CC BY
18
УДК 004.413: (004.422.632l е. Е. ШМУЛЕНКОВД
Омский государственный технический университет
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ АНИМАЦИИ ПРИ РАБОТЕ СИСТЕМЫ ПРОВЕРКИ ГРАФИЧЕСКИХ ПОСТРОЕНИЙ В РЕЖИМЕ «САМООБУЧЕНИЕ»
В статье описывается разработка программного обеспечения для формирования изображений с элементами анимации. Для создания программ, осуществляющих анимационное движение, предложено использовать пять независимых параметров движения. С помощью анимационной модели демонстрируется поэтапный принцип решения задачи, причем каждому этапу соответствует определенный изменяемый параметр движения (обобщенная координата).
Ключевые слова: анимационная модель, движение геометрических объектов, параметры движения.
В процессе преподавания графических дисциплин актуальной задачей является использование различных средств, позволяющих повысить наглядность изображений. Опыт преподавания указанных дисциплин показывает, что у большинства студентов слабо развито пространственное мышление.
В связи с этим разрабатываются и применяются в учебном процессе различные средства мультимедиа. Эти средства создаются на базе специально предназначенных для этого программ, где могут использоваться разные языки программирования. Однако в рамках данных программ и систем невозможно организовать одновременно систему оценки знаний и самообучения по графическим дисциплинам. При использовании системы проверки графических построений (СПГП) функционирующей на основе пакета САПР АЩоСАЕ) [ I ] появилась необходимость разработки программного обеспечения для формирования изображений с элементами анимации.
С П ГП может осуществлять рабо ту в двух режимах [2|. Это режим «Экзамен» и «Самообучение». В режиме «Самообучение» возможно использование изображения слайдов с теоретическим материалом и просмотр поэтапною решения задач с элементами анимации. Для создания программ, осуществляющих анимационное движение, использован встроенный язык программирования АЩоЫБР. Заметим, что существующие системы в основном позволяют выполнять одно или несколько перемещений объекта в зависимости от одною параметра движения. При этом пользователь системы, как правило, не имеет возможности управлять движением геометрических объектов, т.к. перемещение изначально заложено в программе и независимое изменение нескольких параметров от трех до шести в данных системах невозможно. Для увеличения познавательной активности студентов и улучшения взаимодействия пользователя с анимационной моделью, в режиме «Самообучение», предложено использовать пять независимых параметров движения. Поэтапный анализ и изучение способов решения различных задач наиболее целесообразен, если каждому этапу соответствует определенный из-
меняемый параметр движения (обобщенная координата). Обобщенные координаты задают положение системы Окхкукхк (условимся системы координат обозначать О,), связанной с к-ой системой координат относительно системы Ок г
Как известно, для определения пространственнот положения геоме трического объекта необходимо задать шесть параметров |3|. Условимся положение *-ой системы координат определять вектором Хк (х^, ук. 2к, в„ ц/к, <рк) где хк, ук, 7к - координаты начала системы Ок, 0к, цгк, (рк — утлы Эйлера. Значения обобщенных координат будем задавать вектором 9 ($,, Эр ... зп). Каждому значению вектора Сбудет соответствовать единственное положение всех подвижных систем координат или определенные значения векторов Хп.
На рис. I представлена совокупность систем координат О0, О, и т.д. положение которых определяется обобщенными координатами 5Г, .ч2... бу Положение каждой из систем определяется произведением матриц М01, М1Г Мгз ... размерности 4x4. В системе О, задана усеченная пирамида, проекции данной пирамиды определяются в системах 04 и Ол..
Положение системы 05 в которой задан геометрический объект (усеченная пирамида) определяется следующим произведением матриц:
Мо> = м/.*х м*4* Мо' (Н
гдеМЛ1 — определяет преобразование, при повороте системы О, вокруг оси г0 относительно системы О0 с изменением параметра я,; М12 - определяетпреобразо-вание при повороте системы 03 вокруг оси у,, относительно системы О, с изменением параме тра М21 — определяет преобразование при переходе от системы От к системе От с изменением параметра поступательного движения; М34— определяет, соответственно, преобразование при переходе от системы Оа к системе 0.{ с изменением параметра поступательного движения; М<5 — определяет преобразование при переходе от системы 05 к системе 04, с изменением параметра поступательного движения (рис. 1).
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК N11 («7) 2010 _______________________________________________________________________________________ИНФОРМАЦИОННЫ! ТЕХНОЛОГИИ
Рис. 2. Содержание различных графических зон в анимационном режиме работы СПГП
Положение подвижных систем координат Ой и О,, в которой соответственно заданы фронтальная и горизонтальная проекции усеченной пирамиды при равенстве в первом случае координаты у6 — 0. а во втором случае г4=0, находим следующими матрич-ш.гми произведениями:
М».б = Мо.,х м,.7х х Мм (2)
Мо.4 = Мо., х М13 х 3 х Мм (3)
где Ми - матрица определяет преобразование при переходе от системы 0(. к системе О., с изменением параме тра поступательного движения.
На рис. 2 представлен вид окна с анимационной моделью, где изображен геометрический объект (усеченная пирамида). В разработанной модели поступательные движения геометрического объекта осуществляются изменением значений обобщенных координат 53 — Как видно из рис. 2, в первой зоне отображаются геометрический объект и его проекции. Параметры движения я.( — 5,задаются пользовате-лем с использованием второй графической зоны. При указании графическим курсором на экране с изображением соответствующих координат зг 5, и
возможно смещение объекта относительно плоскостей проекций П,, П.4 или П., на определенный шаг-.
В третьей зоне представлен текст условия задачи. В четвертой зоне представлен алгоритм последовательных действий, направленных на решение задачи. Пользователь системы щелкает графическим курсором последовательно на определенный элемент зоны 4, соответствующий тому или иному этапу решения задачи. При этом происходят построения с определенным этапом анимации. Как видно, в каждом элементе зоны 4 находится текст, поясняющий определенный этап из общего алгоритма решения задачи. В пятой зоне представлено изображение комплексного чертежа, где, в зависимости от указания этапов решения задачи, появляются необходимые построения на плоскости. Заметим, что каждому этану соответствует определенно заданный цвет текста и графических построений. Соответственно, пользователь может одновременно видеть принцип решения задач на пространственной модели, с изображением ортогональных плоскостей П,, Пг, П., и на эпюре Монжа.
На рис. 3 представлена блок-схема программы, позволяющей проводить анимационные движения. В данной блок-схеме описан принцип расчета элементов матриц для нахождения координат точек
Расчет элементе» матриц Ми.Г. Мм — M&t
В под значений Ах/. Лл>..
0.J о
~г~
г,— -1
<1 — -2 = 3 ss— j =5
Указание этапа решения чалами (/) или изменение параметров »м
Расчет элементов матриц М,, ,; М«] ...
Расчет точек геометрического объекта в системах О*, О), 06 и 0,1 и построение нюбряжсниП проекций
Рис. 3. Блок-схема программы, позволяющей строить изображения анимационных движений геометрических объектов,
при независимом изменении пяти параметров перемещения
геометрического объек та, с целью построения его па плоскостях проекций и н пространстве. Осуществление анимационных движений геометрического объекта происходит за счет преобразований заданных матрицами (1), (2) и (3). Пользователь указывает графическим курсором определенную зону с изображением обобщенной координаты (зона №2). При этом происходит изменение соответствующей обобщенной координаты s^s. + As, и расчет элементов матриц, позволяющих получать координаты точек геометрического объекта н системах координат Ог Оь и Оь, по которым строятся изображения. Пользователь щелчком мыши может изменить значение одного из параметров ъ^или выбрать последовательно первый, второй и т. д. этапы из алгоритма решения задачи (зона № 4). В блок-схеме параметр i надает поступательное перемещение в направлении одной из осей ха, у0 или х0. Если / = 3, i=4, i = 5, то, соответственно, перемещение осуществляется Вдоль ОСИ Х„ yfl или 20. Параметр j определяет вращателыпле движения относительно осей х1} и у,. Также при изменении параметра j происходит построение следующего определенного элемента решения задачи или геометрического объекта (построение горизонтальной плоскости уровня, построение сечения геометрического объекта и т. д.)
В заключение необходимо отметить преимущества разработанной анимационной модели в СПГП и оболочке САПР ACAD.
I. В данной системе существует возможность одновременного использования процедуры «Самообучение» с элементами анимации и «Контроль знаний» но графическим дисциплинам.
2. Особенностью создания анимационной модели является то, что осуществляется независимое изменение пяти параметров движения.
3. Разработанная анимационная модель, существенно повышает познавательную активность студентов в режиме «Самообучение».
Библиографический список
1. Гладков, С.Л. Программирование на языке Автолисп в системе САПР Лвтокад / С. А Гладков. — М.: ДИАЛОГ-МИФИ. 1991. -98 с.
2. Шмуленкова, Е.Е. Исследование и оптимизация значений параметров, влияющих на эффективность использования системы проверки графических построений / ЕЕ. Шмуленкова. Ф.11. Иритыкин //Омскийнаучный вестник. - 2009. — №2|80). — С. 43-47.
3. Притыкин, Ф.Н. Парамсгрические изображения объектов ироектировлния на основе использования языка АВТОЛИСП и среде ЛВТОКАД: учеб.пособие/Ф.Н. 11рнгыкин. — Омск: Ом1ТУ, 2008. - 112 с.
ШМУЛЕНКОВА Елена Евгеньевна, аспирантка кафедры «Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика» Омского государственного технического университета, инженер кафедры «Детали машин и инженерная графика» Омского государственного аграрного университета.
Адрес для переписки: e-mail:e!enashmulenkova@ rambler.ru
Статья поступила в редакцию 11.12.2009 г.
© Е. Е. Шмуленкова
