Алгоритм проектирования виртуальной мультимедийной модели процесса струйного рафинирования стали

Размещено на http://www.allbest.ru/

Армавир

2007

Министерство образования и науки Российской Федерации

Армавирский государственный педагогический университет

Алгоритм проектирования виртуальной мультимедийной модели процесса струйного рафинирования стали

В.С. Глухов

А.А. Дикой

В.А. Петрик

1. Функциональное назначение разработки, область применения, ее ограничения

Алгоритм проектирования виртуальной мультимедийной модели процесса струйного рафинирования стали предназначен для студентов факультетов технологии и предпринимательства педагогических вузов, обучающихся по специальности 050502 - Технология и предпринимательство и изучающих дисциплины: «Технология металлов и материалов» и «Основы компьютерной трехмерной графики, анимации и моделирования объектов», в качестве учебного материала, поясняющего общие принципы и подходы к созданию виртуальных мультимедийных моделей процессов, явлений, устройств машин, приборов и других объектов, изучающихся в процессе профессиональной подготовки по специальностям.

При моделировании технологических процессов с помощью 3D Studio MAX рационально использовать алгоритм, который содержит следующие этапы:

1. Предварительная подготовка.

2. Создание геометрической модели сцены.

3. Настройка освещения и съемочных камер.

4. Анимация объектов сцены.

5. Подготовка и назначение материалов.

6. Визуализация сцены.

В процессе предварительной подготовки в предложенном алгоритме формулируются требования, предъявляемые к компьютеру для работы с трехмерной программой 3D Studio MAX, а также рассматриваются теоретические основы процесса рафинирования стали и методы ее реализации.

Требования к операционной системе.

Чтобы запустить и использовать программу МАХ 3, на компьютере должна быть установлена операционная система Windows NT или Windows 98, или их более поздние модификации.

Требования к процессору.

Программу МАХ 3 необходимо запускать на компьютерах с процессором не ниже Pentium -200. Но для оптимальной производительности и нормальной визуализации сложных сцен рекомендуется использовать компьютеры с гораздо более мощными процессорами, например, Реntium-IV(2,4 Гц), но дополнительная возможность операционной системы Windows NT (визуализация сцен в сети компьютеров) позволяет использовать процессоры компьютеров в сети до Pentium-III (600 Гц).

Требования к объему памяти.

Одним из наиболее критических требований для нормальной работы МАХ 3 является объем памяти. Минимально необходимый объем оперативной памяти должен быть не менее 48 Мб (желательно иметь 128 Мб). Кроме того, целесообразно иметь 300 Мб свободного места на жестком диске, которое предназначается для размещения файла подкачки. Такой файл создается операционной системой в целях удовлетворения потребностей программы в памяти для размещения данных.

Требования к графической плате.

Графическая плата для получения удовлетворительных результатов должна обеспечить на экране дисплея разрешение не хуже чем 800x600 точек (такие точки на экране называют пикселями от слов picture element - элемент изображения) и при этом поддерживать раскрашивания каждого пикселя в один из, как минимум, 256 цветов. Так как кодирования 256 цветов достаточно на каждый пиксель иметь по 8 бит (28=256) или по 1 байту памяти, то такая графическая плата должна иметь видеопамять объемом не менее 480 000 байт.

Нормальное протекание визуализации обеспечивает графическая плата с видеопамятью не менее 16 Мб.

Для выполнения второго этапа необходимо синтезировать полученные теоретические знания, собственное воображение и навыки работы с программой 3D Studio MAX. В итоге получаем сцену, показанную на рис.1.

Далее в алгоритме рассматриваются технология создания корпуса рафинатора.

Рис.1. Вид геометрической модели сцены в окне Пользователь

Для создания корпуса необходимо щелкнуть кнопку «Фигуры» командной панели «Создать» и выбрать в раскрывающемся списке разновидностей объектов вариант «Сплайны». В свитке «Тип» объекта выбираем «Фигуру Линия» (рис. 2).

Выполняют контур рафинатора в окне проекции «Спереди (рис. 3).

Затем применяют к полученному объекту модификатор «Тело» вращения, в раскрывающемся свитке модификаторов командной панели «Изменить» (рис. 4), нажимают кнопку «Мин.» в раскрывающемся свитке «Параметры» (рис. 4).

В результате получается требуемый объект (рис. 5).

Создание загрузочного устройства производится при помощи стандартного примитива «Конус» (рис. 7).

Создают два конусных объекта, затем помещают один конус в другой (рис. 7).

Выделяют конус большего размера, нажимают кнопку «Создать», выбирают в списке «Геометрия», «Логические», «Составные объекты», нажимают кнопку «Подобрать операнд В», в подпункте операция, выбирают «Вычитание (А-В)», затем щелкают левой кнопкой мыши в любом окне проекций на конус меньшего размера. В результате получают, объект изображенный на рис. 8.

Далее при помощи Стандартного примитива «Цилиндр» создают ручки для загрузочного устройства (рис. 9).

Для моделирования падающих потоков расплавленного металла, используется возможность программы создавать «Системы частиц», а именно «Супер-Спрей» рис. (3.12), что позволяет боле реалистично отобразить моделируемый процесс.

Для создания Супер-Спрея необходимо:

1. Нажать кнопку «С-Спрей», в раскрывающемся списке Командной панели «Создать» (рис. 10);

2. Щелкнуть левой кнопкой мыши в окне проекций Сверху (рис. 11);

3. Установить генератор С-Спрея в нужное место сцены;

4. В раскрывающемся списке параметров (рис. 12) задать нужные нам значения.

При создании освещения сцены необходимо использовать два источника света:

1. Нацеленный точечный (рис. 13), его параметры показаны на рис. 14.

2. Точечный (рис. 13), параметры которого показаны на рис. 15.

Доступ к командам создания объектов - камер обеспечивается выбором кнопки «Камеры» среди кнопок категорий объектов на командной панели Создать. В результате появляются свитки параметров камер, в которых производится их настройка.

В сцене использовалось две камеры:

1. Камера 02 - нацеленного типа;

2. Камера 03 - свободного типа.

Под анимацией сцены в MAX 3,0 понимается автоматизированный процесс визуализации последовательности изображений, называемых также кадрами, каждое из которых фиксирует некоторые изменения состояния этой сцены. Эти изменения могут касаться положений объектов или подобъектов, формы объектов, определяемой действием различных модификаторов, свойств материалов объектов (таких как цвет, блеск, прозрачность или самосвечение), состояния внешней среды, представленной дымкой или туманом, и многих других компонентов сцены, допускающих анимацию.

При воспроизведении визуализированной последовательности кадров со скоростью, достаточной для создания иллюзии плавного движения, происходит «оживление» (animation - анимация или оживление) сцены. Количество кадров, приходящихся на еденицу времени анимации, необходимое для обеспечения плавности изменений сцены, задается пользователем в процессе настройки временных интервалов (рис. 16). Обычно оно составляет 24 кадра в секунду.

Создание ключей анимации объектов, с целью экономии времени, происходит по заранее написанному сценарию (табл 1).

Таблица 1.

Сценарий анимации объектов

В алгоритме описываются более интересные приемы анимации, которые применимы к объектам: облет камерой 02; разрез Рафинатора; видимость объектов.

Для наглядного показа объектов сцены, участвующих в процессе рафинирования используется анимационный прием - облет камерой 02 вокруг объектов сцены. При этом:

1. Камера 02 устанавливается так, чтобы через нее были видны все объекты, которые участвуют в процессе (рис. 17).

2.

3. В окне проекции «Сверху» создается «Окружность» (сплайн) - траектория облета камеры (рис. 18).

4. Далее, необходимо выделить камеру и щелкнуть на командную панель Движение, назначить контроллер Положение (рис. 19).

5. В раскрывающемся свитке «Параметры» пути необходимо на

Нажать кнопку и щелкнуть в окне проекции Сверху по Окружности.

6. Создают два ключа в раскрывающемся списке «Просмотр» в положениях 0:0:0 и 1:0:0 и задают ключам параметры, показанные на рис. 20 и 21.

Для наглядного показа процессов, происходящих внутри рафинатора при помощи анимации, необходимо сделать динамичный разрез:

1.Создается ломтик цилиндра рядом с рафинатором, как показано на рис. 22.

2. Центральная ось ломтика совмещается с центральной осью Рафинатора (рис. 23).

3. Устанавливают ползунок таймера времени анимации в начало разреза (1:9:0), выделяют рафинатор и создают ключ (положение, поворот).

4. Нажимают кнопку , переводим ползунок таймера времени в положение.

5. Выбирают составные объекты в раскрывающемся списке командной панели «Создать», нажимаем кнопку «Логические», затем «Подобрать операнд В» и щелкают левой кнопкой мыши в любом из окон проекций по ломтику цилиндра.

В результате в положении ползунка таймера времени 1:14:0 появляется новый ключ - анимация динамичного разреза готова.

Аналогично создается динамичный разрез загрузочного устройства.

В алгоритме описывается технология создания надписи к основным объектам моделируемого процесса для лучшего понимания происходящего процесса. Отмечается, что так как многие объекты находятся в динамическом режиме, то эту проблему можно решить анимационными треками видимости MAX3.

При подготовке и назначении материалов рассматривается понятие «материала» в комплексе МАХ. Отмечается, что под «материалом» в комплексе мах понимается определенный набор характеристик, присваиваемых поверхности геометрической модели для придания ей визуального сходства с поверхностью реального объекта. Это сходство достигается в процессе формирования изображения сцены с использованием любого из возможных методов визуализации. В МАХ имеются две разновидности материалов: стандартные и основанные на картах текстур.

Стандартный материал имитирует поверхность за счет подбора цвета, блеска и степени прозрачности. Материал на основе карт текстуры использует для имитации поверхности ее реальное изображение (например, сканированную фотографию) в виде растрового файла одного из стандартных форматов типа GIF или TIFF. Это изображение может быть спроецировано на поверхность объекта разными способами. Визуализация материала на основе карт текстуры требует, чтобы при формировании объекта была определена система проекционных координат, указывающая модулю визуализации, каким образом растровое изображение текстуры должно наноситься на поверхность объекта. Допускается комбинирование стандартных материалов и материалов на основе карт текстуры сотнями различных способов, что обеспечивает возможность имитации практически любого типа поверхностей, встречающихся в реальном мире.

Для создания материалов и назначения их поверхностям объектов вМАХ используется специальный программный модуль - Редактор материалов.

После подготовки и назначении материала сцена будет выглядеть гораздо более приближенной к реальности (рис. 24-27).

В результате сетевого рендеренга (визуализации), с помощью программного модуля Video Post (Видеомонтаж), можно получить учебный видеоролик формата *.Avi.

2. Технические и программные средства

сталь рафинирование проектирование алгоритм

Для использования алгоритма проектирования виртуальной модели струйного рафинирования стали необходимо иметь персональный компьютер типа Pentium IV, тип и версия ОС: Windows 2000/XP, программа 3D Studio MAX, программный модуль Video Post.

3. Условия передачи документации на разработку или ее продажу

Алгоритм проектирования виртуальной модели струйного рафинирования может быть передан любому юридическому или физическому лицу на основе договора о создании электронного продукта. Программа выполнена на CD-диске.

Размещено на Allbest.ru