Федеральное агентство по образованию
Белгородский государственный технологический университет
им. В.Г. Шухова
Архитектурно-строительный институт
Кафедра строительного материаловедения, изделий и конструкций
Секция «Наносистемы в строительном материаловедении»
РГЗ № 1
По дисциплине: «Композиционное моделирование наносистем»
На тему: Построение плотнейших упаковок
Выполнила: ст.гр. ПСн-41
Никулина М.В.
Проверил: проф., к.м.-г.н.
Жерновский И. В.
Белгород 2012
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
Композиционное моделирование. Основные понятия 3
Пакет Autodesk 3ds Max (3D Studio MAX). Скриптовое программирование 5
Плотнейшие шаровые упаковки 10
ЗАДАНИЕ 14
Кубическая плотнейшая упаковка 14
Гексагональная плотнейшая упаковка 17
Гранецентрированная кубическая упаковка 20
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22
ВВЕДЕНИЕ
Композиционное моделирование. Общие понятия
Графическое моделирование - это способ обобщения данных для проектирования и планирования комплекса работ. Это сложный, познавательный процесс. Его результатом является преобразование дискретной информации в графический образ. При этом, графическое моделирование, по существу, адаптивный процесс, в котором данные постоянно пополняются и корректируются.
Графические модели, на которые будут опираться дальнейшие исследования, представляют собой результат фиксации образа действительности, сложившегося в представлении специалиста. Компьютерная графика (также машинная графика) — область деятельности, в которой компьютеры используются как инструмент для синтеза (создания) изображений, так и для обработки визуальной информации, полученной из реального мира. Также компьютерной графикой называют результат такой деятельности. 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.
ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ — совокупность операций и процедур, включающих формирование геометрической модели объекта и ее преобразование с целью получения желаемого изображения объекта и определения его геометрических свойств. Изображения изделий могут быть аксонометрическими или выполненными по правилам проекционного черчения. Среди рассчитанных при геометрическом моделировании параметров деталей типичны координаты центра масс, моменты инерции, объем и масса. Графические примитивы это заранее определенные элементы, которые можно поместить в чертеж при помощи одной команды. Каждый графический примитив формируется на основании геометрического описания объекта.
Графические языки (ГЯ) – формальные языки, предназначенные для описания графических изображений и алгоритмов их обработки на ЭВМ. Графический язык программирования — язык, предназначенный для написания программы для компьютера или вычислительного устройства, в котором вместо текстового описания алгоритма работы используется графическое. К графическим языкам программирования, с некоторой натяжкой, можно отнести генераторы кода по блок-схемам или Дракон-схемам.(Например FBD – язык функциональных блоковых схем).
Метафайл (англ. Metafile) — это общий термин для формата файлов, который может дополнительно хранить в себе и данные (доп. сведения) о хранимых в нём (файле) данных — сведения, которые в обычном режиме просмотра содержимого сокрыты от пользователя.
CGM (от англ. Computer Graphics Metafile) — открытый формат и международный стандарт для хранения и обмена графическими данными, (2D векторной и растровой графики и текста). Все графические элементы могут быть описаны в текстовом исходном файле, который может быть скомпилирован в бинарный файл или в одну из двух текстовых вариантов формата. CGM предоставляет средства обмена графикой для компьютеров, позволяя двумерную графику независимо от конкретной платформы, системы, приложения или устройства. Как метафайл, т.е. файл содержащий информацию описывающую другие файлы, формат CGM обладает соответствующим функционалом для отображения содержимого, включает поддержку большого количества видов графической информации и геометрических примитивов. Вместо того, чтобы определить ясный графический формат, CGM содержит инструкции и данные для реконструкции графических компонентов для рендера конечного изображения используя объектно-ориентированный подход.
Пакет Autodesk 3ds Max (3d Studio max). Скриптовое программирование
Существует довольно большое количество самых разных программ для 3D моделирования. Так, одной из популярных программ, которые специально разработаны для создания трехмерной графики и дизайна интерьеров, является программа 3D Studio MAX. Она позволяет реалистично визуализировать объекты самой разной сложности. Кроме того, 3D Studio MAX дает возможность компоновать их, задавать траектории перемещений и в конечном итоге даже создавать полноценное видео с участием трехмерных моделей. Это полнофункциональная профессиональная программная система для создания и редактирования трёхмерной графики и анимации, разработанная компанией Autodesk. Содержит самые современные средства для художников и специалистов в области мультимедиа. Работает в операционных системах Microsoft Windows и Windows NT (как в 32‑битных, так и в 64‑битных).
3D Studio MAX содержит мощный инструментарий не только для непосредственного трехмерного моделирования, но и для создания качественной анимации. В стандартный пакет входит также подсистема визуализации, позволяющая добиться довольно реалистичных эффектов. В 3D Studio MAX имеется обширная библиотека трехмерных объектов - сюда входят как стандартные, так и расширенные примитивы. 3D Studio MAX располагает обширными средствами для создания разнообразных по форме и сложности трёхмерных компьютерных моделей, реальных или фантастических объектов окружающего мира, с использованием разнообразных техник и механизмов, включающих следующие:
полигональное моделирование, в которое входят Editable mesh (редактируемая поверхность) и Editable poly (редактируемый полигон) — это самый распространённый метод моделирования, используется для создания сложных моделей и низкополигональных моделей для игр.
Как правило, моделирование сложных объектов с последующим преобразованием в Editable poly начинается с построения параметрического объекта «Box», и поэтому способ моделирования общепринято называется «Box modeling»;
моделирование на основе неоднородных рациональных B-сплайнов (NURBS)
моделирование на основе т. н. «сеток кусков» или поверхностей Безье (Editable patch) — подходит для моделирования тел вращения;
моделирование с использованием встроенных библиотек стандартных параметрических объектов (примитивов) и модификаторов.
Методы моделирования могут сочетаться друг с другом.
В 3D Studio MAX для создания и настройки свойств материалов служит простой в применении универсальный модуль - редактор материалов. Создание стеклянных или зеркальных поверхностей займет считанные секунды. Сходство с объектами реального мира достигается в процессе визуализации. Есть возможность использовать как встроенный в 3D Studio MAX визуализатор, так и сторонние визуализаторы, созданные независимыми разработчиками.
От релиза к релизу совершенствуются функциональные возможности программы, позволяющие все с меньшими затратами времени и сил, но с большим качеством, воплощать в жизнь самые смелые идеи. Расширяются стандартные библиотеки. Появление новых специализированных функций моделирования делает работу в 3D Studio MAX более эффективной (функции полигонального моделирования, операции для создания сложных объектов, точные средства двумерного моделирования, большое количество модификаторов для работы с геометрией модели, широкие возможности творческой работы с текстурами).
Большое внимание уделяется развитию инструментария для создания анимации. Анимация по ключевым кадрам, процедурная анимация, ограниченная анимация – это неполный список всех возможных вариантов заставить объекты двигаться. Имеются возможности управления скелетной деформацией, создания быстрой анимации двуногих существ, управления физическими силами, действующими на персонажей.
3D Studio MAX содержит модули для работы с различными системами частиц, будь то снег, либо брызги. В основу управления их характеристиками и динамикой положены реальные физические законы. Сама же среда 3D Studio MAX позволяет не только моделировать персонажей, но и создавать весьма реалистичные предметы одежды. Причем, кроме создания и дизайна одежды, специальные встроенные модули позволяют анимировать любые объекты одежды, создавая при этом требуемые визуальные эффекты (создание складок и деформаций на сгибах, эффект мокрой или липкой одежды, различные механические повреждения).
Так же программа имеет модификаторы для имитации волосяного и мехового покрова. Возможности создания эффектов стрижки и причесывания, движения в соответствии с заданными параметрами жесткости, влажности и т.д., а каждую сцену при анимации могут сопровождать звуковые эффекты. Причем программа поддерживает различные звуковые форматы.
И, естественно, нельзя не упомянуть о средствах достижения высокого качества получаемого изображения. Сюда можно отнести уже упоминаемый выше метод трассировки лучей, позволяющий создавать реалистичное отражение и преломление света. Возможности создания атмосферных эффектов (туман, огонь), эффекты естественного освещения, возможности передачи фотореалистичного освещения.
MAXScript — это встроенный в 3D Studio MAX язык макропрограммирования, обеспечивающий пользователям следующие возможности:
создание сценариев (скриптов) хранящихся в файлах типа *.ms, которые воспроизводят все функциональные возможности 3D Studio MAX, такие как построение геометрических моделей, расстановка осветителей и камер, назначение материалов, визуализация и анимация объектов сцены;
создание макросов, хранящихся в файлах типа *.mcr и описывающих свойства новых кнопок на панелях инструментов;
создание ваших собственных свитков для командной панели Utilities (Утилиты) и окон диалога, имеющих стандартный для программы интерфейс;
написание собственных модулей для работы с сетчатыми оболочками;
организация обмена данными с другими приложениями Windows посредством механизма OLE;
автоматическая запись всех действий, производимых пользователем, в виде набора макрокоманд и т. д.
MAXScript - встроенный скриптовый язык для пакета трёхмерного моделирования Autodesk 3ds Max, предназначенный дляавтоматизации рутинных задач, оптимизации использования существующего функционала, создания новых инструментов редактирования и пользовательского интерфейса. Через скриптовый API позволяет контролировать и модифицировать объекты трёхмерной сцены: геометрию, текстуры, анимацию и другое. Возможно создание различных плагинов и утилит для ускорения выполнения специфических задач. Инструменты Autodesk 3ds Max используют MAXScript во множестве функций, включая оригинальные утилиты и элементы интерфейса. МаксСкрипт является внутренним языком программирования в 3D Studio Max. Любое действие пользователя представляется как последовательность команд, обрабатываемых встроенным языком. Следовательно, любое действие можно запрограммировать заранее. Получающаяся таким образом программа называется скрипт.
Конечно, программирование сложных действий требует не только навыков трехмерного моделирования и пространственного воображения, но и опыта в написании программ.
Простые скрипты можно создавать без специальной подготовки. Код такого скрипта выглядит как последовательное перечисление тех команд, которые нужно выполнить 3D Studio MAX.
Скри́птовый язы́к (англ. scripting language, в русской литературе принято название язык сценариев) — язык программирования, разработанный для записи «сценариев», последовательностей операций, которые пользователь может выполнять на компьютере. Простые скриптовые языки раньше часто называли языками пакетной обработки (англ. batch languages или job control languages). Сценарии обычно интерпретируются, а не компилируются (хотя всё чаще применяют компиляцию каждый раз перед запуском).
В прикладной программе, сценарий (скрипт) — это программа, которая автоматизирует некоторую задачу, которую без сценария пользователь делал бы вручную, используя интерфейс программы.
Скриптовые языки позволяют разработчикам сцеплять вместе различные пакеты программ, а также согласовывать полученные в результате системы.
Все чаще скриптовые языки сами по себе используются в качестве полноценных базовых инструментальных платформ. Например, многие крупные коммерческие Интернет-приложения сейчас программируются преимущественно на языках Perl, Python или PHP.
Естественно, скриптовые языки используются для автоматизации задач системного администрирования.
В чем же состоит привлекательность скриптовых языков?
Скриптовые языки обладают более сложным инструментарием и поддерживают более прогрессивные техники программирования.
Скриптовые языки позволяют быстро выполнять доработку кода без раздражающей потери времени на ожидание окончания компиляции.
Количество людей, не обладающих подготовкой, которую имеют традиционные компьютерные специалисты, но могущих заняться написанием скриптов, стало на порядок больше. Иначе говоря, программированию на скриптовых языках проще научиться.
Какие можно назвать недостатки скриптовых языков?
Время исполнения все еще является главной проблемой. Конечно, есть области, где скорость слишком важна, чтобы можно было программировать непосредственно на скриптовом языке. Эта проблема обычно решается тем, что код тщательно выбранной части приложения (скажем, 10-30%) пишется на языке низкого уровня (таком, как C или C++); например, в Python есть развитые механизмы для того, чтобы вставить такой код (как и в большинстве других динамических языков).
Общей проблемой всех скриптовых языков является отсутствие хорошей интегрированной среды разработки (IDE). Конечно, какие-то интегрированные среды разработки существуют, однако в них недостает мощности, как у Visual Studio.
Ключевым нетехническим, однако, важным недостатком является отсутствие маркетингового бюджета. Многие динамические языки идеально подходят для многих проектов, однако им тяжело конкурировать с такими локомотивами маркетинга, как Sun (Java) и Microsoft (C#), которые продолжают продвигать свои технологии как единственно возможные.