Системы машинной графики Печать

Вернуться к оглавлению

Машинная графика - методы создания и преобразования изображений с помощью вычислительных машин.
graphics

Специалисты постоянно стремились облегчить общение между пользователем и машиной, стремились заставить ее работать в наиболее удобном для человека режиме. Один из наиболее удобных способов восприятия информации - графический.

Поскольку пользователи нуждались в получении от машины графической информации, машину стали этому учить. Разработали устройства графического ввода-вывода данных. Ни отрезок прямой, например, ни кривую не надо было перекладывать на кодированный язык: их чертила сама машина.

Раз машина научилась чертить, то не замедлили воспользоваться ее новым навыком. Системы автоматизированного проектирования - САПРы - сначала использовались как своего рода электронные эквиваленты чертежной доски, во много раз увеличивающей производительность труда, хотя машина давала графическую продукцию только в двух измерениях. К тому же включались в работу не все возможности машины.

Но затем графическое умение машин усовершенствовали. На машинах стали применять разные методы работы.

При так называемом трехмерном моделировании с проектируемом объектом можно производить много манипуляций: придумывать для него и его деталей неограниченное число конфигураций и анализировать их достоинства и недостатки; поворачивать объект под любым углом зрения; воспроизводить в любом масштабе, а смену положений осуществлять намного быстрее, чем раньше; пробовать различные цвета, в которые можно было бы его окрасить.

К тому же САПР позволяет быстро вычислять размеры объекта проектирования, центр тяжести, момент инерции, объем. и все это на экране дисплея, когда ничего не надо изготовлять в натуре, то есть не тратить ни средств, ни времени. Что же касается объекта моделирования, им может быть что угодно: самолет, автомобиль, мебель.

Незаменимую способность компьютера оперировать большими объемами данных использовали в методе трассировки. Его применяют там, где необходимо рассчитать наилучшую компоновку объекта проектир6вания. С помощью трассировки определяют, как лучше, например, расположить кремниевые кристаллы в какой-либо плате для нужд радиоэлектроники или наиболее целесообразно организовать городскую дорожную сеть.

Очень распространен в инженерных и проектировочных работах метод имитирования. Любую придуманную модель или опытный образец можно с помощью компьютера поместить в любую сложную обстановку, то есть устроить испытания, которые только способен вообразить себе, предположим, авиаконструктор. Он может еще до постройки самолета испытать его в реальном полете, выявив особенности конструкции, обнаружив ошибки в своих решениях.

С помощью рисующей машины совершая полет на «рисованном» самолете, придумав для него и аварийные ситуации, и отказы в работе узлов, и реакцию на воздушные возмущения.

Причем такие имитации производятся и в замедленном масштабе времени чтобы лучше во все вглядеться, изучить, проанализировать. Однажды за данные конструктивные элементы или результаты анализа той или иной ситуации записываются в памяти и могут быть вызваны оттуда по первому требованию.

САПРы используют не только в качестве советчика при выборе наилучших параметров конструкции, но и в качестве ограничителя, устанавливающего допустимое число решений, а также в качестве «анализатора» выделяющего из множества вариантов так называемую «неощущаемую» по своим критериям конструкцию.

В результате машина сама выявит предельные технические возможности проектируемого объекта.

Системы автоматизированного проектирования намного облегчаю практическую деятельность инженера-проектировщика. Его двухнедельную работу проектировщик-компьютер выполняет за полтора-два часа.

САПР помогает и в производстве. Ведь машина одновременно с изготовлением чертежа, чтением его умеет управлять технологическим процессом. К примеру, рассчитанный профиль крыла самолета выводится на экран, данные о модели сразу поступают на фрезерный станок, где нужная модель изготавливается.

Машинная графика стала стандартной формой связи с компьютером. К ней прибегают и студенты в компьютерных аудиториях, и школьники в дисплейных классах, и даже дошкольники в компьютерных клубах.

Широкому распространению компьютерной графики способствовали несколько причин. Прежде всего появление персональных компьютеров, оснащенных устройствами графического ввода-вывода. Затем применение в современных компьютерах памяти огромной информационной емкости.

Это очень важно для программ построения и обработки изображений и дает возможность переносить прикладные программы с одного типа машины на другой. И наконец, максимальное удобство для пользователя. Он может работать в реальном режиме времени, осуществляя принцип: что вы видите, то и получаете. Привлекательна и экономность труда: не надо набирать на клавиатуре компьютера команду за командой, а стоит только выбрать вариант из различных списков команд чтобы начать работу.

Само собой разумеется, создавать изображения машине позволяют про граммы. Одни из первых активно работающих программ машинной графики напоминали действие воображаемого фотоаппарата. В такой программе имеется закодированная геометрическая информация о модели, которую надо изобразить. После моделирования объекта воображаемый фотоаппарат переносит на экран - визуализирует ту часть модели, которая в данном случае необходима пользователю.

Другой вид программ оперируют пикселями. В подобных случаях у пользователя большие возможности в общении с машиной. Он, извлекая информацию из буфера образов, может перекрашивать, перемещать изображения, производить с ними логические операции. Этот вид программ аналогичен изготовлению фотографий, когда изображение изменяется непосредственно на эмульсионном слое, а не при экспонировании пленки.

Еще большему удобству работы способствуют стандартные программы - стандарт на техническое черчение, на автоматическое проектирование, стандарт на запись текста, стандарт на изображение для телевидения.

Машинная графика в последние годы находит применение в самых разных областях человеческой деятельности. Ею пользуются для создания «непрерывных» карт, не ограниченных размерами бумаги. Они нужны, чтобы видеть сразу гигантские трассы трубопроводов или электрокабелей.

Многое дает объединение усилий двух муз - архитектурной и кибернетической - для проектирования зданий и городов.

Машинную графику применяют даже при ремонте автомобилей, согласуя работу с заранее заготовленным фильмом - последовательностью кадров правильного ремонта. Машины рисуют и электронную газету, которая фиксирует все сообщения, поступающие по линиям связи, подготавливая для читателей статьи, заметки, рисунки вслед за происходящими событиями.

С помощью машины можно создать и фантастический фильм, где придуманный мир будет представлен как реалистический: автомобиль, разъезжающий по кольцам Сатурна, деревья, не существующие в природе, технические устройства, нарисованные одним воображением и даже не доступные никакому воображению.

Рисующий компьютер оказывает неоценимую услугу и в дизайне художественном конструировании.

Сколько вариантов перебирал дизайнер, прежде чем находил наилучшее решение, удовлетворяющее и эстетическим, и техническим, и технологическим требованиям!

Варианты сначала приходилось искать на бумаге, потом переводить в пластилин, потом изготовлять макет. Без таких операций невозможно было создать модель.

Вместо этого теперь пользуются электронным пером, рисующим на экране дисплея. Облегчилось осуществление любого сложного замысла художника-конструктора, проектирование любого изделия: то ли модной одежды, то ли современной мебели, то ли кузова нового автомобиля.

А машинная графика в кино? Режиссер может, например, дать задание машине, какие действия должны происходить в мультфильме. И машина воспроизведет их последовательно кадр за кадром. Чтобы получить фильм, длящийся всего секунду, нужно произвести от 864 миллионов до 864 миллиардов арифметических операций. В течение месяца компьютер делает 60-минутный фильм. Это намного производительнее, чем работа традиционными методами: в год два фильма.

С помощью машинной графики занимающийся не только рисованием, черчением и проектированием. Она помогает и в научных исследованиях. Так, в молекулярной биологии выводят на экран изображение молекулы, чтобы проследить ее внутреннюю структуру.

Медик воспроизводит на экране человека лишь из скелета и мышц.

Такой графический образ, полученный в результате математического синтеза миллионов данных, предоставленных компьютерным томографом, позволяет уточнить поперечные сечения тела пациента; в другом случае видеть отложения извести на стенках аорты, чего нельзя увидеть применяя иные способы.

Химику, знающему расположение отдельных атомов в молекулах, машинная графика помогает по-новому оценить химические процессы, в которых важна роль формы молекул. Следовательно, машинная графика способствует пониманию сложнейших явлений.

Она дает возможность еще и проводить эксперименты, избегая риска. В качестве примера возьмем авиа-тренажер, представляющий точный макет кабины летчика со всеми приборами и устройствами. Авиа-тренажер снабжен дисплеями, на которых воспроизводится изображение местности, видимой во время взлета и посадки. Различные манипуляции пилота при управлении полетом меняют изображение на экранах, создавая полную иллюзию движения самолета.

Таким образом, машина, работающая по программе машинной графики, устраняет прежде всего риск катастрофы самолета, заранее знакомит пилота с особенностями местности, где придется пролетать, характеристиками различных аэропортов, откуда надо будет вылетать или куда надо будет приземляться.

Очень часто ученому необходимо получить ответ на вопрос: «Что произойдет, если ... » обычно после этого требовался и сложный эксперимент, и большие затраты, и длительное время. Теперь исследователю помощником стала машина, быстро, наглядно, оперативно отвечающая на подобные вопросы.

Рисующие машины позволяют строить фантастические сцены в реальном масштабе времени, в которых сочетаются и изображение и голос.

Такой симбиоз дает новый способ общения пользователя с машиной, открывает новые перспективы в области искусственного интеллекта.

Если же заглянуть в будущее, то нетрудно предположить, как рисующий, проектирующий, моделирующий компьютер позволит ученым погрузиться в глубины микро- и макрокосмоса, такие реальные и одновременно такие иллюзорные. И не просто погрузиться, а действовать, перестраивая их в поисках научной истины.

Художники овладеют невиданным средством изображения реальности не на ограниченном пространстве холста, а на необъятной площади, составленной из миллионов изображений, фиксируемых на экране электронной машины.

Возможно, именно таким образом появится необыкновенный мир, запрограммированный, и перед людьми возникнет действительность, сформированная новыми знаниями ученых и неограниченной фантазией художников.