Визуализация работа двигателя на

Компьютерная визуализация

В приборостроении особое значение имеет компьютерная визуализация – разновидность технической визуализации, основанная на возможностях компьютерной графики и информационных технологиях. Она применяется:

в системах сбора и обработки данных для отображения сигналов и процессов в реальном масштабе времени, например, в цифровых осциллографах,

в средствах измерений с регистрацией данных,

в средах графического программирования, например, LabVIEW для визуализации данных и результатов их обработки (включая 3D-модели);

в системах автоматизированного проектирования, например, AutoCAD;

при имитационном моделировании устройств, процессов, явлений;

в научно-технической документации (отчетах, презентациях).

Виды данных при компьютерной визуализации. Средства визуализации работают со следующими видами данных:

одномерные данные — одномерные массивы, временные ряды и т.п.

двумерные данные – двумерные массивы, координаты и т.п.;

многомерные данные – многомерные массивы, результаты эксперимента;

тексты и гипертексты –статьи, отчеты, Web -документы и т.п.;

иерархические и связанные данные – структура подчинённости в организации, электронная переписка людей, гиперссылки документов и т.п.;

алгоритмы, программы, информационные потоки и т.п.

Для визуализации перечисленных типов данных используются различные визуальные образы, методы их создания, программные продукты.

Виды визуализации

Можно сопоставить виды визуализации с различными областями применения.

Виды визуализации

Область применения

1. Иллюстрации

Показать существующий зрительный ряд

Вызвать отношение, эмоцию, ассоциацию

3. Схемы, графики, диаграммы, алгоритмы

Показать количественные и качественные связи, структуру объектов

5. Выделение объектов

Программное обеспечение визуализации

При визуальном представлении научно-технической информации используются различное программное обеспечение: пакеты семейства редакторов фирмы Adobe; графические редакторы (CorelDraw, Adobe PhotoShop, Paint, PhotoEditor, 3D Studio и др.); табличные процессоры (Excel и др.); пакеты программ Matlab и Mathcad (создание интерактивных документы с вычислениями и визуальным сопровождением); LabVIEW (обработка и визуализация данных).

На этапах проектирования изделий приборостроения оформляется различная конструкторская документация: чертежи, рисунки, принципиальные схемы и т.д. Указанные виды работ могут быть автоматизированы на основе применения САПР, которые служат для выполнения почти всех работ с двумерными чертежами, имеют набор функций по трехмерному моделированию (AutoCAD, Компас), обеспечивают оформление документации для принципиальных схем и печатных плат (P-CAD).

Примеры визуального представления данных в научно-технической документации: иллюстрации, графики, диаграммы. Виды диаграмм.

В научно-технической документации применяются различные виды визуализации (ниже приведены примеры визуализации данных и их описание)..

Иллюстрация – это представление реально существующего зрительного ряда. Самое бесспорно необходимое использование визуализации. Сравните полноту и точность информации, полученной из текста и из иллюстрации. Например, физическое явление – интерференция (рис.1), спектр сигнала (рис.2).

Диаграммы визуализируют количественные и качественные связи. Разные виды диаграмм используют для демонстрации данных, качественных и количественных связей, включают в работу над информацией пространственное мышление в дополнение к логическому.

Качественные диаграммы

Качественные диаграммы показывают структуру набора данных и взаимосвязи между его элементами.

Сетевая диаграмма. Такой вид диаграмм используется для демонстрации качественных связей (рис.3).

Формализованная блок-схема (block diagram) (Рис.4). Показывает ключевые шаги, которые проходит процесс, в виде связанных друг с другом однонаправленными стрелками блоков.

Диаграммы визуализации процесса. Показывают процесс, состоящий из последовательности действий, включает один или несколько сценариев развития. Например, диаграмма циклического процесса (рис.5). Показывает ключевые шаги процесса, который содержит набор повторяющихся действий.

Граф и дерево (graph, tree) (рис. 6). Показывает иерархию набора данных, соподчиненных друг с другом, в виде соединенных линиями узлов либо сверху вниз, либо из центра композиции.

Таблица (matrix). Показывает набор данных в виде заполненных его значениями ячеек, которые образуют собой строки и столбцы. Каждому столбцу и строке соответствует параметр, определяющий ячейку для значения.

Диаграммы связей. Показывают связи внутри набора данных, как правило, достаточно большого.

Круговая диаграмма связей (network diagram, arc diagram). Показывает связи внутри набора данных в виде кольца, на котором расставлены значения. Значения связаны дугами или линиями, находящимися во внутренней области круга. При большом количестве значений они могут находиться и внутри кольца, хотя это менее наглядно. Связи также могут иметь направление.

Количественная диаграмма

Это — изображение,рисунок,чертёж(графическое представление данных), позволяющее быстро оценить соотношение нескольких величин. Представляет собой геометрическоесимвольноеизображениеинформациис применением различных приёмов техникивизуализации.

Графики (рис 7) — это тип диаграмм, на которых полученные данные изображаются в виде точек, соединённых прямыми линиями. Точки могут быть как видимыми, так и невидимыми (ломаныелинии). Также могут изображаться точки без линий (точечные диаграммы, рис. 8). Для построения диаграмм-линий применяют прямоугольную систему координат. На осях наносятмасштабы. Как правило, графики представляют собой двухмерные линейные графики одной или многих переменных.

Гистограммы (рис. 9) позволяют увидеть, как распределены значения переменных по интервалам группировки, то есть, как часто переменные принимают значения из различных интервалов. Таким образом, гистограмма представляет собой графическое изображение зависимости частоты попадания элементов массива числовых данных от соответствующего интервала группировки. Гистограмма представлена в виде прямоугольников, высота которых пропорциональна частоте, а ширину прямоугольников (интервал группировки) обычно для удобства восприятия берут одинаковую. Особенно полезна гистограмма для большого числа данных, например, больше 100.На простой гистограмме отображаются частоты значений одной переменной, а на составной можно отобразить одновременно частоты нескольких переменных.

Столбчатая диаграмма (рис. 10) — используется для демонстрации количественных показателей переменных. Столбчатая диаграмма изображает статистические данные в виде вертикальных прямоугольниковили трёхмерных прямоугольных столбиков. Каждый столбик изображает величину уровня данного статистического ряда. Все показатели выражены одной единицей измерения для сравнения показателей данного ряда.

Разновидностями столбчатых диаграмм являются линейные (полосовые) диаграммы (рис.11). Они отличаются горизонтальным расположением столбиков. Столбчатые и линейные диаграммы взаимозаменяемы. Столбчатые диаграммы могут изображаться и группами (одновременно расположенными на одной горизонтальной оси с разной размерностью варьирующих признаков). Образующие поверхности столбчатых и линейных диаграмм могут представлять собой не только прямоугольники, но и квадраты, треугольники и т. д.

Диаграммы рассеяния. Двухмерные диаграммы рассеяния используются для визуального исследования зависимости между двумя переменными X и Y (например, весом и ростом человека, рекламой и объемом продаж и т. д.).

Круговые диаграммы (рис.12) используются для демонстрации количественных показателей. Лучше других показывает долю, участие параметров в общем «пироге», так как идея целого очень наглядно выражается кругом, который представляет всю совокупность. Относительная величина каждого значения изображается в видесекторакруга, площадь которого соответствует вкладу этого значения в сумму значений. Этот вид графиков удобно использовать, когда нужно показать долю каждой величины в общем объёме.

Радиальные диаграммы (рис. 13) — используются при наличии множества факторов и при циклических закономерностях. В отличие от линейных диаграмм, в радиальных или сетчатых диаграммах более двух осей. По каждой из них производится отсчёт от начала координат, находящегося в центре. Для каждого типа полученных значений создаётся своя ось, которая исходит из центра диаграммы. Эти диаграммы напоминают сетку или паутину, их называют еще сетчатыми. Преимущество радиальных диаграмм отображают одновременно несколько независимых величин, которые характеризуют общее состояние структуры статистических совокупностей. Если отсчёт производить не с центра круга, а с окружности, то такая диаграмма называетсяспиральной.

Тепловая диаграмма (heat map) (рис. 14) — сравнивает значения внутри набора данных, закрашивая их одним из цветов в заранее выбранном спектре. Основой является изображение или другая диаграмма, на которой расставлены значения. Цвет зависит от величины параметра и накладывается в виде пятен.

Трехмерные диаграммы (рис.15)— используется трёхмерная визуализация, спроецированная на плоскость, что придаёт ей отличительные черты или позволяет иметь общее представление об области, в которой она применяется

Примеры визуального представления данных

Как работает визуализация

Визуализация желаний это практика осуществления желаний, которая заключается в создании в голове яркого образа исполненного желания с целью повышения мотивации и сообщения Вселенной о вашем желании для его скорейшей реализации. Из предложенного определения визуализации можно выделить два основных пути реализации вашего желания — тот, который можно объяснить с научной точки зрения и тот, который объяснению не поддается. Рассмотрим каждый из этих путей.

Визуализация заставляет вас стремиться к своей цели.

Вы никогда не задумывались, что ваше воображение может влиять на окружающую вас действительность? А ведь это происходит постоянно, даже когда вы этого не замечаете. Допустим, впереди вас ждет ответственная встреча с клиентом, от которого зависит будущее вашей компании, и еще до начала это события вы представляете в голове позитивный и негативный исход событий. От того, какому исходу в своем воображении вы уделяете больше внимания, зависит ваше настроение и самочувствие, и, как следствие, ваше поведение во время реальной встречи. И это только один из множества возможных примеров влияния вашего воображения на вашу реальную жизнь. Воображение рождает страх, тревогу, радость, это наш внутренний источник эмоций и настроения, от которых зависит наша жизнь.

Как работает визуализация, научное объяснение:

Мотивация на достижение цели. Когда вы только загорелись желанием достичь чего-либо, ваша мотивация сильна, как никогда, но со временем в бесконечно суете серых будней вы забываете о своем желании и перестаете делать что-то для его осуществления. Поэтому ваш внутренний огонь нужно постоянно поддерживать, а самый простой способ сделать это заключается в прокручивании в вашей голове образов исполненного желания. Визуализация желаний помогает вам поддерживать вашу мотивацию на высоком уровне и совершать ежедневные шаги к достижению своих целей.

Создание новых связей в мозге. Каждый раз, когда мы совершаем какое-либо действие снова и снова, в нашем мозге формируются новые связи между нейронами, и чем чаще мы это делаем, тем прочнее становятся эти связи. Образуется своеобразная токопроводящая сеть связей, отвечающая за точность выполнения конкретного действия, позволяя нам совершать его в автоматическом режиме. В этом нет ничего удивительного, так устроен наш мозг, но есть одна особенность, которую определенно стоит знать, дело в том, что связи между клетками нашего мозга образуются, даже если мы совершаем эти действия в своем воображении. Это очень полезная особенность для изменения своих поведенческих навыков. Кстати, именно эта особенность лежит в основе идеомоторной техники.

Визуализация – сообщает о вашем желании Вселенной.

Это объяснение для тех, кто верит в существование тонких материй, единого вселенского Сознания или бессмертность души. Вы уже слышали о таком понятии, как «сила мысли»? Это концепция, основанная на убеждении, что наши мысли создают окружающую нас реальность, причем влияние это самое что ни есть прямое. Каким образом это происходит и насколько это влияние реально, можно только предполагать, однако в сети интернет и в литературе по психологии и развитии личности все чаще встречается упоминание техник и методик достижения целей, основанных на «силе мысли». Так, помимо уже известного вам понятия «визуализация» вы можете столкнуться с таким понятием, как «аффирмации» и «позитивное мышление». Интересно то, что многие люди положительно отзываются об этих, сомнительных на первый взгляд, практиках.

Как работает визуализация, метафизическое объяснение:

Единый разум. Мы живем в огромной живой вселенной, в которой каждый из нас, будучи связанным с единым вселенским разумом, является одновременно пассивным участником всего происходящего и его создателем, творцом. Так, любое наше желание, если только мы сами можем поверить в возможность его реализации, мы можем исполнить сами с помощью своих мыслей и эмоций. За последние десятилетия было совершенно множество попыток объяснить природу творческой силы наших мыслей. В одной из них мы сначала сообщаем о своем желании своему подсознанию, связанному с вселенским разумом, которое, в свою очередь, запускает процесс создания, а в другой наши мысли оказывают непосредственное влияние на происходящие во вселенной события. Чему верить, выбирать вам.

Квантовая физика. Очень интересное объяснение пытается преподнести квантовая физика. Начало этого объяснения берет в одной незначительной на первой взгляд детали, которая, в конечном счете, влияет на всю систему, дело все в том, что мы живем в двойственном мире, в котором его мельчайшие составные элементы, в частности – электроны, могут быть как частицей, так и волной. И, что самое поразительное, каким-то непонятным образом мы можем влиять на текущее состояние электрона простым фактом наблюдения. Да, мы живем в загадочной вселенной, в которой одно событие может иметь огромное множество вариантов исхода в зависимости о того, на какое из них мы «смотрим» или какое «выбираем». Я уже писал об этом в статье: Сила мысли: Вниз по кроличьей норе, она о фильме «Что мы об этом знаем? Вниз по кроличьей норе», обязательно посмотрите его, если хотите знать больше об объяснении квантовых физиков силы мысли.

Прежде чем вдаваться в подробности, вы должны себя спросить, действительно ли вам нужно знать подробности о том, как работает визуализация? Или вам будет достаточно пошаговых инструкций о том, как следует применять визуализацию желаний, чтобы начать привлекать в свою жизнь то, о чем вы мечтаете? Предлагаю решить этот вопрос самостоятельно. В любом случае, верите вы в силу мысли или нет, и знаете ли о том, как работает визуализация, вы начнете приближаться к своим целям, стоит только вам начать регулярную практику визуализации. Успехов вам и всего самого лучшего!

ТЕХНОЛОГИИ, ИНЖИНИРИНГ, ИННОВАЦИИ

Измеритель диаметра, измеритель эксцентриситета, автоматизация, ГИС, моделирование, разработка программного обеспечения и электроники, БИМ

Визуализация для САПР с помощью C3D Vision: мощный инструмент инженера-конструктора

Сегодня все, кто занимается рендерингом при разработке САПР и пробует использовать сторонние визуализаторы, так или иначе сталкиваются с проблемами сочетаемости универсальных движков для визуализации и разрабатываемых приложений. Объясняется это тем, что большинство визуализаторов, представленных на рынке программного обеспечения, изначально создавались для игровой и анимационной индустрий. На деле оказывается, что для CAD-, CAM- и CAE-систем такое ПО не совсем подходит. Именно поэтому в C3D Labs было принято решение о создании специализированного визуализатора C3D Vision.

• Наша продукция
• Презентации по направлениям
• Инжиниринг
• Консалтинг
• Металлообработка
• Моделирование
• Разработки

Его главное преимущество состоит в том, что разработчики САПР делают вспомогательное решение для таких же разработчиков САПР.

Мы отлично понимаем потребности отрасли и не понаслышке знакомы с особенностями данного сегмента, ведь компания C3D Labs является частью софтверной группы АСКОН, которая разрабатывает популярную CAD-систему КОМПАС-3D.

Вообще говоря, если перед разработчиком ставится задача добавить в приложение визуализацию, то он может остановиться на одном из нескольких вариантов развития событий. Первое, что можно сделать — это провести анализ доступных на рынке программного обеспечения опенсорсных решений для визуализации двухмерных и трехмерных геометрических данных и выбрать наиболее подходящее из них. Очевидное преимущество здесь — цена покупки, которая в идеальном случае равна нулю. На практике же часто получаем дополнительную плату за доработки, технические консультации и поддержку. Если изначальные бюджеты организации этого не позволяют, то возрастают риски включения в основу ПО неподходящего решения.

Второй вариант — это создание собственного визуализатора. Он хорош тем, что разработчики будут знать программный код, отвечающий за рендеринг, как свои пять пальцев, но компания потеряет десятки и сотни часов труда специалистов, которым, кстати, нужно ежемесячно платить зарплату (в том числе и за поддержку разработанного непрофильного функционала САПР). Есть и более весомый аргумент в пользу того, чтобы отказаться от данного варианта — это смещение фокуса разработки от основного ноу-хау программы, несущего главную ценность для пользователя, в сторону интерфейсной части САПР. Несомненно, это очень важная составляющая любой современной PLM-системы, но её создание легко ускорить за счет использования унифицированных методов и процедур, широко представленных платными пакетами.

И вот мы плавно подошли к третьему варианту — использованию коммерческих движков для визуализации данных, в частности модуля C3D Vision, входящего в состав набора C3D Toolkit для разработчиков инженерного программного обеспечения. Конечно, может ошибочно показаться, что визуализация является новой функциональностью геометрического ядра C3D Modeler. Но это не так. С одной стороны, четвертый компонент действительно замкнул линейку инструментальных средств от C3D Labs для разработки инженерного софта. А с другой — C3D Vision представляет собой самостоятельный программный модуль, который можно лицензировать и использовать независимо от остальных компонентов ядра C3D.

Свойства C3D Vision

При отрисовке трехмерной сцены модуль визуализации C3D Vision оперирует полигональными моделями, при этом сцена представляется в виде дерева графов и делится на сегменты. Каждый узел графа имеет свои характеристики:

• Абсолютную и относительную матрицы — используются при разработке механизмов наследования родительских характеристик дочерними элементами сцены.
• Позволяют сегментировать сцену в произвольном порядке, формировать связи между элементами сцены в заданном контуре и централизованно управлять группами элементов, объединенными по какому-либо признаку.
• Ссылочное представление на геометрию — используется для экономии вычислительных ресурсов при отрисовке сцены с большим количеством повторяющихся элементов.
• Позволяет загрузить в оперативную или видеопамять отображение элемента, прописать для него ссылку и далее ссылаться на это представление каждый раз при появлении аналогичного элемента в трехмерной сцене.
• Массив представлений геометрии — применяется для ускорения отрисовки элементов сцены с динамически изменяющейся геометрией.
• Позволяет задавать различные представления геометрии для одних и тех же элементов трехмерной сцены и настраивать механизмы их отрисовки в зависимости от выбранного пользователем режима работы приложения, стиля отображения 3D-модели, а также при селектировании элементов, подсвечивании активных элементов из дерева построения и т.д.

Основываясь на этих базовых принципах, C3D Vision предоставляет разработчикам САПР инструменты для отрисовки статичной графики с заранее заданной точностью тесселяции — параметром, который определяет, насколько качественно будут построены полигоны, составляющие основу визуального представления 3D-модели. Плюс к этому модуль визуализации C3D позволяет рассчитывать сразу несколько триангуляционных сеток для разных уровней детализации сцены LOD и плавно переключаться между ними по мере удаления предметов от камеры.

В состав библиотеки C3D Vision включен целый набор специализированных функций для управления ориентацией сцены и настройки отображения геометрической модели: каркас, только видимые ребра, тонированная модель с ребрами и без. Для всех перечисленных режимов доступна функция перспективного отображения сцены, которая в активном состоянии также позволяет перемещаться внутри 3D-модели. Дополнительно можно задавать различные свойства объектам модели, такие как видимость, прозрачность, цвет, текстуры, материал и т.д.

Используя функционал C3D Vision, можно работать с текстами и настраивать OpenGL, например включать шейдеры, вертикальную синхронизацию или акселерацию графических расчетов за счет использования возможностей видеокарты.

Для разработчиков САПР, в которых скорость взаимодействия с пользователем имеет критичное значение, в модуле визуализации присутствует тонкая настройка динамической сцены. Во время панорамирования и вращения C3D Vision может скрывать ребра геометрических моделей, осуществлять сглаживание полигонов, и даже исключать из расчетов незначительные элементы визуальной сцены или объекты, находящиеся за пределами сцены.

Модуль визуализации C3D — это удобный инструмент, который позволяет разрабатывать программное обеспечение для работы со сложными визуальными сценами. Использовать C3D Vision просто, визуальные сцены с ним получаются яркими и красивыми, а приложения на его основе работают быстро, обеспечивая таким образом необходимый уровень комфорта пользователям при работе с большими геометрическими моделями в разрабатываемых САПР.

Программы для визуализации

Внедрение компьютерных технологий в промышленности позволило значительно упростить работу с объёмными конструкциями. Системы 3d визуализации и проектирования объектов дают возможность наглядно увидеть формы, которые раньше были представлены на чертежах.

Назначение и технологии трехмерной цифровой графики

Перевод плоских изображений в пространственные значительно облегчил прикладные области науки. Благодаря этому удалось решить ряд задач:

• Зрительно представить детали. Для прочтения схем требуются определённые навыки и аналитический склад ума. После обработки понять, что нарисовано на картинке, сможет каждый.
• Моделировать конструкции. При двухмерной прорисовке сложных геометрических форм возникает много ошибок в стыковке отдельных элементов. Они могут стать причиной дополнительных затрат и переделок на этапе изготовления изделий.
• Согласовывать проектные решения. За счёт наглядного представления стало проще действовать смежным специалистам, которые должны прорабатывать свои разделы в рамках одного компьютерного файла.

Для реализации этих потребностей компания SGI создала библиотеки OpenGL. Они стали стандартом в области и активно распространяются в наше время. Разработки представляют собой инновационный интерфейс для аппаратного обеспечения, которое взаимодействует с графикой. Наибольшей продуктивности по кодированию информации удаётся достичь с использованием ускорителей. Ускоритель – это деталь компьютера, которая берёт на себя часть потока данных и разгружает процессор.

Первоначально алгоритмы разрабатывались фирмой для собственных нужд на рабочих станциях Iris. В дальнейшем они были интегрированы на все современные платформы. Сегодня считаются самыми универсальными и производительными.

Принцип действия основан на применении библиотек данных, которые выполнены на языке программирования С. Это позволяет работать с неограниченным количеством задач. Такой принцип усложняет взаимодействие с простыми элементами и стандартными формами. Но для современных разработок это большой плюс. Они могут без ограничений создавать собственные объекты, используемые в области, на которую распространяется софт.

OpenGL интегрируется в другие оболочки. Поддерживает следующие языки кодирования:

• Fortran;
• Python;
• Java;
• C++;
• Delphi.

Для отдельных областей науки и промышленности разработаны свои библиотеки простейших деталей и форм. Они дают возможность делать простые программы визуализации.

Компания Майкрософт для своих нужд создала аналог – приложение DirectX. Оно действует только в операционных системах Windows и активно применяется для проработки мультимедийных надстроек и игровых движков. Эта разработка не нашла распространения в области прикладных наук и ПО для проектирования. Причиной этому стала узкая направленность в развитии.