Машинная графика.

Программное обеспечение графики представляет собой набор программ, написанных так, чтобы сделать их удобными для пользователя, работающего с системой машинной графики. Этот набор программ включает программы для формирования изображений на экране ЭЛТ, для манипулирования изображениями и для выполнения различного рода взаимодействий между пользователем и системой. Кроме программ графики он может включать дополнительные программы, реализующие некоторые специальные функции САПР/АПП. К их числу относятся программы анализа конструкций (например, анализ методом конечных элементов и моделирование кинематики) и программы планирования производства (например, программы автоматизированного планирования производства и числового программного управления).

Существуют шесть «правил» которыми следует руководствоваться при проектировании программных средств графики:

1. Простота. Программные средства машинной графики должны быть простыми в обращении.

2. Непротиворечивость. С точки зрения пользователя программы па­кета должны функционировать согласованно и предсказуемым образом.

3. Полнота. В наборе графических функций не должно быть суще­ственных упущений.

4. Устойчивость. Система графики должна быть устойчивой к незна­чительным ошибкам оператора.

5. Производительность. Программные средства должны обеспечи­вать максимально возможную производительность в пределах ограничений, налагаемых аппаратными средствами. Программы графики должны быть эффективными, а время реакции должно быть малым в разумных пределах.

6. Экономичность. Программы графики не должны быть слишком большими или дорогостоящими, чтобы это не стало препят­ствием к их использованию.

Функции пакета программ машинной графики

Пакет программ машинной графики для выполнения надлежащей роли в структуре программного обеспечения должен реализовывать целый ряд функций, которые можно объединить в функциональные группы. Каждая такая группа реализует определенные взаимодействия между пользователем и системой:

Формирование элементов графических изображений.

Графическим элементом в машинной графике является базисный фраг­мент изображения, такой, как точка, линейный отрезок, круг и т. п. На­бор элементов в системе может также включать буквенно-цифровые знаки и специальные символы. В системах машинной графики часто имеются специальные аппаратные компоненты, связанные с отображе­нием многих из этих элементов. Это ускоряет процесс формирования элемента. Пользователь может построить прикладную модель из набо­ра элементов, имеющегося в системе.

Применительно к элементам графических изображений часто ис­пользуется термин «примитив». Мы же зарезервируем этот термин для трехмерных графических конструкций, где примитивами являются такие графические элементы, как сфера, куб, цилиндр. В трехмерных кар­касных и монолитных моделях примитивы используются в качестве стандартных блоков при построении трехмерных моделей интересую­щих пользователя конкретных объектов.

Преобразования.

Преобразования используются для изменения изображения на экране дисплея и для перемещения объектов базы данных. Преобразования применяются к графическим элементам, чтобы помочь пользователю при построении прикладной модели. Эти преобразования включают увеличение и уменьшение размеров изображения посредством масштабирования, его перенос, поступательное перемещение или вращение.

Перенос заключается в перемещении данного элемента из одного места в другое. В случае точки эту операцию можно записать в виде

x'=x+m, y'=y+n ,

где x', y' — координаты перенесенной точки, х, у — координаты исходной точки; m, n — смещение в направлении х и у соответственно.

В матричной записи это можно представить как

( x', y)=(х, у)+Т,

где Т=(m, n) — матрица переноса.

Любой геометрический элемент можно перенести в пространстве, применяя уравнение к каждой точке, определящей этот элемент. В случае линии матрица преобразования должна применяться к двум ее конечным точкам.

Масштаб. Масштабное преобразование некоторого элемента приводит к увеличению или уменьшению его размеров. Масштаб не обязательно должен быть одинаковым по осям х и у. Круг можно преобразовать в эллипс используя разные масштабные коэффициенты для осей х и у.

Масштаб координат точек элемента можно изменить с помощью матрицы масштабирования следующим образом:

( x', y)=(х, у)*S, где

Такое преобразование привело бы к изменению размера данного элемена в m раз по оси х и в n раз по оси у; при этом изменится также и положение элемента относительно начала координат. Если масштабные коэффициетны меньше 1, размеры элемента уменьшатся, и он перепестится ближе к началу координат. Если же масштабные коэффициенты больше 1, размеры элемента увеличатся, и он удалится от начала координат.

Поворот. При этом преобразовании точки объекта поворачиваются вокруг начала координат на угол Θ (положительный угол означает поворот против часовой стрелки); одновременно осуществляется перенос объекта. В матричной записи эта процедура имеет вид

(x',y') = (x,y)R, где

- матрица поворота.

Конкатенация. Описанные выше отдельные преобразования могут объединяться в цепочку преобразований; эта процедура называется конкатенацией, а получаемая в результате комбинация преобразований носит название композиции преобразований.

В ходе редактирования, сопровождающего процесс разработки графической модели, композиции преобразований используются весьма широко. Очень редко для выполнения требуемой операции над изображением бывает достаточно только одного преобразования. Приведем два примера, когда может потребоваться композиция преобразований:

6. 1. Поворот элемента относительно произвольно выбранной его точки.

7. 2. Увеличение размеров элемента с сохранением положения одной из его точек.

В первом случае нужна следующая цепочка преобразований: перенос в начало координат, поворот относительно начала координат и перенос обратно в исходное положение. Во втором случае после преобразования масштаба элемента (увеличения размеров) нужно выполнить перенос, чтобы желаемую точку поместить в требуемое место.

Цель конкатенации заключается в том, чтобы ряд манипуляций с изображением выполнять как одно преобразование. Это позволяет бо­лее кратко описывать композицию преобразований и обычно более эф­фективно выполнять вычисления.