Файл: Модель солнечной системы.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова» Высшая школа кибернетики, математики и статистики (факультет) Кафедра прикладной информатики(кафедра)КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Основы объектно-ориентированное программирования» на тему «Модель солнечной системы» Москва - 2022 г.

Оглавление

Введение

В современном мире вычислительные технологии занимают не последнее место в жизни человека. Мы живем в информационном обществе, в котором компьютеры присутствуют в нашей жизни, практически в каждой сфере нашей деятельности. Сложно представить нашу жизнь без компьютеров в медицине, строительстве, банковской сфере и многих других. Сфера распространения использования компьютера безгранична и этого нельзя отрицать. Вычислительные технологии позволяют нам моделировать различные сложные и не совсем процессы, явления, что позволяет человеку наглядно изучать те или иные области.Целью данной работы - объектно-ориентированное программирование астрономической модели солнечной системы. В проекте будет представлена модель планет и их спутников, которые вращаются вокруг солнца и двигаются по своим орбитам с правильным соотношением скоростей.Задачами данной работы являются:

1. 
   Изучить соответствующий материал, литературу, понятия, которые имеют отношение к теме;
   
2. 
   Научиться работать с графическими библиотеками;
   
3. 
   Изучить основные подходы объектно-ориентированного программирования на C++;
   
4. 
   Спроектировать модель солнечной системы на основе классов.
   

Актуальность выбранной темы построения солнечной системы заключается в том, что в нашей жизни мы часто лучше понимаем многие вещи и моменты, если перед нами есть наглядное представление чего-то. Так и здесь, возможно эта модель сможет кому-то помочь наглядно разобраться как в целом устроена наша вселенная, из каких планет и спутников она состоит, как примерно работает. Возможно, после этой работы, кто-то еще больше заинтересуется в изучении вселенной, в которой мы живем.

---

Помимо этого, данная работа важна с точки зрения практики. С помощью нее можно попрактиковать все знания и навыки, которые были получены при изучении предмета «Основы объектно-ориентированного программирования». Кроме всего этого, это возможность узнать что-то новое и получить уникальный опыт.

Глава 1. Основные понятия.

1. Теоретические основы ООП

Как известно, программисты ранее и более 20 лет назад создавали реализовывали проекты с помощью непосредственного написания кода. Однако из-за всевозрастающей сложности проектов, стало понятно, что данный поход не совсем удачен. Поэтому были выработаны новые концепции программирования. К одной из этих концепций относится объектно-ориентированное программирование (ООП).Объектно-ориентированное программирование:

1. 
   Позволяет внедрять какие-либо изменения без надобности переписывать всю программу;
   
2. 
   Способствует структурировании информации;
   
3. 
   Способствует повышению управляемости программой;
   
4. 
   Способствует лучшему пониманию кода;
   
5. 
   Благодаря такому подходу, получается более лучше и быстрее масштабировать программу под разные задачи.
   

Для того чтобы, код был не такой сложный, то программу разбивают на объекты. Таким образом, главным звеном в ООП можно назвать объект.Чтобы объединять объекты, которые обладают схожими свойствами, есть классы. По сути, класс описывает свойства объекта.Помимо всего прочего, объект обладает набором атрибутов(переменных) и методов(функций).Центральной идеей ООП является реализация понятия "абстракция". Ее смысл заключается в том, что сущностьпроизвольной сложности можно рассматривать и производить определенные действия над ней, как над единым целым, не вдаваясь в детали внутреннего построения и функционирования. Абстракция - наличие у объекта методов и свойств, к которым мы можем обратиться в других частях программы.Во всех объектно-ориентированных языках программирования реализованы следующие основные постулаты ООП:1)Инкапсуляция2)Наследование3)ПолиморфизмИнкапсуляция – механизм, который помогает связывать вместе код и данные, которыми он манипулирует, и одновременно защищать их от произвольного доступа со стороны другого кода.Наследование – механизм, с помощью которого один объект способен приобретать свойства другого объекта (родительского, базового класса).

---

Полиморфизм – механизм, который позволяет использовать один и тот же интерфейс для общего класса действий.

2. 
   Обоснование выбора языка программирования, графической библиотеки и среды разработки
   

Для реализации курсовой работы по теме, связанной с построением солнечной системы, была выбрана среда разработки Microsoft Visual Studio. Среда имеет следующие достоинства:— обеспечение интуитивно расширяемой, понятной среды для языка, конструкторов;— предоставление высокопроизводительных инструментальных средств для всех этапов жизненного цикла разработки -- от определения требований до последующего сопровождения продукта.В качестве языка программирования для выполнения курсовой работы был выбран язык С++.Данный язык программирования является высокоуровневым компилируемым языком программирования, который может подходить для реализации и создания различных приложений. Это не секрет, что сегодня это пожалуй один из самых популярных языков программирования.Язык C++, унаследовав язык C (стандарт С90), был разработан его автором Бьерном Страуструпом с наиболее возможной реализацией теоретических концепций ООП. Вначале С++ просто служил дополнением к языку Си некоторыми возможностями ООП. Сам создатель назвал его как «Си с классами», в 1983 году переименованный в С++. Он стал полноценным языком программирования со своими особенностями и возможностями.Основные преимущества данного языка:1)Поддержка объектно-ориентированного программирования;2) С++ используется практически везде;3)Для С++ существует много компиляторов и библиотек;4)Высокая скорость;5) Есть возможность работы на низком уровне с адресами и памятью;6)эффективность;7)поддержка разных технологий и стилей программирования.Разумеется, у С++ есть и недостатки. Например, сложности с управлением памятью, синтаксис, который зачастую провоцирует ошибки.С++ очень быстрый и эффективный язык программирования. Данный язык будет продолжать быть популярным из-за своей производительности, эффективности. Помимо этого, этот язык программирования помогает понять лучше и глубже, как компьютеры работают и думаю. Также С++ дает возможность узнать и познакомиться с низкоуровневыми концепциями программирования.

---

Таким образом, исходя из всего вышесказанного в работе над своим проектом был выбран язык С++.Свою историю OpenGL ведет с 1992 года. OpenGL — это программный интерфейс, который применяется для получения высококачественных, программно-генерируемых и интерактивных изображений.OpenGL считается графическим стандартом в области компьютерной графики. На данный момент он является одним из самых популярных графических стандартов во всём мире.Основной задачей OpenGL является возможность создания моделей из небольшого набора графических примитивов: точек, линий, многоугольников.Характерные особенности OpenGL:1) Легкость использования. Стандарт ОреnGL имеет достаточно продуманную структуру и довольно понятный интерфейс. Это позволяет с меньшими затратами создавать эффективные приложения, которые будут содержать меньше строк кода, чем если использовать другие графические библиотеки. 2) Надежность. Приложения, которые используют ОpеnGL , могут гарантировать одинаковый результат. Так будет происходить вне зависимости от типа операционной системы и организации отображения информации. 3) Переносимость. Эти приложения могут выполняться на персональных компьютерах, на рабочих станциях, суперкомпьютерах.4) Стабильность. Дополнения и изменения в стандарте реализуются таким образом, чтобы сохранить совместимость с разработанным ранее программным обеспечением.Функции библиотеки OpenGL можно разделить на пять основных категорий:

1. 
   Функции описания примитивов (точек, линий, многоугольников и так далее);
   
2. 
   Функции задания атрибутов (помогают понять, как будут выглядеть на экране отображаемые объекты);
   
3. 
   Функции описания источников света;
   
4. 
   Функции визуализации (помогают задавать положение наблюдателя и задать параметры объектива камеры);
   
5. 
   Функции геометрических преобразований (отвечает за преобразование объектов – поворот, масштабирование, перенос)
   

Таким образом, для работы был выбран OpenGL.

Глава 2. Реализация модели солнечной системы

2.1. Описание процесса программы

В данной курсовой работе представлено объектно-ориентированное программирование астрономической модели солнечной системы. Модель будет описывать Солнце и планеты Меркурий, Венеру, Землю, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и спутники Луна, Фобос и Деймос (спутники Марса), Ио и Европа (спутники Сатурна), Тритон (Спутник Нептуна). Программа будет работать следующим образом: на экране изображается Солнце и планеты со своими спутниками. Они располагаются вокруг Солнца на своих астрономических местах. Планеты начинают вращаться вокруг Солнца по своим орбитам с правильным соотношением скоростей. В то же время спутники начинают вращаться вокруг своих планет по траекториям, складывающимся из двух вращательных движений: вращение планеты вокруг Солнца и вращение спутника вокруг планеты.

---

Полностью код программы можно посмотреть, перейдя по ссылке:https://github.com/Shoronovaanastasia/term-paper-model-of-the-solar-system-.gitРезультат работы в виде картинки:

2.2. Краткое описание классов

Мы вводим класс для каждой планеты и для спутников. Например для Солнца:class Sun {private: float R; // Радиусpublic: Sun() { R = 2.5; }float getR() const { return R; }};Введем еще класс для планеты Земля и для ее спутника. В методах мы получаем эти данные(геттер).class Earth {public: float R = 1; // Радиус float V = 15; //Время, за которое спутник делает оборотfloat S = 10; // Расстояние спутника до её планетыfloat getR() const { return R; } float getV() const { return V; } float getS() const { return S; }};class Moon {public: float R = 0.4; // Радиус float V = 15; //Время, за которое спутник делает оборотfloat SSun = 10; // расстояние до солнцаfloat S = 1.7; // Расстояние спутника до её планетыfloat getR() const { return R; } float getV() const { return V; } float getS() const { return S; } float getSSun() const { return SSun; }};Проделываем все те же действия для других планет и спутников.

2.3. Основные функции

Базовые функции, которые потребуются нам, работая с применением графической библиотеки OpenGL:void initGL() {glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f); //задает значения очистки цветом, задает очистку цвета в черный цвет}// RGB Red Green Blue// По умолчанию тест глубины отключен. Включим его.void initRendering() { // Рендер. Обычно в OpenGL рендеринг используется для отрисовки в 3Д для предварительного просмотра визуализацииglEnable(GL_DEPTH_TEST); // Запуск функции из gl. А именно: Тест глубины. С помощью данной функции в целом подключается буффер глубины}// Теперь, с включенным тестом глубины OpenGL будет автоматически сохранять значения глубины// для всех прошедших тест фрагментов и отбрасывать не прошедшие.void handleResize(int w, int h) { glViewport(0, 0, w, h); // Функция задает окно просмотра.glMatrixMode(GL_PROJECTION); //Функция указывает, на то какая матрица является текущей матрицей.// Применение последующих операций с матрицей к стеку матрицы проекции.glLoadIdentity(); //Функция замены текущей матрицы матрицей идентификаторов.gluPerspective(45.0, (double)w / (double)h, 1.0, 200.0); // Функция,которая настраивает матрицу перспективной проекции.

---