Инженерная геометрия и компьютерная графика. Цифровая поддержка жизненного цикла изделий. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура
Автоматическая генерация заданий по начертательной геометрии с помощью параметрических шаблонов
Статья научная
Комплекс дисциплин графического цикла включает начертательную геометрию, инженерную и компьютерную графику, основы автоматизированного проектирования объектов и другие учебные курсы. Содержание перечисленных дисциплин подразумевает использование большого количества чертежей, моделей, графических задач. Часть заданий выдается студенту в электронной форме в виде файлов, выполненных в графическом редакторе. Наличие у преподавателя обширной базы вариантов электронных графических заданий является насущной необходимостью. В идеале каждый студент учебного потока должен получать индивидуальный набор типовых учебных графических заданий. Формирование таких наборов - очень трудоемкая часть профессиональной деятельности преподавателя. В качестве решения проблемы мы предлагаем хотя бы частично автоматизировать процедуру подготовки чертежей к заданиям. Основная идея заключается в следующем: выполняется полная или частичная параметризация геометрии чертежа, графические параметры связываются с рядом управляющих параметров, затем с помощью внешней таблицы происходит генерация новых значений для каждого параметра, данные из таблицы загружаются в графический документ, чертеж в документе обновляется, формируя новый вариант задания. Автор статьи рассматривает пример совместного использования графического комплекса «Компас» и программы Microsoft Excel. На ряде простых примеров показано, что формирование нового комплекта из тридцати вариантов графических заданий может быть сокращено до нескольких минут.
Бесплатно
Статья научная
Одной из форм повышения эффективности подготовки студентов по компьютерным информационным технологиям являются олимпиады. Сопровождения и поддержки содействуют повышению вовлеченности студентов в процесс подготовки и участия в олимпиадах, созданию условий для формирования и развития у студентов мотивации в целях достижения успеха, поиска новых решений. Участие в олимпиадах способствует развитию и внедрению в учебный процесс новых компьютерных технологий, у студентов вырабатываются такие личностные качества, как упорство, техническое мышление, творческая инициатива, повышается самооценка. Цель представленной работы - поделиться опытом участия во Всероссийских олимпиадах, процессом подготовки и анализом олимпиадных заданий; организовать формы, способствующие повышению включенности студентов в образовательный процесс, - участие в инновационных проектах, олимпиадах, научно-исследовательской работе.
Бесплатно
Статья научная
Кривые Безье являются обязательной составляющей геометрического ядра современных систем автоматизированного проектирования (CAD - Computer-Aided Design). В статье предлагается математический подход, позволяющий выполнить аппроксимацию сопряжения (соединения) кривых Безье произвольной степени таким образом, чтобы в точке сопряжения выполнялись условия гладкости (непрерывности) до порядка, равного степени заданных Безье кривых. Данный подход позволяет представить сопряженные кривые одной кривой Безье со степенью, равной степеням заданных кривых. На сопряженные кривые и аппроксимирующую кривую могут быть наложены дополнительные ограничения в виде полного совпадения с одной из заданных кривых или прохождения аппроксимирующей кривой через заданную точку и равенства производных заданным значениям в этой точке. Для решения указанных задач вводятся две различные метрики разности между заданными кривыми и аппроксимирующей кривой, формулируются оптимизационные задачи с ограничениями в виде равенств, для решения которых применяется метод множителей Лагранжа, который сводится к решению соответствующей системы линейных алгебраических уравнений. Для представления кривых Безье предлагается использовать базисные функции В-сплайнов, что позволяет пользоваться программными функциями входящих в геометрическое ядро современных CAD-систем. Это существенно упрощает получение производных всех степеней для кривых и без существенных изменений в последующем позволит распространить результаты на задачи сопряжения B-сплайнов. Приводятся примеры аппроксимаций с использованием различных метрик и с учетом ограничений.
Бесплатно
Восстановление каркасной модели 3D-объекта по бумажному архивному чертежу
Статья научная
В статье описано практическое применение автоматизированной информационной технологии преобразования бумажного чертежа в электронную 3D-модель изделия (каркасное представление). Данное преобразование актуально для CALS- и BIM-идеологии проектирования и производства объекта в связи с необходимостью использовать безбумажное представление информации, сопровождающей изделие в процессе его жизненного цикла. Описаны все стадии процесса, необходимого для восстановления каркасной модели изделия вида «деталь» по реальному производственному бумажному чертежу. Важными этапами этого сложно формализуемого процесса являются: процедура сканирования чертежа и дальнейшая векторизация его растрового представления, обработка полученного векторного изображения и выделение из него ортогональных проекций изделия во внутренней системе параметризации, анализ проекционных видов и устранение погрешностей, преобразование полученных данных к виду точечной 3D-модели объекта и, наконец, преобразование точечной модели в предварительную каркасную модель. Параллельно оценивалось время, затрачиваемое на автоматизированное получение каркасной модели и получение этой же модели интерактивно. Чертежи реальных промышленных изделий вида «деталь» для тестирования разработанной технологии были предоставлены АО «ЦНИИ «Буревестник», алгоритмы перечисленных выше этапов, связанных с обработкой векторного представления данных, разработаны на кафедре инженерной геометрии, компьютерной графики и автоматизированного проектирования ННГАСУ.
Бесплатно
Графо-геометрические дисциплины в подготовке BIM-специалистов строительной отрасли
Статья научная
В статье проанализированы особенности графо-геометрической подготовки технических специалистов строительной отрасли. Отдельно уделено внимание изучению методов подготовки BIM-специалистов. Кратко представлены результаты проведённого исследования. Изучены подходы, используемые разными высшими техническими учреждениями РФ. Выявлены, проанализированы и кратко описаны подходы отдельных вузов, рассматривающих графо-геометрическую подготовку BIM-специалистов как отдельное направление. Также показаны подходы других вызов, отдельно не выделяющих графо-геометрическую подготовку BIM-специалистов, а включающих их в состав групп других направлений подготовки по соответствующему профилю. Разобраны некоторые примеры учебных программ, разработанных и применяемых в разных технических учебных заведениях РФ. Проанализированы внутридисциплинарные и междисциплинарные связи графо-геометрических дисциплин. Приведено описание традиционного, современного подходов, а также перспектив развития этой подготовки, содержащей графо-геометрические дисциплины. Выявлено наличие крайней необходимости включения в состав курса обучения созданию 3D-моделей и работе с ними в разных программных комплексах. Проанализированы особенности формирования компетенций, в том числе и «цифровых», в процессе изучения графо-геометрических дисциплин. Показана необходимость наличия полноценной графо-геометрической подготовки всех специалистов всех направлений, в том числе и BIM-специалистов, для изучения дисциплин на старших курсах и практической деятельности по специальности.
Бесплатно
Групповое преследование на плоскости с моделированием области обнаружения
Статья научная
В данной статье производится описание модели преследования методом погони группой объектов. Все объекты, участвующие в модели преследования, движутся с постоянной по модулю скоростью. Преследующий объект движется по определенной траектории и выпускает через заданные промежутки времени объекты, задача которых - настигнуть цель методом погони. Одиночной цели, в свою очередь, поставлена задача настигнуть преследователя методом параллельного сближения. Для каждого преследующего объекта сформирована область обнаружения. Область обнаружения образуется двумя лучами. Вектор скорости объекта является биссектрисой угла, образованного такими лучами. Если цель попадает в область обнаружения, то объект начинает преследование методом погони. Если цель выходит из области обнаружения, то объект совершает равномерное и прямолинейное движение. Задача - реализовать динамическую модель множественного группового преследования, где каждый объект имеет свои задачи, свои стратегии. Модель разработана с использованием систем компьютерной математики. По результатам исследований были созданы анимированные изображения. Методы наведения на цель, такие как метод погони, метод параллельного сближения и метод пропорционального сближения, являются широко применяемыми в военном деле. Но они в большинстве своем требуют внешнего управления, такого как указания цели лазерным лучом или спутникового наведения на цель. Описание методов наведения на цель в автономном режиме в открытых источниках информации отсутствует. Результаты исследований могут быть востребованы при проектировании беспилотных летательных аппаратов с элементами автономного управления и искусственного интеллекта.
Бесплатно
Использование суперэллипсов в компьютерном моделировании строительных и машиностроительных объектов
Статья научная
В данной обзорной статье собраны основные сведения по существующим методикам формирования внешних обводов надводных судов, подводных аппаратов и предлагаются новые формы строительных оболочек в виде поверхностей с главным каркасом их трех суперэллипсов. Наличие девяти произвольных констант в обобщенных параметрических уравнениях предлагаемых поверхностей дает возможность, имея один комплект уравнений, рассматривать десятки изучаемых поверхностей с помощью компьютерного моделирования. Даны результаты геометрических исследований и показаны возможности использования расчетной компьютерной программы СКАД в определении напряженно-деформированного состояния строительных оболочек со ссылкой на использованные источники, что может дать толчок дальнейшим исследованиям без повторения уже выполненных другими исследователями. Некоторые разработки проиллюстрированы рисунками, что облегчает понимание материала.
Бесплатно
Кинематическая операция построения геометрических тел в точечном исчислении
Статья научная
Данная статья продолжает цикл работ авторов по разработке математического аппарата моделирования геометрических тел в точечном исчислении и посвящена описанию кинематической операции, реализованной с помощью метода подвижного симплекса. Принципы моделирования геометрических тел в точечном исчислении основаны на концепции их представления в виде трёхпараметрического множества точек, принадлежащих трёхмерному пространству. Тогда задача моделирования будет состоять из двух частей: определение направляющей траектории движения плоского симплекса в пространстве и определение образующей замкнутой области в плоскости подвижного симплекса. Вместо замкнутой области можно использовать две кривые, ограничивающие некоторую область, или направляющую кривую, которая имеет стенку постоянной толщины. В качестве примера приведено описание процесса моделирования геометрических тел с плоскостью параллелизма, включая вычислительный алгоритм его формирования в виде последовательности параметрических уравнений. В результате получены геометрические и компьютерные модели тел с образующей в виде окружности заданного радиуса и с образующей в виде замкнутой кривой типа «синусоида». Приведенные в статье приёмы параметризации геометрических объектов и их аналитического описания в точечном исчислении могут найти широкое применение как эффективные инструменты современных систем твердотельного моделирования и автоматизированного проектирования. Также предложена идея определения эквидистантных кривых с помощью точечной формулы параллельного переноса, расширяющая возможности существующих инструментов геометрического моделирования.
Бесплатно
Компьютерное моделирование в изучении геометро-графических дисциплин
Статья научная
Подготовка инженерных кадров заключается в освоении всех необходимых компетенций, позволяющих на высоком профессиональном уровне решать современные инженерные задачи. Геометро-графические дисциплины - это фундамент качественно подготовленного специалиста. Изучение начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графики необходимо в контексте современных цифровых технологий. Поэтому наряду с классическими инструментами (линейка, карандаш, циркуль) необходимо осваивать и систему автоматизации проектирования, которая позволяет увеличивать возможности по проектированию, расчету и моделированию объектов различной сложности. Целью работы является разработка новой методики выполнения расчетно-графической работы (РГР) в учебном курсе «Инженерная и компьютерная графика», которая позволяет перейти от плоского представления исходной и проектной поверхности к наглядному виду с целью анализа и определения путей оптимизации. Применение полученной методики позволит повысить эффективность подготовки инженерно-строительных кадров.
Бесплатно
Статья научная
В процессе выполнения проектов возникает необходимость работы с моделями малых архитектурных форм. В соответствии с требованиями времени их геометрия с каждым годом становится всё сложнее. Многие малые архитектурные формы содержат повторяющиеся элементы, меняющиеся по сложному закону и расположенные по криволинейным траекториям. С подобными объектами непросто работать даже опытным проектировщикам. При этом требуется изменение параметров этих объектов в процессе их встраивания в архитектурную среду. Также требуется, чтобы вносимые изменения в интерактивном режиме сразу же отображались в модели. При моделировании и корректировке параметров объектов необходимо удовлетворить требованиям, предъявляемым к моделям,как в начале проектирования, так и на следующих стадиях проекта. Решению этих проблем и посвящена представленная статья. Решение показано на конкретных объектах архитектурной среды, требуемых для разработки проектов: «Навес и скамья»; «Скамья из полигональных элементов, расположенных по окружности»; «Летний павильон»; «Декоративная стена». Представлены полученные модели малых архитектурных форм и разработанные для них скрипты, выполненные в программах Grasshopper и Dynamo. Полученные модели успешно импортируются в графические программные комплексы, в том числе и в программы BIM (Archicad, Renga, Revit и другие).
Бесплатно
Модель автоматизированного распределения защитников в задаче группового преследования
Статья научная
В настоящей статье рассматривается компьютерная модель квазидискретной игры группового преследования, в которой присутствуют преследователи, цели и защитники. В модели статьи задачей преследователей является достижение статических целей. Достижение одной цели возможно несколькими преследователями в разное время. Задачей защитников является поражение преследователей. Выигрышем для преследователей можно считать достижение хотя бы одним из преследователей своей цели. Выигрышем для защитников можно считать поражение всех целей. Для защитников количество преследователей не является определенным. В модели статьи формируется единая среда обнаружения преследователей. Преследователь считается обнаруженным, если входит в данную область. Назначение обнаруженному преследователю защитника цели производится по нескольким оптимизационным критериям. Защитник может назначаться из предполагаемого времени достижения. В одной из реализаций модели это минимальное время из выборки для данного защитника. Как вариант фактора оптимизации защитник для преследователя может выбираться по минимальному расстоянию до него. В статье также рассматриваются варианты локализаций защитников в одной точке.
Бесплатно
