Materiały dydaktyczne. Zaawansowane systemy informatyczne. Semestr VI. Wykłady

Transkrypt

1 Materiały dydaktyczne Zaawansowane systemy informatyczne Semestr VI Wykłady 1

2 Temat 6 (1 godziny): Modyfikacje brył. Zagadnienia: Koloruj powierzchnie. Przesuń powierzchnie. Obróć powierzchnie. Funkcja Koloruj powierzchnie zmienia kolor powierzchni. Powierzchni kolorowych można użyć w celu wyróżnienia szczegółów w złożonym modelu bryły 3D. Przesuń powierzchnie Przesuwa wybraną powierzchnię obiektu 3D na określoną wysokość lub odległość. Można wybrać jednocześnie kilka powierzchni. 2

3 Przesuwając powierzchnie obiektu, można zmienić jego kształt. Użycie tej opcji jest zalecane podczas wprowadzania niewielkich dopasowań. Funkcja Obróć powierzchnie obraca jedną lub więcej powierzchni lub kolekcję elementów wokół określonej osi. 3

4 Temat 7 (2 godziny): Parametry fizyczne brył. Polecenie Parametry fizyczne wyświetla parametry fizyczne obiektów bryłowych w oknie tekstowym. Masa Objętość prostokąt Środek ciężkości Miara bezwładności ciała. Masa i objętość mają taką samą wartość, gdyż używana gęstość wynosi jeden. Miara przestrzeni 3D zajmowanej przez bryłę. Zdefiniowane są przez przeciwległe wierzchołki najmniejszego prostopadłościanu obejmującego bryłę. Punkt 3D będący środkiem masy bryły. Zakłada się, że bryła ma jednolitą gęstość. Momenty bezwładności masy są wykorzystywane przy obliczaniu sił potrzebnych do obrócenia obiektu wokół zadanej osi, takich jak koło Momenty bezwładności obracające się wokół swojej osi. Wykorzystywany jest następujący wzór 2 moment_bezwładności_masy = masa_obiektu * promień oś Momenty bezwładności masy wyrażone są jednostkach masy (gram lub kilogram) pomnożonych przez kwadrat odległości. Właściwość wykorzystywana do określenia sił wywołujących ruch obiektu. Liczona jest zawsze w zależności od dwóch płaszczyzn ortogonalnych. Wzór na moment odśrodkowy dla płaszczyzny YZ i Momenty odśrodkowe płaszczyznyxz jest następujący momenty_odśrodkowe YZ,XZ = masa * odleg centroida_do_yz * odleg centroida_do_xz Ta wartość XY jest wyrażana w jednostkach masy razy długość do kwadratu. Promienie bezwładności Promienie bezwładności są innym sposobem wyrażania momentów bezwładności. Są one liczone za pomocą wzoru promień_bezwładności = (momenty_bezwładności/masa_ciała) 1/2 4

5 Promienie bezwładności są wyrażane w jednostkach długości. Kalkulacje otrzymane z momentu bezwładności i mające te same wartości Momenty główne i jednostek. Moment bezwładności jest najwyższy na określonej osi w osie X Y Z środku ciężkości obiektu. Moment bezwładności jest najniższy na drugiej względem środka osi, normalnej do pierwszej osi, która także przechodzi przez środek ciężkości ciężkości. Trzecia wartość zawarta w wynikach znajduje się między najwyższymi i najniższymi wartościami. Środek ciężkości podawany w parametrach fizycznych określany jest w odniesieniu do początku układu współrzędnych. 5

6 Alternatywą do informacji zawartych w parametrach fizycznych są informacje wywołane poleceniem Lista. Temat 8 (2 godziny): Modelowanie krawędziowe i powierzchniowe. Model powierzchniowy reprezentuje nieskończenie cienką powłokę odpowiadającą kształtowi obiektu 3D. Modele powierzchniowe można tworzyć przy użyciu tych samych narzędzi, które są używane dla modeli bryłowych. Na przykład aby utworzyć model powierzchni można użyć ukosowania, wyciągania i obracania. Różnica polega na tym, że modele powierzchniowe są otwarte. Modele bryłowe są zamknięte. 6

7 Model szkieletowy jest reprezentacją krawędziową lub szkieletową obiektu 3D Modele szkieletowe składają się tylko z punktów, linii i krzywych, które opisują krawędzie obiektu. Ponieważ każdy obiekt tworzony jako model szkieletowy musi być niezależnie narysowany i umieszczony w przestrzeni, ten rodzaj modelowania może być często bardzo czasochłonny. Model szkieletowy można wykorzystać, aby: Obejrzeć model z dowolnego punktu (punktu obserwacji) Automatycznie wygenerować standardowe prostokątne i pomocnicze rzuty Łatwo wygenerować rozbite i perspektywiczne widoki Analizować przestrzenne zależności i najmniejszą odległość między narożnikami i krawędziami oraz sprawdzać zachodzenie Zredukować liczbę koniecznych prototypów Można tworzyć modele szkieletowe przez umieszczenie dowolnego obiektu 2D w dowolnym miejscu przestrzeni 3D 7

8 Tworzenie modeli szkieletowych 3D może być trudniejsze i bardziej czasochłonne niż tworzenie ich rzutów 2D. Poniżej jest kilka wskazówek, które pomogą w efektywnej pracy: Należy zaplanować i zorganizować model tak, aby wyłączyć warstwy i zmniejszyć wizualne skomplikowanie modelu. Kolor może pomóc w odróżnianiu obiektów w różnych widokach. Należy tworzyć geometrię konstrukcyjną, aby definiować podstawowy zarys modelu. Warto używać wielu widoków, a w szczególności widoków izometrycznych, aby uprościć wizualizację modelu i wybieranie obiektów. Warto eksperymentować z ustawieniami układu LUW w przestrzeni 3D. Płaszczyzna XY bieżącego układu LUW działa jako płaszczyzna konstrukcyjna dla płaskich obiektów takich jak okręgi i łuki. Układ LUW wyznacza również płaszczyznę operacji dla ucinania i wydłużania, odsuwania i obracania obiektów. Należy uważnie używać trybów lokalizacji i skoku siatki, aby zapewnić właściwą dokładność modelu. Należy używać filtrów współrzędnych do rzutów prostopadłych i łatwej lokalizacji punktów w przestrzeni 3D w oparciu o położenie punktów innych obiektów. 8

9 Temat 9 (4 godziny): Wizualizacja obiektów 3D. Zagadnienia: Materiały. Światła. Animacje. Obiekt bryłowy możemy uplastycznić powlekając jego powierzchnię materiałem występującym w tzw. bibliotece materiałów lub materiałem własnoręcznie zdefiniowanym. Do produktu jest dołączona biblioteka ponad 400 materiałów i tekstur. 9

10 Poszczególne palety materiałów w oknie Palety narzędzi zawierają materiały, które można stosować do obiektów w prezentacji. Materiały można zastosować do obiektów z poszczególnych palet narzędzi w oknie Palety narzędzi. Można także przeciągać materiały z poszczególnych palet narzędzi do próbek w oknie Materiały w celu ich wyświetlenia. Zmiany w materiałach można wprowadzać w oknie Właściwości narzędzia. Nowy materiał można utworzyć w oknie Materiały W sekcji Edytor materiałów okna Materiały można wybrać rodzaj materiału oraz szablon, aby utworzyć nowy materiał. Po ustawieniu tych właściwości można modyfikować nowe materiały, używając map, takich jak mapa tekstury lub mapy proceduralne, oraz ustawień 10

11 Zastępowanie zaawansowanych ustawień oświetlenia, Skalowanie materiału i rozmieszczenie płytek oraz Odsunięcie i podgląd materiału. W panelu Edytor materiałów można ustawić następujące właściwości: Typy Realistyczny oraz Realistyczny metal. Materiały oparte na cechach fizycznych. Szablon materiału można wybrać z listy wstępnie zdefiniowanych materiałów, takich jak płytki ceramiczne, szkliwo, tkaniny, szkło itp. Typy Zaawansowane i Zaawansowany metal. Materiały z większą liczbą opcji, w tym właściwości, których można używać do tworzenia efektów specjalnych, takich jak symulowane odbicia. Typy Zaawansowane i Zaawansowany metal nie oferują szablonów materiałów. W nowym rysunku zawsze jest dostępny domyślnie jeden materiał, GLOBAL; w którym jest używany szablon Realistyczny. Ten materiał jest stosowany domyślnie do wszystkich obiektów, dopóki nie zostanie zmieniony materiał obiektu. Tego materiału można używać jako podstawy do tworzenia nowego materiału. 11

12 Można ustawić trzy typy kolorów dla materiału typu Zaawansowany i dwa kolory dla materiału typu Zaawansowany metal. Rozproszenie. Główny kolor materiału. Otoczenie. Kolor powierzchni oświetlonych światłem pochodzącym z otoczenia. Kolor otoczenia może być taki sam jak kolor rozproszenia. Refleksy. Kolor rozświetlenia na błyszczącym materiale. Kolor refleksu może być taki sam jak kolor rozproszenia. W przypadku szablonów Realistyczny i Realistyczny metal jest używany tylko kolor Rozproszenie. Zdolność do odbijania światła przez materiał definiuje stopień połyskliwości i chropowatości. Aby imitować błyszczącą powierzchnię, materiał ma małe rozświetlenie, a jego kolor refleksu jest jaśniejszy, nawet biały. Materiał bardziej chropowaty ma większe rozświetlenie o kolorze zbliżonym do głównego koloru materiału. W celu tworzenia specyficznych efektów można używać następujących właściwości: Pochłanianie. Obiekt całkowicie nieprzezroczysty nie przepuszcza światła przez swoją powierzchnię. Obiekt bez pochłaniania jest przezroczysty. (Ta właściwość nie jest dostępna w przypadku materiałów metalowych). Odbicie. Suwak odbicia umożliwia sterowanie stopniem, w jaki materiał odbija światło. W przypadku ustawienia wartości 100 materiał całkowicie odbija światło i w powierzchni dowolnego obiektu, do którego zostanie on zastosowany, odbija się otoczenie. (Ta właściwość nie jest dostępna w przypadku materiałów metalowych). Załamanie. Podczas przechodzenia przez przezroczyste materiały światło białe jest uginane, co powoduje zniekształcanie obiektów obserwowanych przez materiał. Przykładowo, przy wartości 1.0 obiekt znajdujący się za obiektem przezroczystym nie jest zniekształcony. Przy wartości 1.5 obiekt jest zniekształcony znacznie, jakby był oglądany przez szklaną kulę. (Ta właściwość nie jest dostępna w przypadku materiałów metalowych). Przezroczystość. Obiekt przezroczysty emituje białe światło, ale część światła jest rozpraszana wewnątrz obiektu; na przykład oszroniona szklanka. Przezroczystość ma 12

13 wartość procentową: przy wartości 0.0 materiał nie jest przezroczysty; przy wartości materiał jest tak przezroczysty, jak to możliwe. (Ta właściwość nie jest dostępna w przypadku materiałów metalowych). Światło własne. Obiekt wygląda tak, jakby emitował własne światło. Przykładowo, aby imitować neon bez używania źródła światła, można określić wartość światła własnego większą od zera. Żadne światło nie jest rzucane na inne obiekty. Jaskrawość. Jaskrawość powoduje, że materiał wygląda tak, jakby był oświetlany przez fotometryczne źródło światła. Ilość emitowanego światła jest określana przez wartość wyrażoną w jednostkach fotometrycznych. Żadne światło nie jest rzucane na inne obiekty. Materiał dwustronny. Właściwość Materiał dwustronny powoduje ustawienie materiału jako dwustronnego. Tę właściwość należy ustawić, jeśli w prezentacji mają być renderowane obie strony materiału. Obok materiałów w celu zwiększenia efektu wizualnego stosuje się w modelu symulację oświetlenia. Oświetlenie domyślne pochodzi z dwóch oddalonych źródeł, które podążają za punktem obserwacji podczas poruszania się po modelu. Wszystkie powierzchnie w modelu są oświetlone w sposób pozwalający na ich wizualne rozróżnienie. Można regulować jasność i kontrast, ale nie ma potrzeby samodzielnego tworzenia lub umieszczania świateł. 13

14 Po wstawieniu świateł niestandardowych lub dodaniu światła słonecznego można wyłączyć oświetlenie domyślne. Oświetlenie domyślne można zastosować tylko w rzutni; jednocześnie światła niestandardowe można zastosować w renderowaniu. Światła dodaje się w celu nadania scenie realistycznego wyglądu. Oświetlenie zwiększa klarowność i trójwymiarowość sceny. Aby uzyskać żądany efekt, można tworzyć światła punktowe, reflektory świetlne i światła odległe. Można je przesuwać i obracać za pomocą narzędzi uchwytów, włączać i wyłączać oraz zmieniać ich właściwości, takie jak kolor i tłumienie. Efekty zmian są widoczne w rzutni w czasie rzeczywistym. 14

15 Światło punktowe emituje światło we wszystkich kierunkach. Światło punktowe nie jest skierowane na żaden obiekt. Światło punktowe należy używać do podstawowych efektów oświetlenia. Reflektor świetlny rzuca skupioną wiązkę światła, podobnie jak latarka, reflektor prowadzący w teatrze czy reflektor samochodowy. Reflektor świetlny emituje ukierunkowany stożek światła. Można regulować kierunek światła oraz wielkość stożka światła. Podobnie jak w przypadku światła punktowego, dla reflektora świetlnego można ręcznie określić, że jego natężenie ma maleć wraz z odległością. Jednak natężenie reflektora świetlnego zawsze maleje również w zależności od kąta względem wektora kierunkowego reflektora. To tłumienie jest kontrolowane przez kąty wiązki i zaniku reflektora świetlnego. Reflektory świetlne są używane do wyróżniania (podświetlania) elementów i obszarów modelu. 15

16 Reflektory i światła punktowe są reprezentowane przez różne znaczniki oświetlenia (symbole na rysunku wskazujące położenie światła). Światła odległe i słońce nie są reprezentowane w rysunku przez znaczniki, ponieważ nie mają one konkretnej pozycji i wpływają na całą scenę. Podczas pracy można włączać i wyłączać wyświetlanie znaczników oświetlenia. Domyślnie znaczniki światła nie są drukowane. Światło odległe emituje jednolite, równoległe promienie światła tylko w jednym kierunku. W dowolnych miejscach rzutni należy określić punkty OD i DO w celu określenia kierunku światła. Natężenie światła odległego nie zmienia się wraz z odległością; jest jednakowo jasne na każdej powierzchni, do której dociera, jak w źródle. Światła odległe są przydatne do jednolitego oświetlania obiektów lub tła. Słońce to specjalne światło analogiczne do światła odległego. Kąt padania promieni słonecznych jest definiowany na podstawie położenia geograficznego określonego dla modelu oraz daty i godziny. Można zmieniać natężenie słońca i kolor światła. Słońce i niebo to podstawowe źródła oświetlenia naturalnego. Słońce to światło imitujące efekt światła słonecznego, którego można użyć w celu zaprezentowania cieni rzucanych na otoczenie przez strukturę. Słońce i niebo to podstawowe źródła oświetlenia naturalnego w programie AutoCAD. Podczas gdy promienie słoneczne są równoległe i mają żółtawy odcień, światło rzucane z atmosfery biegnie ze wszystkich kierunków i ma wyraźnie niebieskawy kolor. Gdy zmienna systemowa LIGHTINGUNITS jest ustawiona na wartość umożliwiającą korzystanie z oświetlenia fotometrycznego, dostępnych jest więcej właściwości słońca. Aby dokładnie określić wpływ słońca na wizualizowany obiekt musimy określić położenie geograficzne oświetlanego obiektu. 16

17 Dokładny efekt wizualny otrzymamy włączając cienie w modelu oraz określając datę i godzinę wizualizowanej sceny. Promienie słoneczne są równoległe i mają identyczne natężenie w każdej odległości. Cienie można włączyć lub wyłączyć. Aby zwiększyć szybkość działanie, należy wyłączać cienie, gdy nie są potrzebne. Wszystkie ustawienia dotyczące słońca z wyjątkiem położenia geograficznego są zapisywane w każdej rzutni, a nie w rysunku. Położenie geograficzne jest zapisywane w rysunku. 17

18 W celu dokładniejszego sterowania oświetleniem modelu można stosować światła fotometryczne. W przypadku świateł fotometrycznych są używane wartości fotometryczne (energii świetlnej), które umożliwiają dokładniejsze określanie świateł, tak jak ma to miejsce w rzeczywistości. Program AutoCAD umożliwia tworzenie prostych animacji zamodelowanego obiektu. Animacje na torze ruchu, takie jak animowane spacery 3D po modelu, umożliwiają wizualną prezentację modelu zarówno osobom mającym wykształcenie technicznej, jak i pozostałym. 18

19 Nawigację można nagrywać i odtwarzać, aby dynamicznie przekazywać swoje intencje związane z projektem. Ruchem kamery, a zarazem animacją, steruje się, łącząc kamerę i jej cel ze ścieżką lub punktem. Aby utworzyć animację za pomocą ścieżek ruchu, połącz kamerę i jej cel z punktem lub ścieżką. Aby kamera pozostała nieruchoma, połącz ją z punktem. Aby kamera poruszała się wzdłuż ścieżki, połącz ją ze ścieżką. Aby cel pozostał nieruchomy, połącz go z punktem. Aby cel się poruszał, połącz go ze ścieżką. Z punktem nie można połączyć jednocześnie kamery i celu. Jeśli zostanie użyta ta sama ścieżka, widok animacji będzie podążał dokładnie po torze kamery. W tym celu w oknie dialogowym Animacja na torze ruchu, wybierz opcję Brak dla ścieżki celu. Jest ustawienie domyślne. Format pliku animacji na torze ruchu wybiera się, określając ustawienia w oknie dialogowym Animacja na torze ruchu. Poszczególne ustawienia sterują szybkością klatek, czasem trwania, rozdzielczością, stylem wizualnym i formatem pliku animacji. 19

20 Temat 10 (4 godziny): Generowanie dokumentacji płaskiej na podstawie modelu 3D. Zagadnienia: Widok bryły. Rysunek bryły. Polecenie Widok bryły (rzutuj) automatyzuje ręczny proces tworzenia widoków, warstw i rzutni arkuszy modeli 3D. Należy uruchomić je na karcie układu. Polecenie RZUTUJ tworzy warstwy, których używa polecenie RYSRZUT do umieszczania widocznych i ukrytych linii każdego widoku: nazwa widoku-vis, nazwa widoku-hid, nazwa widoku-hat oraz warstwę, na której umieszcza się wymiary widoczne w poszczególnych rzutniach: nazwa widoku-dim. 20

21 Funkcja wewnętrzna LUW tworzy widok profilu w odniesieniu do loklanego układu współrzędnych. Jeśli w rysunku nie istnieją rzutnie, opcja LUW pozwala utworzyć wyjściową rzutnię, z której można tworzyć inne widoki. Pozostałe opcje polecenia RZUTUJ wymagają istnienia rzutni. Można wybrać, czy ma być używany bieżący układ LUW, czy też jeden z zapisanych wcześniej jako płaszczyzny profilu. Tworzone rzutowanie jest równoległe do płaszczyzny XY układu LUW, przy czym oś X wskazuje w prawo, a oś Y w górę. Orto na podstawie istniejącego widoku tworzy nowy widok prostokątny. Po wybraniu strony rzutni, która ma być użyta do utworzenia nowego widoku rzutu, linia rozciągająca się od kursora, prostopadła do płaszczyzny przekroju, ułatwia określenie środka nowego widoku. Można wypróbować kilka punktów, aby wybrać najlepsze położenie widoku. 21

22 Pomocniczy na podstawie istniejącego rzutu tworzy rzut pomocniczy. Widok pomocniczy jest rzutowany na płaszczyznę prostopadłą do jednego z rzutów prostokątnych i nachyloną w sąsiedniej rzutni. Dwa punkty definiują nachyloną płaszczyznę używaną do tworzenia rzutu pomocniczego. Oba punkty muszą się znajdować w tej samej rzutni. 22

23 Przekrój tworzy pełny widok przekroju brył, łącznie z kreskowaniem. Polecenie RYSRZUT generuje następnie profil widocznej połowy bryły i odrzuca oryginalną kopię. Na koniec polecenie RYSRZUT tworzy przekrój bryły. Bryły nieprzecięte płaszczyzną tnącą zostaną wygenerowane jako pełne profile. Ponieważ standardy kreślarskie nie zalecają rysowania linii ukrytych w widokach przekrojów, polecenie RZUTUJ blokuje warstwę nazwa widoku-hid. 23

24 Polecenie Rysunek bryły (RZUTUJ) tworzy widoczne i ukryte linie reprezentujące sylwetkę i krawędzie brył w rzutni, a następnie są one rzutowane na płaszczyznę prostopadłą do kierunku obserwacji. Polecenie RYSRZUT może być użyte tylko w rzutniach utworzonych za pomocą polecenia Rzutuj. Są tworzone widoczne i ukryte linie reprezentujące sylwetkę i krawędzie bryły w rzutni, a następnie są one rzutowane na płaszczyznę prostopadłą do kierunku obserwacji. Krawędzie bryły są generowane dla wszystkich brył i fragmentów brył za krawędzią tnącą. W przypadku widoków przekrojów tworzone jest automatyczne kreskowanie. Wszystkie istniejące profile i przekroje w wybranej rzutni są usuwane i generowane są nowe. Wszystkie warstwy, z wyjątkiem niezbędnych do wyświetlenia zarysu lub przekroju, są blokowane we wszystkich rzutniach. Nie należy umieszczać istotnych dla rysunku informacji na warstwach nazwa widoku-vis, nazwa widoku-hid oraz nazwa widoku-hat. Informacje przechowywane na tych warstwach są usuwane i odświeżane podczas wykonywania polecenia RYSRZUT. 24