Файл: Образовательная программа 6B06102 Информационные системы.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 12.12.2023

Просмотров: 140

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ЛЕКЦИОННЫЙ КОМПЛЕКСДисциплина VAGO 3217 − «Визуализация, анимация графических объектов»Модуль RPIS 07 − «Разработка прикладных ИС»Образовательная программа 6B06102 – «Информационные системы»Факультет инновационных технологийКафедра информационно-вычислительных систем2021Тема 1 Общие сведения о трехмерной графике. Определение и сфера применения компьютерной трехмерной графики (2 час)План лекции:1. Сведения о трехмерной графике. 2. Сфера применения компьютерной трехмерной графики.3. Программы з-х мерной графики.Трёхмерная графика — раздел компьютерной графики, посвящённый методам создания изображений или видео путём моделирования объёмных объектов в трёхмерном пространстве.Трёхмерная графика активно применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в науке и промышленности, например, в системах автоматизации проектных работ (САПР; для создания твердотельных элементов: зданий, деталей машин, механизмов), архитектурной визуализации (сюда относится и так называемая «виртуальная археология»), в современных системах медицинской визуализации. Для получения трёхмерного изображения на плоскости требуются следующие шаги:моделирование — создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней;

  • текстурирование — назначение поверхностям моделей растровых или процедурных текстур (подразумевает также настройку свойств материалов — прозрачность, отражения, шероховатость и пр.);

  • освещение — установка и настройка источников света;

  • анимация (в некоторых случаях) — придание движения объектам;

  • динамическая симуляция (в некоторых случаях) — автоматический расчёт взаимодействия частиц, твёрдых/мягких тел и пр. с моделируемыми силами гравитации, ветра, выталкивания и др., а также друг с другом;

  • рендеринг (визуализация) — построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью;

  • композитинг (компоновка) — доработка изображения;

  • вывод полученного изображения на устройство вывода — дисплей или специальный принтер.
Существует 3 вида трехмерной графики:
- Полигональная.- Аналитическая.- Фрактальная.Объект задается набором полигонов. Полигон - это плоский многоугольник. Каждый полигон задается набором точек. 3-мерный объект задается как массив или структура.Программные пакеты, позволяющие создавать трёхмерную графику, то есть моделировать объекты виртуальной реальности и создавать на основе этих моделей изображения, очень разнообразны. Последние годы устойчивыми лидерами в этой области являются коммерческие продукты, такие, как:

  • Autodesk 3ds Max

  • Autodesk Maya

  • Autodesk Softimage

  • Blender

  • Cinema 4D

  • Houdini

  • Modo

  • LightWave 3D

  • Caligari Truespace.
Рекомендуемая литература [1-7]Контрольные задания для СРС (темы 1) [1, 2, 6]1.Что такое трехмерная компьютерная графика?2. Где она используется?3. Какие этапы создания трехмерной графики существуют?4. Какие шаги необходимы для получения трехмерного изображения?Тема 2. Основы компьютерного моделирования (2 час)План лекции:1. Понятие модели и моделирования.2. Иерархия моделей.3. Основные принципы моделирования.4. Понятие компьютерной модели.5. Общие требования, предъявляемые к моделям.Модель - это такой материальный или мысленно представляемый, то есть информационный объект, который в процессе исследования замещает объект-оригинал, обладая его существенными информационными свойствами (качественно-логическими и количественно-математическими), то есть характером отношений между элементами изучаемого объекта и его отношений к другим объектам физической реальности, так, что изучение модели дает новые знания об объекте-оригинале.Моделирование - процесс построения, изучения и применения моделей. Оно тесно связано с такими категориями, как абстракция, аналогия, гипотеза и др. Процесс моделирования обязательно включает и построение абстракций, и умозаключения по аналогии, и конструирование научных гипотез. Главная особенность моделирования в том, что это метод опосредованного познания с помощью объектов-заместителей.Иерархия моделей 1. Пассивные системы - это системы, которые никак не влияют на процесс моделирования и процесс моделирования никак не влияет на целевую систему.2. Управляемые системы - системы, в которых происходят реакции на внешнее управляющее воздействие. 3. Управляющие системы - системы, которые производят управление какими-либо процессами или объектами и имеющие обратные связи.
4. Интеллектуальные системы - распознающие системы с собственной системой принятия решений (инициативного действия), то есть такие системы, как правило, составляют "игровую систему" с другими подобными системами, самостоятельно моделируя ситуацию и отвечая на внешние воздействия соответственно собственной модели.  Основные принципы моделирования 1. Принцип информационной достаточности - При полном отсутствии информации об объекте построить модель невозможно. При наличии полной информации моделирование лишено смысла. Существует уровень информационной достаточности, при достижении которого может быть построена модель системы.2. Принцип осуществимости - Создаваемая модель должна обеспечивать достижение поставленной цели исследования за конечное время.3. Принцип параметризации - Некоторые подсистемы моделируемой системы могут быть охарактеризованы единственным параметром: вектором, матрицей, графиком, формулой.4. Принцип множественности моделей - Любая конкретная модель отражает лишь некоторые стороны реальной системы. Для полного исследования необходимо построить ряд моделей исследуемого процесса, причем каждая последующая модель должна уточнять предыдущую.5. Принцип системности - Исследуемая система представима в виде совокупности взаимодействующих друг с другом подсистем, которые моделируются стандартными математическими методами. При этом свойства системы не являются суммой свойств ее элементов. Понятие компьютерной модели Компьютерная модель - компьютерная программа, работающая на отдельном компьютере или множестве взаимодействующих компьютеров (вычислительных узлов), реализующая абстрактную модель некоторой системы.Компьютерные модели стали обычным инструментом численно-математического моделирования и применяются в физике, астрофизике, механике, химии, биологии, экономике, социологии, метеорологии, других науках и прикладных задачах в различных областях радиоэлектроники, машиностроения, автомобилестроения и проч. Компьютерные модели используются для получения новых знаний о моделируемом объекте или для приближенной оценки поведения систем, слишком сложных для логико-аналитического исследования.Общие требования, предъявляемые к моделям Модель должна обладать следующими внешними свойствами:Актуальность. Это значит, что модель должна быть нацелена на текущие, предстоящие, важные проблемы для лиц, принимающих решения.
Результативность. Это значит, что полученные результаты моделирования могут найти успешное применение. Данное требование может быть реализовано только в случае правильной формулировки требуемого результата.Достоверность. Это значит, что результаты моделирования не будут ложными, модель будет соответствовать моделируемому целевому объекту, процессу или системе. Данное требование тесно связано с понятием адекватности, то есть, если модель неадекватна, то она не может давать достоверных результатов.Экономичность. Это значит, что эффект от использования результатов моделирования превышает расходы ресурсов на ее создание и исследование.Внешние свойства выполнимы при условии обладания моделью внутренними свойствами.Модель должна быть:• существенной, т. е. пoзвoляющeй вcкpыть cyщнocть поведения системы, вcкpыть неочевидные, нетривиальные детали;• мoщнoй, т. е. пoзвoляющeй пoлyчить шиpoкий набop существенных cвeдeний;• пpocтoй, прозрачной для изyчeния и иcпoльзoвaния, лeгкo пpocчитывaeмoй на компьютере;• открытой, т.е. позволяющей ее модификацию, расширение.х Рекомендуемая литература [1, С. 6-25; 2, С. 9-12; 6]Контрольные задания для СРС (темы 2) [1,2,6]1. Дайте понятие модели и моделирования.2. Опишите основные принципы моделирования.3. Изучите общие требования, предъявляемые к моделям.

Тема 3. Методы моделирования объектов (2 час)

План лекции
1. Понятие модели и моделирования.2. Классификация моделей3. Иерархия моделей.4. Основные принципы моделирования.5. Понятие компьютерной модели.6. Общие требования, предъявляемые к моделям.7. Основные этапы моделирования.

Основные понятия моделирования

Человек часто имеет дело с объектами, процессами и явлениями, недоступными для непосредственного восприятия. Причины этого могут быть разными:

молекулы слишком малы для наблюдения;

процесс формирования горных цепей на поверхности Земли идет слишком медленно;

условия в центре атомного взрыва исключают присутствие человека;

архитекторы, конструкторы, работники многих других профессий должны представлять себе объекты, которых еще не существует.

Модели позволяют в наглядной форме представить такие объекты, явления и процессы.

Модель — это представление исходного реального объекта, процесса и явления, отражающего определенные его особенности.

Процесс с создания модели называется моделированием.

Моделирование - это один из основных методов познания, который заключается в том, что, ввиду большой сложности реальных систем и процессов, исследуются их упрощенные копии, схемы образы, заменители или аналоги, которые и называют моделями.

Главное свойство модели — адекватность, т. е. соответствие моделируемым особенностям оригинала.

Способы классификации моделей зависят от того, какие признаки считать наиболее важными. По области использования: а) Учебные (глобус - учебная модель Земли) б) Опытные (модель самолета для испытаний в аэродинамической трубе) в) Научно-технические (модель автомобиля) г) Игровые (военные маневры - модель боевых действий) д) Имитационные (Клавиатурный тренажер) 2) С учетом фактора времени: а) Динамические – модель имеет временной параметр, т.е. отражает свойства объекта во времени (раскачивающийся груз на нити). б) Статические - не имеет временного параметра. Статическая модель в каждый момент времени дает лишь "фотографию" системы, ее срез (неподвижный груз на нити).3) По способу представления: а) Натурные модели реализуют физическое подобие объекта (макет, муляж), воспроизводят физические, геометрические и др. свойства объектов в материальной форме. б) Информационные модели представляются описанием объекта, процесса или явления, отражают знания человека о моделируемом объекте. Представляют информационные объекты в образной и знаковой форме. в) Образные модели (рисунки, фотографии и др.) представляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге, кино-, фотопленке и т. п.). Широко используются в образовании (учебные плакаты) и науках, где требуется классификация объектов по внешним признакам (биология). г) Знаковые информационные модели строятся с использованием различных языков (знаковых систем).Компьютерное моделирование Исторически случилось так, что первые работы по компьютерному моделированию, или, как говорили раньше, моделированию на ЭВМ, были связаны с физикой, где с помощью моделирования решался целый ряд задач гидравлики, фильтрации, теплопереноса и теплообмена, механики твердого тела 1 т.д. Моделирование в основном представляло собой решение сложных нелинейных задач математической физики с помощью итерационных схем, и по существу было оно моделированием математическим.

Смотрите также файлы