плоскостях. Одна из них – плоскость рисунка, а другая – вторичная плоскость. Таким образом достигается эффект расположения одних форм перед другими. Для создания впечатления о размещении плоских графических форм в различных плоскостях используются некоторые приемы отображения информации: наложение, контраст, «различный вес», ассоциация расстояния, неравные размеры, разная резкость, наложение текстур, разобщение.

Непрерывное пространство объемно по своей природе, в нем графическая форма воспринимается протяженной внутрь от плоскости рисунка непре-

6

Введение

рывно, создавая иллюзию пространственной массы. Для достижения этого эффекта используются следующие приемы: светотени, ассоциация расстояния, контраст, разная резкость, наложение, размытость текстуры. Но наиболее выразительно передать объемность сюжета, композиции или просто геометрического объекта возможно с помощью аксонометрических и перспективных изображений. Линейная перспектива (параллельная, угловая, наклонная) использует в качестве физической плоскости поверхность листа или экрана; цилиндрическая перспектива выполняется на цилиндрической поверхности, купольная – на сферической.

Перспективу использовали еще в глубокой древности для изображения на плоскости предметов в трехмерном пространстве. История свидетельствует, что в те далекие времена перспектива применялась в строительстве, технике и в живописи. Перспектива, отображая субъективный взгляд одного человека на мир, способна расширить это восприятие до универсального посредством воссоздания пространственной среды, широкого введения архитектурных мотивов или скульптурно рельефных дополнений. Перспектива, как графическое средство представления информации, прошла огромный путь своего развития, сохранившись до наших дней.

Введение	7

Иванцивская Надежда Григорьевна

ПЕРСПЕКТИВА:

ТЕОРИЯ И ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ

Учебное пособие

Редактор Л.Н. Ветчакова

Выпускающий редактор И.П. Брованова Дизайн обложки А.В. Ладыжская Компьютерная верстка В.Н. Зенина

Подписано в печать 24.02.2010.	Формат 70	100 1/16.	Бумага офсетная. Тираж 100 экз.
Уч.-изд. л. 15,8. Печ. л. 12,25.	Изд. № 18.	Заказ №	Цена договорная

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета

630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20

Г л а в а 1

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Перспективные изображения используются художниками, инженерами, студентами и другими категориями людей для передачи своих мыслей, жизненных наблюдений, идей. Часто аксонометрию и перспективу называют пространственными изображениями. Действительно, целью передающего является представление информации так, чтобы воспринимающий мог увидеть изображенное на картине живым и пластичным, т. е. необходимо показать его глубину. Глубина является отличительной чертой передаваемого пространства. Однако представители современной философии искусства считают, что пространство, передаваемое с помощью перспективы, отличается от художественного пространства, которое характеризуется не геометрической глубиной, достигаемой с помощью перспективы, а глубиной, рождаемой во взгляде воспринимающего и, главным образом, зависящей от его субъективного мира. Глубина в таком понимании равнозначна идее создания картины, от воспринимающего требуется способность увидеть и понять всю глубину идеи, воплощенной художником в своем произведении.

В отличие от учебников, рассчитанных на обучение будущих художников, настоящее издание не рассматривает перспективу с точки зрения создания произведений искусства. Учебное пособие предназначено студентам технических университетов, будущим специалистам по художественной обработке материалов для освоения дисциплины «Теория теней и перспективы», и поэтому мы будем изучать только геометрически выполненную глубину с помощью линейной перспективы. Дисциплина по теории теней и перспективе рассматривается как один из учебных модулей курса инженерной графики, курса, изучающего графические модели, используемые специалистами для передачи информации, связанной с профессиональной деятельностью. Чтобы понять связь инженерной графики, начертательной геометрии и перспективы, обратимся к истории и познакомимся с развитием теории перспективных изображений и их применением в инженерной деятельности.

8	Глава 1. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

1.1. РАЗВИТИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ПЕРСПЕКТИВЫ

«…инженер должен обладать кроме знания своей специальности еще и техническим воображением и фантазией, которые помогают ему ориентироваться среди неожиданных, новых и нетрафаретных условий своей деятельности и создавать новые формы, явления и инженерные сооружения, до него ранее не бывшие. В этом отношении мне сильно помогли мои усиленные занятия по начертательной геометрии».

Н. А. Рынин

Основоположником советской инженерной графики по праву считается Николай Алексеевич Рынин. Рассматривая историю развития перспективных проекций, как неотъемлемой части начертательной геометрии, Н. А. Рынин выделяет семь основных этапов [26].

1.Наблюдательная перспектива со времен Евклида.

2.Геометрическая перспектива. Работа Пьеро Делла Франческа «О живописной перспективе» (1458 г.) и появление на ее основе панорамной, плафонной и купольной перспективы.

3.Аналитическая перспектива. В середине XVIII века разрабатываются способы построения перспективных изображений, использующие аналитические формулы и зависимости, полученные еще Ж. Дезаргом в середине XVII века.

4.Проективная перспектива. В методы построения перспективных изображений, начиная с 1822 года, внедряются теоремы проективной геометрии Ж. Понселе.

5.Стереоскопическая перспектива. В конце XIX века разрабатываются способы построения изображений с двух точек зрения.

6.Физическая и физиологическая перспектива. В начале XX века, с целью приближения к реальным зрительным ощущениям формы, освещенности

исвета, в теорию перспективных изображений внедряется учение физики о свете и цвете.

7.Кинематография и киноперспектива. С начала XX века изучается влияние на перспективные изображения движения предмета и точки зрения (аппарата).

Изображение предметов или окружающей действительности, соответствующее визуальному восприятию, называют наблюдательной или натурной перспективой. Значительный вклад в развитие наблюдательной перспективы внес древнегреческий ученый Эсхил (около 525–456 г. до н.э.). Возникновение понятия о перспективных изображениях связано с развитием живописи и ар-

1.1. Развитие и применение теории перспективы

9

хитектуры. Художники древнего мира, создавшие ряд приемов для характеристики взаимного расположения предметов (ярусная композиция, контрастное сочетание фронтальных и профильных видов и пр.), подчиняли их условносимволической схеме. Необходимость унифицирования изображаемого пространства повлекло за собой развитие перспективы. Этот способ изображения появляется в искусстве Древней Греции. Перспектива позволила изображать предметы в соответствии с единой шкалой, соотнесенной со зрителем. Тема перспективы отражена в трактате «О геометрии» крупнейшего ученого того времени Демокрита. Правила выполнения наблюдательной перспективы упоминаются в трактате «Оптика» другого греческого ученого Евклида (III в. до н. э.). Труды Эсхила, Демокрита и других ученых удалось обобщить греческому ученому и архитектору Витрувию, жившему в конце I века до н. э., в своей работе «Десять книг об архитектуре». Об античной перспективной живописи можно судить, например, по фрескам (около 80 годов до н. э. – около 30 годов н. э.). Изображения, выполненные на них, имеют один центр проекции. В это же время в живописи используется и другая система, подразумевающая несколько точек схода, расположенных на одной вертикальной оси (так называемая «рыбья кость»). В позднеантичном и средневековом периоде наука о построении графических изображений не получила должного развития: в искусстве тогда применялся чаще всего способ обратной перспективы, состоящий в увеличении отдельных предметов по мере их удаления [12].

Теория перспективных изображений вновь получила свое развитие в эпоху Ренессанса в связи с развернувшимся строительством различных сооружений. С возрождением строительства и искусств возродилось и расширилось применение употреблявшихся в античном мире элементов проекционных изображений. Наиболее бурно в это время развивались архитектура, скульптура и живопись в Италии, Нидерландах, Германии, что поставило художников и архитекторов этих стран перед необходимостью начать разработку учения о живописной перспективе на геометрической основе. Весомый вклад в развитие методов перспективных изображений внесли итальянские художники. Для создания реалистичных изображений в искусстве применялась перспектива. Зодчий Лоренцо Гиберти (1378–1455 гг.) перенес принципы живописной перспективы на пластическое изображение в виде рельефа (в церковных сооружениях). Итальянский теоретик искусств Леон Баттиста Альберти (1404–1472 гг.) обогатил художественно-технический опыт масте- ров-профессионалов теоретической разработкой основ перспективы и построения теней. Пьеро-делла-Франческа (1420–1492 гг.) рассматривал вопросы линейной перспективы.