Унификация графических стандартов в системах геометрического моделирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Зеленов, Сергей Владимирович

• Зеленов, Сергей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Зеленов, Сергей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

1. ГРАФИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ

ПРИ РАЗРАБОТКЕ СИСТЕМ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1. Анализ интерфейсных частей систем геометрического 10 моделирования на различных этапах жизненного цикла изделия.

1.1.1. Применение систем геометрического моделирования на 10 протяжении жизненного цикла изделия

1.1.2. Анализ функциональности систем на различных этапах 14 жизненного цикла

1.1.3. Задачи визуализации на различных этапах жизненного 17 цикла изделия

1.2. Основные принципы построения пользовательского 20 интерфейса

1.3. Интерфейс пользователя на примере существующих 22 САПР

1.4. Проблемы применения закраски в САПР. История . 25 унификации графических средств.

1.5. Программное устройство САПР

1.6. Математический и программный аппарат 34 компьютерной графики

1.7. Применение существующих библиотек рендеринга 51 для проблем САПР

1.8. Постановка задачи 53 1.8.1. Цели разработок

1.8.2. Вербальная постановка задачи

1.8.3. Математическая постановка задачи 55 1.9. Выводы

2. МОДЕЛЬ УНИФИКАЦИИ ГРАФИЧЕСКИХ 59 БИБЛИОТЕК

2 1, Модель взаимодействия системы с интерфейсом

2 2 Архитектура унифицированного графического интерфейса

2.3. Технологии использования унификации

2.3.1. Принцип полиморфизма

2.3.2. Унификация на уровне исходных текстов

2.3.3. Унификация на уровне динамических библиотек 70 2.4. Выводы по части

3. РЕАЛИЗАЦИЯ УНИФИЦИРОВАННОГО 73 ПРОГРАММНОГО ГРАФИЧЕСКОГО ИНТЕРФЕЙСА

3.1. Описание основных разделов функций интерфейса

3.2. Унификация пространственных преобразований

3.2.1. Унификация матричных представлений

3.2.2. Унификация матриц трансформации

3.3. Реализация универсальной прозрачности

3.4. Реализация выбора

3.5. Реализация реакции на выбор

3.5.1. Алгоритм смещения по глубине

3.5.2. Алгоритм отключения теста по глубине

3.6. Программные средства реализации (разработки)

3.7. Краткое описание декларативной части интерфейса 96 3.8 . Оптимизация модулей реализации интерфейса 99 3.9. Выводы по части

4. ПРИКЛАДНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

УНИФИЦИРОВАННОГО ГРАФИЧЕСКОГО ИНТЕРФЕЙСА

4.1. Возможность использования унифицированного 110 интерфейса на различных этапах автоматизации жизненного цикла

4.2. Использование унифицированного программного 113 графического интерфейса при проектирование моделей в режиме полной закраски в автоматизированной системе конструирования и технологической подготовки производства «КРЕДО»

4.2.1. Визуализация моделей в системе «КРЕДО» в 113 контексте решаемых ею задач

4.2.2. Архитектура интеграции программного интерфейса 116 с АСК ТПП «КРЕДО»

4.2.3. Влияние использование унифицированного 124 интерфейса на подпрограммы визуализации системы «КРЕДО»

4.2.4. Влияние интеграции графического интерфейса с 125 АСК ТПП «КРЕДО» на диалоговый интерфейс пользователя

4.3. Просмотровщик сборочных моделей с ведением 128 технологического дерева сборки на базе унифицированного графического интерфейса

4.3.1. Состав и назначение просмотровщика

4.3.2. Ведение дерева иерархии объектов

4.3.3. Архитектура интеграции унифицированного 136 интерфейса с программой просмотра.

4.4. Просмотровщик удаленных WRML файлов для вычислительных сетей (ActiveX компонента ) на базе унифицированного графического интерфейса

4.5. Результаты применения унифицированного 141 интерфейса на различных этапах жизненного цикла

4.6. Проектные рекомендации

4.6.1. Проектные рекомендации для разработки новых 145 модулей интерфейса

4.6.2. Проектные рекомендации для использования 148 разработанных программных модулей интерфейса

4.7. Выводы по части 150 ВЫВОДЫ * 152 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 154 ПРИЛОЖЕНИЕ

1. Основные сокращения и определения

2. Материалы о внедрении

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Унификация графических стандартов в системах геометрического моделирования»

В настоящее время можно говорить о значительном расширении программных инструментов, в задачи которых входит работа с трехмерными моделями. Помимо уже привычных систем проектирования и геометрического моделирования, развитие аппаратных средств позволило использовать трехмерную компьютерную графику в программах моделирования объектов и процессов в различных областях - архитектуре, медицине, и т.д. в игровых программах. Развитие вычислительных сетей сделало возможным использование трехмерной анимации в глобальных вычислительных сетях. Современные средства поддержки и автоматизации жизненного цикла изделия вышли на тот уровень, когда наличие визуального представления модели необходимо на каждом этапе: от проектирования до утилизации. Предметом отображения являются не просто модели - предмета разработки, но и всех сопутствующих процессов: от моделирования сборочных и производственных процессов до имитации его утилизации.

При разработке систем, в которых присутствуют визуальные представления трехмерных объектов, перед разработчиками неизбежно встает задача организации пользовательского интерфейса, интерактивного диалога между конструктором и моделью или процессом. Эта задача включает в себя разработку и реализацию эффективных алгоритмов получения растровых представлений трехмерных объектов.

Бурное развитие вычислительных средств и конкуренция среди разработчиков графических систем за последние десятилетия, привели к появлению на сегодняшний день нескольких графических стандартов.

Анализ существующих систем геометрического моделирования показал, что актуальной на сегодняшний момент остается проблема инвариантного использования системой различных графических стандартов.

Практическая значимость разработанного научно-методического обеспечения заключается в возможности построения с его помощью инвариантного приложения относительно различных графических стандартов. Разработанные модель и технические средства унификации позволяют использовать выработанную методику при разработке широкого спектра систем геометрического моделирования.

Внедрение результатов работы. Алгоритмы и методики, полученные в диссертационной работе, реализованы в виде программных объектно-ориентированных компонент и внедрены в ОАО "НИЦ АСК" и ОАО «Solid Works Russia», что подтверждается соответствующими актами о внедрении.

Основные теоретические положения и результаты исследования опубликованы автором в четырёх научных статьях и тезисах докладов [14-20] и [25-26] на научно-технических конференциях всероссийского и международного значения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и списка использованных материалов. Работа содержит 180 страниц, в том числе 16 рисунков, 16 схем и 3 графика.

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Зеленов, Сергей Владимирович

ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ инструментов и средств разработки интерфейсных частей систем геометрического моделирования и выявлены решения по инвариантному использованию графических стандартов.

2. Проведен анализ задач автоматизации этапов жизненного изделия и установлено соответствие между характеристиками средств получения визуального представления моделей и требуемой на конкретном этапе функциональности системы.

3. Выработана модель унификации графических стандартов для инвариантного использовать графические инструменты в компонентах визуализации систем геометрического моделирования.

4. На базе разработанного научно-методического обеспечения была реализована инвариантность системы относительно двух графических стандартов и выявлены способы обеспечения инвариантность и для других библиотек.

5. Прикладное использование разработанного научно-методического обеспечения позволило в среднем в 7 раз сократить количество вызовов и объем информационных потоков между, проектируемой системой и интерфейсным модулем, по сравнению с графической библиотекой.

6. Использование программных модулей при унификации графических стандартов позволило дополнить унифицированный интерфейс средствами организации интерактивного процесса проектирования и дополнительными инструментами, необходимыми для разработки интерфейсных частей систем геометрического моделирования.

7. Выработать проектные рекомендации для использования разработанного научно-методического обеспечения а также для разработки программных модулей интерфейса для унификации других библиотек.

8. Разработанное научно-методическое обеспечение было практически использовано при разработке систем геометрического моделирования для автоматизации шести этапов жизненного цикла изделия и доказана возможность его использования при автоматизации всех этапов жизненного цикла изделия.

Таким образом, в данной диссертационной работе разработано научно-методическое обеспечение, включающее методики, алгоритмы, программные модули и проектные рекомендации унификации различных графических стандартов для разработки интерфейсных частей систем геометрического моделирования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Зеленов, Сергей Владимирович, 2004 год

1. Аммерааль Л. «STL для программистов С++» М.: ДМК 1999.

2. Бадц Т. «Объектно-ориентированное программирование в действии» СПб.: Питер 1997

3. Баженова И. Ю. «С++ & Visual Studio .NET.» КУДИЦ ОБРАЗ •2003

4. Березин Б.И. Березин С.Б. «С и С++» М.: "ДИАЛОГ-МИФИ", 1995

5. Братухин А.Г., Давыдов Ю.В.,Елисеев Ю.С. «CALS в авиастроении», 2000

6. Вайнер Р., Пинсон Л. «С++ изнутри» Киев «ДиаСофт» 1993.

7. Галактионов В.А. "Генерация изображений в базисной графической системе"

8. Гилберт С., Маккарти Б. «Самоучитель Visual С++ 6 в примерах. Учебник» ТИД ДС • 2002

9. Гилой В. Интерактивная машинная графика. Пер. с англ. М.: Мир, 1981

10. Грегори К., Кейт «Использование Visual С++ 5» К.: Диалектика . 1997

11. Грегори К. «Использование Microsoft Visual С++ .NET. Специальное издание» Вильяме • 2003

12. Давыдов Ю.В.,Суров В.И. «Современные средства конструирования наукоемких изделий» Информационные технологии в наукоемком машиностроении.

13. Жарков В. А. «Самоучитель Жаркова по анимации и мультипликации в Visual С++ .NET 2003» Жарков Пресс • 2003

14. Зеленов С.В. Автоматизация СГМ. Тезисы докладов международного симпозиума «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред», -Ярополец, 2003 г.

15. Зеленов С.В. Разработка унифицированного программного графического интерфейса для АСК 11111 «КРЕДО». Материалы конкурса «Компьютерный инжиниринг»,- Москва, 2003 г.

16. Зеленов С.В. Средства унификации программных компонент при разработке программного обеспечения на примере стандартных графических. Тезисы докладов «Авиация и космонавтика 2003», Москва 2003.

17. Зеленов С.В. Использование графических стандартов в современных системах геометрического моделирования. Тезисы докладов международного симпозиума «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред», -Москва, 2004 г.

18. Зеленов С.В. Интеграция графических стандартов в современных системах геометрического моделирования.

19. Тезисы докладов международной студенческой школы-семинара "Новые информационные технологии", Судак, 2004 г. Ч.1.-С. 147-148.

20. Злыгарев В.А., Юрин В.Н. "К разработке корпоративной информационной среды, реализуемой на основе электронных технологий" Журнал Информационные технологии. № 1. 2002.

21. Краснов М. "OpenGL. Графика в проектах Delphi". 2000 г.

22. Краснов М. "DirectX .Графика в проектах Delphi". 2000 г.

23. Круглински Д., Уингоу С., Шеферд Д. «Программирование на Visual С++ 6.0 для профессионалов (с CD-ROM)» Русская Редакция • 2000

24. Крылов С.С., Зеленов С.В. Расширение оформительских возможностей АСК 11111 «КРЕДО» с применением шрифтов True Туре. Тезисы докладов международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения», -Москва, 2000 г. 4.2.

25. Лукас П. «С++ под рукой» Киев «ДиаСофт» 1993

26. Мейсон, Нейдер Д., Девис Т., Шрайнер Д. «OpenGL. Руководство по программиста.» 2002 г.

27. Мешков А., Тихомиров Ю. «Visual С++ и MFC» Cn6.:BHV-Санкт-Петербург 1997

28. Михаиленко В.Е., Лященко А.А. «Справочник по машинной графике», 1984 г.

29. Музыченко «Самоучитель компьютерной графики» Технол оджи-3 ООО

30. Мюррей У., Паппас К. «Эффективная работа: Visual С++ .NET» Питер-2002

31. Ньюмен У., Спрулл Р. Основы интерактивной машинной графики. Пер. с англ. М.: Мир, 1976.

32. Олафсен Ю., Скрайбнер К, Уайт Д. «MFC и Visual С++ 6. Энциклопедия программиста (с CD-ROM)» ДиаСофтЮП • 2003

33. Очередько С.А., Концепция управления жизненным циклом.// Открытые системы, #02/200236. "Открытые Системы" журнал # 4(12)/95

34. Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1986.

35. Паппас К.Х., Мюррей У.Х. «Отладка в С++» М.: «Бином» 2001

36. Поляков А «Методы и алгоритмы компьютерной графики в примерах на Visual С++» BHV-СПб • 2002

37. Потемкин А. «Инженерная графика (+ CD-ROM)» (2002)

38. Потемкин А. «Инженерная графика. Просто и доступно» (2000)

39. Рейнбоу «Компьютерная графика Энциклопедия» Издательство: Питер

40. Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики. Пер. с англ. М.: Мир, 1989. 512 с.

41. Седжвик Р. «Фундаментальные алгоритмы на С++» Издательство "Диасофт", 2002 г

42. Соколенко П.«Программирование SVGA-графики для IBM РС» BHV-СПб • 2001

43. Страуструп Б. «Яык программирования С++» Киев «ДиаСофт» 1993

44. Тарасов И.А." Основы программирования в OpenGL. Учебный курс" 2001 г.

45. Тихомиров Ю. «Open GL Программирование трехмерной графики» СПб.: BHV

46. Тихомиров Ю. «Самоучитель MFC (с дискетой)» BHV-СПб • 2002

47. Флеминг «Создание фотореалистичных изображений» М.: ДМК

48. Фоли Дж., вэн Дэм А. Основы интерактивной машинной графики: В 2-х книгах. Пер. с англ. М.: Мир, 1985.

49. Френсис Хилл «OpenGL. Программирование компьютерной графики. Для профессионалов» 2002 г.

50. Чепмен Д.«Освой самостоятельно Visual С++ .NET за 21 день» Вильяме • 2002

51. Чеппел Д. «Технологии AxtiveX и OLE» М.: «Microsoft Press Русская редакция» 1997

52. Черняк JI.B., «PLM не роскошь, а необходимость» // Открытые системы, #06/2003

53. Шикин Е.В., Боресков А.В. Компьютерная графика. Динамика, ж реалистические изображения.М.:"ДИАЛОГ-МИФИ", 1995.228 с.

54. Шикин Е. В., Боресков А. В. «Компьютерная графика. Полигональные модели » 2000 г.

55. Шилдт Г. «Программирование на С и С++ для Windows95»-K.: «BHV» 1995

56. Шрайнер Д. «OpenGL. Официальный справочник» Диасофт • 2002

57. Энджел Э. «Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе OpenGL, 2-е изд.» 2001 г.

58. Юань «^«Программирование графики для Windows (с CD-ROM)» Питер • 2002

59. Arnold D.B., Bono P.R., "CGM and CGI Metafile and Interface Standards for Computer Graphics", Springer-Verlag (1988).

60. Arnold D.B., Duce D.A., "ISO Standards for Computer Graphics -The First Generation", Buttenoorths (1990).

61. Ausura Bill, Deck Mark, The «new» Product Lifecycle Management systems: What are these PLM systems? And how can they help your company do NPD better? www.pdma.org.

62. Brodlie K.W., Hopgood F.R.A. , Duce D.A., "Second Generation Computer Graphics Standards", RAL 89-097, Rutherford Appleton Laboratory (1989).

63. Enderle G., Kansy K., Pfaff G., "Computer Graphics Programming, GKS The Graphics Standard", Springer-Verlag (1987).

64. Graef G.L., "Graphics formats", Byte, 305-310 (Sept. 1990).

65. Hardenbergh Jan, "PEX Programming. A Mixture of PHIGS, PZXlib, X and Motif', EG92 TNI, Zurographics Technica/ Report Series.

66. Hearn D., Baker P. M. Computer Graphics. Prentice Hall, 1994.

67. Hopgood F.R.A., Duce D. A., Gallop J. R., Sutcliffe D. C., Introduction to the Graphical Kernel System (GKS) (2nd ed. revised for international standard), Academic Press Ltd., London, UK, 1986

68. Hubbold R.J., Hewit W.T., "GKS-3D and PHIGS Theory and Practice", Tutorial, Zurographics'88 (1988). 22.Newman W.M., Sproull R., Principles of interactive computer graphics, 1979

69. Parasolid, "Ядро геометрического моделирования", http://www.ugs.ru/Parasolid/parasolidoverview.htm

70. Product Lifecycle Management, «Empowering the Future of Business». CIMdata, www.acutyinc.com/News/articles/PLMdefinedCIMdata.pdf.

71. Roberts W., Slater M., Drake K., Simmins A., Davison A., Williams P., "First Impression of NeWS", Computer Graphics Forum, v.7, n. 1,1998.

72. Rost R., "Comparing OpenGL and PEX, Tutorial Notes, Eurographics '94 (1994).

73. Thomas S.W., "X and PEX Programming", Tutorial Note, Eurographics '90 (1990).

74. Wilson P.R., "A Short History of CAD Data Transfer Standarts", EE CG&A, Jun 1987pp.64-67.1. Электронные издания