CC BY
7УДК [658.512.011.56:004.92]:744.4
Геометрическое моделирование на базе набора типовых табулированных программных инструментов
Т.Ю. Соколова
Московский государственный институт электронной техники (технический университет)
Рассматривается проблема автоматизации проектно-конструкторских работ. Приводится описание подхода и технологии создания мультимедийной интерактивной компьютерной тренинг-системы изучения базовой графической среды.
Постоянно растущий уровень компьютерных технологий, динамичное развитие программных и аппаратных средств требуют активного перехода от традиционных методов ведения проектно-конструкторских работ к использованию новых автоматизированных систем разработки и выполнения конструкторской документации. Ни одно предприятие, ведущее разработки сложных технических объектов, не обходится без использования компьютеров и мощного программного обеспечения, позволяющего гармонично сочетать форму и содержание проекта, оптимизировать процесс разработки и выполнения конструкторской документации при многократном использовании имеющихся данных. Все шире внедряются системы автоматизированного конструирования, позволяющие сэкономить деньги и время за счет замены физических макетов на цифровые и повысить качество продуктов с помощью развитых средств анализа и расчетов.
Для повышения конкурентоспособности разрабатываемых изделий, сохранения позиций на рынке перед конструкторами поставлена сложная задача: принципиально изменить технологию конструирования изделий. Только современные САО/САМ/САЕ-системы могут обеспечить нужное качество конструирования, свободное от дорогостоящего процесса доводки натурных образцов изделия, сократить сроки и обеспечить выполнение проекта меньшим, но более квалифицированным коллективом инженеров.
Непрерывное совершенствование математического и программного обеспечения систем автоматизированного конструирования требует развития подходов и методов к проблеме автоматизации конструирования на базе компьютерных технологий. Основной причиной «пробуксовывания» отечественного рынка САПР (кроме финансовой стороны) является нехватка квалифицированных специалистов, способных работать с использованием новейших компьютерных технологий. Поэтому создание технологии автоматизации процесса геометрического моделирования на базе набора типовых табулированных программных инструментов, включающей интерактивные компьютерные тренинг-системы по изучению современных базовых графических сред, является весьма актуальной. В настоящей работе представлена мультимедийная интерактивная компьютерная тренинг-система для изучения базовой графической среды.
Структура тренинг-системы должна быть компактна, мобильна, но при этом достаточно полно освещать различные способы моделирования как на плоскости, так и в пространстве. Цель тренинг-системы - обучать средствам настройки рабочей среды; подробно знакомить с пользовательским интерфейсом; обучать формированию и
© Т.Ю.Соколова, 2009
Геометрическое моделирование...
редактированию примитивов и сложных геометрических форм; давать исчерпывающую информацию о командах оформления чертежа, свойствах примитивов, настройке параметров черчения; обучать моделированию в пространстве и получению твердой копии рисунка. На рис.1 показаны блоки, представляющие этапы изучения базовой графической среды.
1 - ОТКРЫТИЕ, СОЗДАНИЕ И СОХРАНЕНИЕ РИСУНКОВ
Ж
2 - ИЗУЧЕНИЕ ИНТЕРФЕЙСА ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ И НАСТРОЙКА РАБОЧЕЙ СРЕДЫ
-ft-
4 - МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПРОСТРАНСТВЕ
Формирование Редакти рова н ие Визуализация Получение чертежей трехмерной модели
трехмерных трехмерных трехмерных
объектов объектов объектов
Ж
5 - ПОЛУЧЕНИЕ ТВЕРДОЙ КОПИИ РИСУНКА
Рис.1. Этапы изучения базовой графической среды
Тренинг-система предназначена как для начинающего пользователя, не знакомого с методами автоматизированного геометрического моделирования и компьютерными технологиями, так и для опытного пользователя предыдущих или последней версий графической среды, имеющего цель углубленного изучения и повышения своего квалификационного уровня. Предлагаемый маршрут изучения представляет собой демократичную последовательность макет-файлов, которая легко адаптируется под квалификацию пользователя. Тестирующие файлы, внедренные в тематический набор макет-файлов, позволяют закрепить пройденный материал, определить степень усвоения информации и принять решение о продолжении изучения программы или возвращении к предыдущим макет-файлам для повторного изучения (рис.2).
Существует множество графических редакторов и систем геометрического моделирования: AutoCAD, Компас, T-flex, SolidWorks и
Т.Ю. Соколова
др. Но какой бы универсальной и совершенной ни была базовая графическая среда, задача перехода на новую технологию проектно-конструкторских работ требует современных методик обучения конструкторов и разработчиков объектно-ориентированных систем автоматизированного конструирования, в которых центральное место занимают методы компьютерного моделирования как нового инструмента, используемого при подготовке проектов.
Анализ существующих базовых графических программ и обучающих систем показал необходимость создания компьютерных тренинг-систем, предназначенных для изучения базовых графических сред. Примером такой среды является AutoCAD - универсальная графическая система, в основу структуры которой положен принцип открытой архитектуры, позволяющий адаптировать и развивать многофункциональность применительно к конкретным задачам и требованиям [1].
Разработанная мультимедийная интерактивная компьютерная тренинг-система изучения базовой графической среды AutoCAD позволяет конструктору быстро, глубоко и профессионально овладеть автоматизированной средой проектирования, от чего во многом зависит успех работы над проектом [2].
Компьютерная тренинг-система AutoCAD состоит из 5 разделов. Первый раздел содержит макет-файлы, посвященные командам настройки рабочей среды и параметров черчения, знакомству с пользовательским интерфейсом, а также адаптации и модификации панелей инструментов рабочего стола.
Второй и третий разделы обучают моделированию на плоскости: различным способам задания координат, командам формирования примитивов, формированию текста и созданию собственных текстовых стилей, командам управления экраном и оформления чертежей, формированию штриховки разнообразными стилями, построению размерных линий и управлению размерными стилями. Большое внимание уделено свойствам примитивов, разделению рисунка по слоям, обучению возможности создания новых слоев с заданными параметрами (рис.3).
Рис.3. Примеры упражнений формирования примитивов и простановки размеров на плоскости
Четвертый раздел содержит упражнения, обучающие командам редактирования изображения на плоскости различными способами. Серия макет-файлов тренинг-системы посвящена изменениям свойств объектов. Включены упражнения по созданию блоков, их вставке в чертеж и расчленению блоков на примитивы (рис.4).
Пятый раздел посвящен трехмерному моделированию. Важное место занимают макет-файлы, обучающие работе в пространстве модели и в пространстве листа, созданию
Геометрическое моделирование.
Рис.4. Примеры упражнений редактирования на плоскости
новых видовых экранов различной конфигурации, установке интерактивной точки зрения на трехмерную модель, а также заданию пользовательской системы координат. Основная часть упражнений посвящена формированию трехмерных твердотельных примитивов. Серия макет-файлов обучает редактированию трехмерных объектов в пространстве. Большое внимание уделено обучению визуализации трехмерных моделей: подавлению скрытых линий, назначению визуальных стилей, технике тонирования, установке и изменению источников света, присвоению материалов и наложению текстур, построению сцен (рис.5).
Рис.5. Примеры упражнений твердотельного моделирования
При разработке тренинг-системы особое внимание уделено дизайну упражнений. Вместе с эстетическим решением преследовалась логически выверенная компоновка рабочей зоны экрана. В верхней зоне макет-файлов размещена формулировка поставленной задачи, которую необходимо выполнить пользователю, а в правом верхнем углу -индекс текущего упражнения. Центральная зона содержит имя выполняемой команды, пиктограмму соответствующей команды в панели инструментов, маршрут вызова команды меню. Далее опубликован весь протокол диалога, сопровождающего выполнение упражнения, содержащий запросы и сообщения вызванной команды, которые выдает AutoCAD в командной строке, рекомендуемые ответы, вводимые пользователем комментарии, поясняющие действия пользователя, а также дальнейшие запросы и сообщения команд. Левая нижняя зона упражнения содержит макет-геометрию выполняемого задания с иллюстрацией корректного результата выполненного упражнения. Изображение сопровождается графическими комментариями. Правая нижняя зона -
Т. Ю. Соколова
рабочая зона пользователя, в которой необходимо выполнить построения. Как правило, она содержит исходный геометрический материал, необходимый для решения поставленной задачи.
Для дифференцированного восприятия текстовой и графической информации используется следующее решение в цветовой палитре: красным цветом выделены имена команд, геометрические указания и алфавитно-цифровые данные, которые необходимо вводить пользователю; белым/черным цветом - запросы и сообщения вызванной команды, которые AutoCAD выдает в командной строке; зеленым цветом - геометрические и алфавитно-цифровые комментарии, поясняющие действия пользователя.
Помимо упражнений, обучающих пользователя работе с командами, маршрутам обращения к ним, методам моделирования, разработанная тренинг-система в каждом тематическом разделе содержит ряд практических тестов, контролирующих и закрепляющих приобретенные знания и навыки.
Апробация и внедрение разработанной мультимедийной компьютерной тренинг-системы изучения базовой графической среды показали актуальность и эффективность ее использования.
Структура, выверенный логический маршрут и дизайн системы обеспечивают минимальные временные затраты на освоение базовой графической среды. Предлагаемая тренинг-система может быть эффективна как для начинающего, так и для опытного пользователя, обучающегося в очной и дистанционной форме.
Литература
1. Финкельштейн. AutoCAD 2000: Библия пользователя: Пер. с англ. - М.: Вильямс, 1999. - 1040 с.
2. Соколова Т.Ю. AutoCAD 2009. Учебный курс (+CD): Учеб. пособие для студентов высших учебных заведений. - СПб.: Питер, 2008. - 576 с.
Статья поступила 18 декабря 2008 г.
Соколова Татьяна Юрьевна - кандидат технических наук, доцент, заведующая кафедрой инженерной графики и дизайна, декан факультета дизайна МИЭТ. Область научных интересов: компьютерная графика и автоматизация проектно-конструкторских работ.
Информация для читателей журнала «Известия высших учебных заведений. Электроника»
Вы можете оформить подписку на 2009 г. в редакции с любого номера. Стоимость одного номера - 600 руб. (с учетом всех налогов и почтовых расходов).
Адрес редакции: 124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, д. 5, МИЭТ, комн. 7232 Тел.: 8-499-734-62-05. Факс: 8-499-710-54-29. E-mail: magazine@miee.ru http://www.miet.ru/static/je/os.html
