Grafika rastrowa (bitmapowa) - obrazy tworzone za pomocą położonych obok siebie pikseli, posiadają one różne kolory lub odcienie jasności, nazywamy te obrazy mapami bitowymi (potocznie - bitmapami)

Mapa bitowa (bit map) - sposób zapamiętania obrazu przy wykorzystaniu pikseli ułożonych w rzędy i kolumny.

Każdy piksel, informacja o jego kolorze może zostać zapisana za pomocą określonej liczby bitów, wartość 1 oznacza czerń lub kolor, a 0 - biel

Wyróżniamy mapy 1,8,16,32 bitowe

Formaty map bitowych:

BMP - charakterystyczne rozszerzenie nazwy plików zawierających mapę bitową, wykorzystywane przez system Windows i inne aplikacje,

JPEG - jeden z najpopularniejszych formatów map bitowych, przechowujący obraz w postaci skompresowanej bez wyraźnej straty jakości obrazu. .jpg

GIF - kolorowe pliki graficzne (256 kolorów). Cecha - mała ilość zajmowanego miejsca (kompresja bez straty jakości obrazu),

PCX - rozszerzenie bitmapowych plików przechowujących grafikę w starszych wersjach systemu Windows,

TIFF - format pliku opracowany z myślą o aplikacjach służących do składników publikacji. .tif Obsługiwane przez wszystkie programy do edycji grafiki.

Grafika wektorowa

Obiekty tworzone w tej grafice definiuje się za pomocą równań algebraicznych (wektorów).

Obrazy i rysunki składają się z szeregu punktów, przez które prowadzi się linie proste i krzywe.

Obraz wektorowy najprościej ujmując zapamiętany jest w postaci wzorów.

Program komputerowy - wektorowy wyświetla obrazy oraz pozwala edytować i przeliczać wzory matematyczne umożliwiając modyfikację obiektów rysunkowych.

Zalety grafiki wektorowej:

- wyrażona na monitorze i wydruku

- mało miejsca zajmuje

- w pamięci RAM komputera

Istnieje wiele programów np.: CorelDraw, WindowsDraw, itd.

Przykłady plików wektorowych: DWG, CDR, DRW, DSP.

Grafika trójwymiarowa 3D

Jest to grafika komputerowa, tworzona poprzez programy do projektowania przestrzennego, dająca złudzenie głębi obrazu, mimo że jest on wyświetlany na płaskim ekranie.

Grafika 3D umożliwia nam wizualizacje dowolnie skomponowanego obiektu - możemy nadać mu dowolną powłokę (teksturę) oświetlenie i przeprowadzać skomplikowane modyfikacje kształtu.

Technologia hybrydowa

- poprawa jakości obrazu (zanieczyszczenia)

- korekcja - 4 punktowa (eliminacja odkształceń)

- kalibracja liniowa

- rozpoznawanie symboli rastrowych (np.: okien, schodów na rysunku)

- edycja rastrów w stylu CAD,

- konwersja grafiki rastrowej na polilinię wektorową, rasteryzacja

- rysowanie prostokątów, kół polilini, tekstów,

- tworzenie znaczników i kształtów,

- odnajdowanie obiektów, zastępowanie ich innymi

- edycja kolorów,

- automatyczna wektoryzacja,

- korekcja obiektów wektorowych,

- wektoryzacj symboli,

- konwersja rastrów na wektory

Wektoryzacja (trasowanie) polega na zmianie grafiki rastrowej na grafikę wektorową. W procesie wektoryzacji piksele opisujące daną bitmapę zostają zgrupowane w większe obiekty wektorowe na zasadzie podobieństwa koloru. Proces wektoryzacji niemal każdej bitmapy deformuje jej pierwotny wygląd. Tylko bitmapa przedstawiająca prosty kształt ma szanse być poprawnie przekształcona.

Procesem odwrotnym do wektoryzacji jest rasteryzacja grafiki. Stosuje się również wektoryzację ekranową polegającą na „obrysowaniu” rysunku rastrowego na ekranie monitora.

Rzadziej stosuje się metodę wektoryzacji za pomocą tzw. digityzera (myszki z celownikiem poruszającej się po swego rodzaju tablecie)

Rasteryzacja - w grafice komputerowej działanie polegające na jak największym przedstawieniu płaskiej figury geometrycznej na urządzeniu nastawnym, dysponującym skończoną rozdzielczością.

Rasteryzacji mogą podlegać krzywe: odcinki, okręgi, elipsy, łuki, przekroje stożkowe, jak również powierzchnie wielokątów, kół itp.

Gdy docelowe urządzenie potrafi wyświetlać więcej kolorów (lub poziomów szarości) możliwe jest zastosowanie technik odkłócających (z ang. Antyliasingu), które powodują zniknięcie „schodków”.

W najogólniejszym przypadku intensywność koloru lub też stopień przezroczystości danego piksela jest proporcjonalny do pola powierzchni części wspólnej figury i piksela.

Autotypia, metoda odwzorowywania intensywności kolorem za pomocą punktów o różnym polu powierzchni.

Po co wykonuje się rasteryzację?

- każdy może zobaczyć, nawet jeśli nie posiada autoCADa

- nie mogą osoby niepowołane tego kopiować, modyfikować i wykorzystywać.

Małe punkty dają wrażenie małej intensywności koloru, duże tworzą ciemne partie obrazu.

Podstawowe algorytmy rastrowe:

- rysowanie odcinka

- rysowanie podstawowych figur płaskich (okrąg, prostokąt)

- wypełnianie obszaru

Podstawowe elementy obrazu dwuwymiarowego obrazu określa się mianem prymitywów.

Z prymitywów składane są obrazy złożone. Rysowanie w układzie współrzędnych pikseli urządzenia odbywa wyjściowego.

Algorytm przyrostowy rysowanego odcinka:
- zakładamy punkt początkowy i końcowy odcinka

- obliczamy nachylenie odcinka

- zwiększamy składową x o 1 i obliczamy y

- zaokrąglamy obliczoną wartość y

- zapalone są piksele leżące najbliżej idealnego odcinka (rys)

Zapisane są piksele leżące najbliżej idealnego odcinka.

Algorytm z punktem środkowym:

- algorytm liczb całkowitych, brak mnożeń

- w każdym kroku iteracji rozpatrywane są dwa piksele leżące najbliżej idealnej lini

- wprowadzana jest zmienna decyzyjna - odległość od tych pikseli

- wybierany jest punkt leżący bliżej linii na podstawie znaku zmiennej decyzyjnej

- zmienna decyzyjna jest uaktualniana

- obliczenia są kontynuowane iteracyjnie dla kolejnych pikseli

Wygładzanie odcinka (rys)

- odcinek idealny

- odcinek narysowany

- odcinek wygładzony (antialiasing)

Metody wygładzania odcinka

- bezwagowe próbkowanie powierzchni, jasność piksela zależy od stopnia pokrycia piksela przez idealny odcinek

- wagowe próbkowanie powierzchni, przypisywanie różnych wag w zależności od odległości piksela od odcinka

Metody rysowania odcinków mogą być wykorzystywane do rysowania obiektów będących zbiorem odcinków:

- linie łamane

- wielokąty - linie łamane zamknięte

- polilinia

Metody rysowania okręgów oparta o definicję:

- równanie okręgu x^2+y^2=R^2

- ¼ okręgu rysowana jest na podstawie wzoru

- pozostałe ¾ okręgu - wykorzystanie symetrii

- metoda nieefektywna, wymagająca skomplikowanych obliczeń
Alternatywna metoda:

- przejście do współrzędnych biegunowych

- wyliczanie pikseli dla kolejnych argumentów

- również metoda mało efektywna

Algorytm z punktem środkowym:

- podobny do rysowania odcinka

- rysowana jest 1/8 okręgu, reszta - symetria

- zmienna decyzyjna obliczana iteracyjnie

- wybór jednego z dwóch pikseli na podstawie znaku zmiennej decyzyjnej

- uaktualnienie zmiennej decyzyjnej

- trudniejsze niż dla odcinka obliczanie zmiennej decyzyjnej (rys)

Wypełnianie obszaru ograniczonego:

- stałą barwą

- gradientem (przejście między barwami)

- wzorem (deseniem)

Problem wypełnienia:

- które piksele należy wypełnić

- jaką metodą wypełniać piksele

Najprostszy przykład - wypełnianie prostokąta:

- wypełnianie pikseli w pierwszej kolumnie

- powtórzenie dla kolejnych kolumn

Problem krawędzi obszaru - wybór:

- krawędzie nie należą do obszaru - nie są wypełniane

- krawędzie należą do obszaru - są wypełniane, problem krawędzi wspólnych

Ogólny algorytm wypełniania wielokątów:

- przeglądane są kolejne linie poziome

- wyznaczane są punkty przecięcia lini z krawędziami wielokąta

- wypełniane są segmenty pikseli leżące wewnątrz wielokąta

- punkty przecięcia w kolejnych liniach obliczane są metodą przyrostową (iteracyjnie)

Przy wypełnianiu wielokątów wzorem do wypełnienia stosuje się kolejne piksele odczytywane cyklicznie z mapy pikselowej wzoru. Problem punktu startowego - najczęściej, początek układu współrzędnych. Wzór jest indeksowany, odczyt+piksel wzoru z użyciem funkcji modulo.

Metody rysowania odcinków o grubości większej niż 1 piksel:

- powielanie pikseli w wierszach lub kolumnach - powoduje zniekształcenia

- rysowanie piórem (pen) o określonym przekroju, np.: prostokątnym, okrągłym

- rysowanie dwóch kopii odcinka, wypełnianie segmenty między nimi

- aproksymacja pogrubionego odcinka łamanymi

W praktyce część rysowanego prymitywu może znaleźć się poza obszarem wyświetlania (np.: poza ekranem)

Stosuje się obcinanie (chipping) prymitywów. Metody:

- obcinanie przed rysowaniem

- obliczanie całego prymitywu, wyświetlanie widocznej części (wycinanie); konieczność obliczeń wycinanej części

- rysowanie całych prymitywów w pamięci, wyświetlanie obciętego obszaru (nieefektywne)

Metoda obcinania odcinka na zasadzie rozwiązania układu równań.

Sprawdzanie punktów koniecznych A i B odcinka względem prostokąta obcinającego P A i B wewnątrz P - brak obcinania, cały odcinek rysowany, A wewnątrz, B na zewnątrz (lub odwrotnie), - szukanie punktu przecięcia z P,

- A i B na zewnątrz P należy sprawdzić czy odcinek przecina P, konieczność rozwiązania układu równań.

Algorytm Cohena -Sythelanda:

- kodowanie położenia końców odcinka za pomocą czterech bitów

- kod obu końców 0000 - odcinek rysowany

- jeżeli bitowe AND kodów końcowych odcinka na daje 0000, odcinek jest odrzucany

- iteracyjnie obcinamy pozostałe odcinki, nowy kod końca w punkcie obcięcia, punkt początkowy musi leżeć na zewnątrz. (rys)

Projektowanie adaptacyjne :

- możliwość określenia zależności między częściami bez definiowania ich geometrii przy pomocy wymiarów

- kształt i wielkość części uzależniona jest od części współpracujących

- wprowadzenie zmian do geometrii części powoduje automatycznie dopasowanie się części adaptacyjnie związanych.

CAD - Computer Aidied Desing - narzędzia i techniki wspomagające, prace projektanta, projektowania, geometrycznego modelowania, obliczeniowej analizy FEM oraz tworzenia i opracowywania dokumentacji konstrukcyjnej CAD (Computer Aidied Desing)

CAE - Computer Aidied Engineering - komputerowe wspomaganie prac inżynierskich. W skład tej klasy systemowej wchodzą narzędzia inżynierskie, które obejmują swym zasięgiem komputerowe wspomaganie analizy sztywności i wytrzymałości konstrukcji oraz symulacje procesów zachodzących w zaprojektowanych układach.

CAP - Computer Aidied Planning - komputerowe wspomaganie planowania. Metody i narzędzia wspomagające projektowanie technologii w zakresie opracowywania dokumentacji technologicznej z uwzględnieniem modelu geometrycznego przedmiotów, stanów pośrednich, narzędzi, oprzyrządowania, rodzaju maszyn parametrów obróbki, ale bez konkretnego określenia terminów stanowisk wytwórczych.

W zakres CAP zalicza się więc prace związane z programowaniem urządzeń sterowanych numerycznie, obrabiarek, robotów, współrzędnościowych maszyn pomiarowych, systemów transportowych.

CAPP - Computer Aidied Process Planning - wspomaganie planowania procesów, rozwinięcie tego akronimu jest starsze jak wyżej opisano CAP. W zakresie CAPP mieszczą się wszystkie metody i techniki technologicznego przygotowania produkcji realizowanej w konwencjonalnych technologiach, wspomaganych technikami i systemami ekspertowymi.

CAM -Computer Aided Manufacturing (wytwarzanie) - narzędzia i techniki wspomagania tworzenie i aktywizowanie programowania NC na poziomie wydziału produkcyjnego oraz nadzór, sterowanie urządzeniami i procesami, wywarzanie oraz montaż na najwyższym poziomie systemów wtórnych. Dotyczy to zazwyczaj wszystkich urządzeń sterowanych numerycznie, a więc i obrabiarek współrzędnościowych i maszyn pomiarowych.

CAQ - Computer Aidied Quality Assurance (sterowanie jakością) metody i techniki komputerowego wspomagania projektowanie, planowania i realizacji procesów pomiarowych i procedur kontroli jakości. Systemy te są najczęściej powiązane z systemami CAD poprzez model geometryczny lub poprzez programy bądź procedury pomiarowe.

CIM - Computer Integratet Manufacturing - komputerowe zintegrowanie wytwarzania - powiązane funkcjonalnie i poprzez modele danych poszczególne systemy Cax umożliwiają realizację procesów wytwarzania w oparciu o koncepcję.

Modelowanie geometryczne - to całość zagadnień związanych z odwzorowaniem komputerowych cech konstrukcji.
Podział modeli geometrycznych:

- bryłowe

- krawędzie

- powierzchniowe

- hybrydowe

Model krawędziowy można utworzyć trzema sposobami:

1 - połączenie liniami prostymi lub krzywymi punktów opisywanych trzema współrzędnymi xyz

2 - punkty mogą być definiowane w lokalnych układach współrzędnych odpowiednio rozmieszczanych w przestrzeni,

3 - obiekty definiowane w jednym układzie współrzędnym a następnie przesuwane i obracane.

Model powierzchniowy - przestrzeń obejmowana przez model ograniczają ściany, wyznaczające krawędzie, które przecinają się w narożach.

W modelach spotykanych w praktyce powierzchnie opisujące można podzielić na dwie grupy:

- powierzchnie opisywane analitycznie w sposób zupełny,

- powierzchnie nie dające się opisać analitycznie w sposób zupełny, czyli powierzchnie swobodne,

Model bryłowy - tworzenie na podstawie elementów bryłowych tzw. prymitywów. Elementy są sparametryzowane i mogą być przywoływane na ekran w określonym miejscu. Elementy są kojarzone między sobą za pomocą operacji logicznych sumowania, odejmowania i iloczynu. Inny sposób tworzenia modeli bryłowych to obrót zamkniętego konturu wokół osi lub jego przesunięcie wzdłuż lini kierunkowej.

Model hybrydowy -

Pojęcie więzów - pomiędzy elementami geometrycznymi (linie, łuki, okręgi) można nałożyć reakcje powiązań nazywane więzami.

Rodzaje więzów: geometryczne, wymiarowe, parametryczne.

Parametryzacja modeli bryłowych układów złożonych - tworzenie modeli złożonych można sprowadzić do odbierania bryłom stopni swobody, czyli nadawania im więzów. Podział:

- przylegania

- kątowe przeciwbieżne i współbieżne

- obrotowe

- wyrwanie

Przesył dokumentacji technologicznej między CAD i CAM określa norma IGES

W komputerowym wspomaganiu procesów projektowo - konstrukcyjnych zachodzi często potrzeba wymiany informacji o komputerowym odwzorowaniu konstrukcji między systemami wspomagającymi poszczególne etapy procesu wytwarzania. Interpretacje procesów projektowania, konstrukcji i wytwarzania możliwe jest pod warunkiem, że istnieje dostęp do wspólnego odwzorowania konstrukcji. Problemy z tym związane rozwiązywane są przez stosowanie pre- i postprocesorów.

Zadaniem preprocesora jest przekazanie struktury danych odpowiadających odwzorowaniu konstrukcji z systemu wyjściowego np.: CAD do postprocesora systemu docelowego np.: CAM. Z kolei postprocesor tworzy odwzorowanie konstrukcji właściwie dla docelowego systemu np.: CAM.

W celu uproszczenia procedury przenoszenia dokumentacji technologicznej między systemami CAD i CAM wprowadzono w 1981r. normę IGES. Norma ta reguluje zasady tworzenia jednolitych odwzorowań konstrukcyjnych w systemach CAD. Stosowanie tej normy pozwala na opracowanie dla każdego systemu tylko jednego pre- i postprocesora. Zadaniem preprocesora jest wówczas przekształcanie odwzorowania konstrukcji systemu wyjściowego w odwzorowanie zgodnie z IGES, natomiast postprocesor systemu docelowego przetwarza je do postaci wymaganej właśnie w tym systemie. (rys)

Film animowany (animacja) - rodzaj filmu tworzony techniką zdjęć poklatkowych, rejestrujących na pojedynczych klatkach filmu, kolejne fazy ruchu. Wyświetlanie tak otrzymanych zdjęć daje na ekranie wyraźnie ruch, gdyż oko ludzkie nie jest doskonałe i bardzo szybko wyświetlane klatki filmu odczytuje jako płynny ruch (wg encyklopedii PWN)

Definicja ta w zasadzie odnosi się również do animacji 3D, przy czym trójwymiarowa animacja powstaje przy użyciu technologii 3D. Zamiast tradycyjnych rysunków mamy wygenerowane komputerowo wizualizacje, z których każde reprezentuje odrębną klatką animacji.

Chcąc uzyskać efekt płynnego ruchu:

- animacja powinna być wykonana z prędkością co najmniej 12 kl/s, a nawet 24kl/s

- wyrenderowanie animacji z prędkością 12kl/s w rozdzielczości HD, o dł 1 min. i niezbyt skąplikowanej przy użyciu dobrej klasy PC (4 rdzenie po 2,5GHz, 4GB RAM) może zająć48h.

Podział animacji:

- statyczne - porusza się jedynie kamera, a elementy sceny pozostają względem siebie w spoczynku (np.: wirtualne spacery po budynkach)

- dynamiczne - prócz kamery poruszają się niezależnie także poszczególne elementy sceny istniejącej w pamięci komputera - przygotowanie bardziej pracochłonne, zastosowanie znacznie szersze.

Komputerowa wizualizacja 3D to przedstawienie w rzucie prostokątnym lub perspektywicznym sceny istniejącej w pamięci komputera. Chodzi o to że komputer najpierw „widzi” jak ma wyglądać wizualizacja i generuje obraz widoczny dla człowieka.

Animacja 3D to seria występujących po sobie wizualizacji 3D. Jednym z parametrów określających jakoś animacji 3D jest ilość wizualizacji albo klatek na sekundę. Film animowany powinien posiadać co najmniej 12kl/s aby był dobry.

Jedną z najnowszych metod zastosowanych w procesach modelowania geometrycznego oraz montażu elementów jest technika Adaptize Design (adaptacyjności) zastosowana w programie Autodesk Inventor Series.

Adaptacyjność - zdolność do dopasowania się cech geometrycznych części współpracujących bez konieczności opisywania zależności między nimi w postaci zmiennych parametrów.

Adaptive Design umożliwia także zbudowanie, a następnie analizę cech kinematycznych modelu 3D wstępnie na szkicach przed utworzeniem pełnego modelu 3D, co znacznie skraca czas opracowania projektu.

Adaptacyjność jest kolejnym krokiem po parametryzacji.

Możliwe jest zaprojektowanie zespołu w, którym poszczególne części przyjmą swoje docelowy wymiary dopiero po nadaniu wiązań montażowych. Dzięki zastosowaniu tej technologii zmiana jednej części w zespole generuje automatyczną modyfikację części współpracujących z nią na poziomie złożenia 3D, modelu części 3D oraz dokumentacji dwuwymiarowej (rysunki wykonawcze, złożeniowe i ekspladowane)

Jak modele oznacza się jako adaptacyjne?

Aby część lub podzespół adaptował się po umieszczeniu do w zespole, musi zawierać jeden lub więcej adaptacyjnych elementów. Sposoby określania adaptacyjności:

- określ adaptacyjne parametry dla części

- w pliku części lub po aktywowaniu części w pliku zespołu, wybierz element w przeglądarce, naciśnij prawy przycisk myszy i wybierz właściwości,

- w oknie dialogowym własność elementu włącz szkic, parametry i zakończenia od/do oznacz jako adaptacyjne.

Zdefiniowanie równocześnie wszystkich parametrów elementu jako adaptacyjnych. Po utworzeniu elementu, w pliku części, naciśnij pkm na tym elemencie, w przeglądarce wybierz adaptacyjny.

Jakie są ograniczenia?

- używać tylko jednego warunku styczności dla elementu obrotowego

- unikać:

1 - odsunięć podczas przypisywania więzów między dwoma punktami, dwiema liniami lub punktem a linią,

2 - wiązania zestawiającego między dwoma punktami, punktem a płaszczyzną, punktem a linią, linią a płaszczyzną,

3 - styczności między sferą a płaszczyzną, sferą i stożkiem, dwiema sferami

W zespołach zawierających więcej niż jedno wystąpienie części adaptacyjnej, wiązanie do nieadaptacyjnego wystąpienia może wymagać dwukrotnego uaktualnienia by poprawnie je zastosować.

---