Конспекты занятй. Конспекты занятий с 4.10 по 30.11 Дистанц. Конспекты занятий объединения Центр космических услуг
 Скачать 0.72 Mb.
|
|
Конспекты занятий объединения «Центр космических услуг» Педагог: Слюсарева А. Н. 4.10, 5.10 «ТРЕХМЕРНЫЕ МОДЕЛИ» Цель: знать определение и применение трехмерной графики и трехмерного моделирования, программы для работы с трехмерной графикой; Задачи: Образовательная: познакомиться с этапами получения трехмерного изображения, программными пакетами, позволяющими создавать трёхмерную графику; Развивающая: развитие интереса к предмету; формирование приёмов логического мышления; развитие способность анализировать и обобщать, делать выводы; Воспитательная: воспитание аккуратности, точности, самостоятельности; Здоровьесберегающая: соблюдение санитарных норм при работе с компьютером, соблюдение правил техники безопасности, оптимальное сочетание форм и методов, применяемых на уроке; Оборудование: презентация «Трехмерное моделирование». ХОД ЗАНЯТИЯ Организационный момент. Сообщение темы и целей урока. Изучение нового материала. (учащиеся записывают материал в тетрадь самостоятельно по ходу объяснения) Слайд 2-3 3D - трёхмерная графика Трёхмерная графика (от англ. 3 Dimensions - рус. 3 измерения) - раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов. Трёхмерное изображение на плоскости отличается от двумерного тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели Сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ. Слайд 4 Трехмерная модель Модель может как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала). Слайд 5-6 Применение 1. Трёхмерная графика активно применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в науке и промышленности, например в системах автоматизации проектных работ (САПР; для создания твердотельных элементов: зданий, деталей машин, механизмов), архитектурной визуализации (сюда относится и так называемая «виртуальная археология»), в современных системах медицинской визуализации. 2. Самое широкое применение - во многих современных компьютерных играх. 3. Также как элемент кинематографа, телевидения, печатной продукции. Слайд 7 Программное обеспечение Программные пакеты, позволяющие создавать трёхмерную графику, то есть моделировать объекты виртуальной реальности и создавать на основе этих моделей изображения, очень разнообразны. Последние годы устойчивыми лидерами в этой области являются коммерческие продукты, такие как: Autodesk 3D Studio Max Autodesk Fusion 360 Autodesk Maya Autodesk Softimage Maxon Computer Cinema 4D Blender Foundation Blender Side Effects Software Houdini LuxologyModo NewTekLightWave 3D CaligariTruespace MaxonCinema 4D Слайд 8 Получение трехмерного изображения на плоскости Моделирование - создание трёхмерной математической модели сцены и объектов в ней; Текстурирование - назначение поверхностям моделей растровых или процедурных текстур (подразумевает также настройку свойств материалов - прозрачность, отражения, шероховатость и пр.); Освещение - установка и настройка источников света; Анимация (в некоторых случаях) - придание движения объектам; Динамическая симуляция (в некоторых случаях) - автоматический расчёт взаимодействия частиц, твёрдых/мягких тел и пр. с моделируемыми силами гравитации, ветра, выталкивания и др., а также друг с другом; Рендеринг (визуализация) - построение проекции в соответствии с выбранной физической моделью; Вывод полученного изображения на устройство вывода - дисплей или принтер. Слайд 9 Трехмерные дисплеи Трёхмерные, или стереоскопические дисплеи, (3D displays, 3D screens) - дисплеи, посредством стереоскопического или какого-либо другого эффекта создающие иллюзию реального объёма у демонстрируемых изображений. В настоящее время подавляющее большинство трёхмерных изображений показывается при помощи стереоскопического эффекта, как наиболее лёгкого в реализации, хотя использование одной лишь стереоскопии нельзя назвать достаточным для объёмного восприятия. Человеческий глаз как в паре, так и в одиночку одинаково хорошо отличает объёмные объекты от плоских изображений. Просмотр ролика «История создания трехмерной графики» Слайд 10 3D-принтер Устройство, использующее метод создания физического объекта на основе виртуальной 3D-модели. 3D-печать может осуществляться разными способами и с использованием различных материалов, но в основе любого из них лежит принцип послойного создания (выращивания) твёрдого объекта. Закрепление пройденного материала: В чем отличие трехмерной графики от двумерного изображения? Назовите примерно абстрактной трехмерной модели. Что такое анимация? Где в жизни мы можем встретить трехмерные изображения? Какой принцип печати физического объекта лежит в основе 3D печати? Литература Дж. Ли, Б. Уэр. Трёхмерная графика и анимация. - 2-е изд. - М.: Вильямс, 2002. - 640 с. Д. Херн, М. П. Бейкер. Компьютерная графика и стандарт OpenGL. - 3-е изд. - М., 2005. - 1168 с. Э. Энджел. Интерактивная компьютерная графика. Вводный курс на базе OpenGL. - 2-е изд. - М.: Вильямс, 2001. - 592 с. В. П. Иванов, А. С. Батраков. Трёхмерная компьютерная графика / Под ред. Г. М. Полищука. - М.: Радио и связь, 1995. - 224 с. - ISBN 5-256-01204-5 Г. Снук. 3D-ландшафты в реальном времени на C++ и DirectX 9. - 2-е изд. - М.: Кудиц-пресс, 2007. - 368 с. - ISBN 5-9579-0090-7 Источники видеороликов: «История создания трехмерной графики» Http://www. youtube. com/watch? v=ttkojcjwV7c Http://www. youtube. com/watch? v=RWGjW2_L6iA «3D принтеры. Официальный сайт телепередачи Галилео» Http://www. youtube. com/watch? v=PC5pa2xOlb8 6.10, 7.10 «ПОНЯТИЕ О ГЕОДАННЫХ» Цель: «Сформулировать понятие о геоданных». Задачи: 1. Содействовать осознанию учебного материала; 2. Развитие аналитических способностей. 3. Осознать социальную и практическую значимость учебного материала. Тип урока: комбинированныйурок. Оснащение урока: компьютер, презентация. I. Организационная часть: проверка по журналу, проверка готовности группы к занятиям. II. Актуализация опорных знаний: Фронтальный опрос по пройденной теме. III. Объяснение нового материала. ГИС связывает и интегрирует самую разнородную информацию, которую трудно объединить и проанализировать совместно через какие-либо другие средства. Информационное наполнение ГИС осуществляется путем ввода различных первичных материалов, в том числе результатов измерений на местности, геологических исследований, картографирования, аэрофото – и космической съемки, специальной тематической информации. Необходимо отметить, что общая стоимость приобретения данных для ГИС и их ввод в цифровой форме оцениваются специалистами в сумму около 80% от общей стоимости ГИС-проекта. Основными источниками данных для ГИС являются : – планово-картографические материалы; – данные дистанционного зондирования Земли, полученные в результате аэро- и космосъемок, лидарной и сонарной съемок; – геодезические измерения; – данные систем спутникового позиционирования; – материалы систем автоматизированного проектирования; – базы данных текстовой и количественной информации; – базы геоданных. Географические карты являются основополагающим источником информации при создании ГИС. Географические объекты реального мира смоделированы на карте с использованием графических примитивов (точка, линия, полигон), специальных символов, цвета и текстовых подписей. При описании географических объектов в ГИС карта является важным источником информации о пространственных отношениях между объектами, т.е. взаимоотношениях между различными географическими объектами. Пространственные отношения присутствуют на карте в неявном виде - все зависит от того, каким образом и как интерпретируется ее содержание. Наряду с традиционной картографической информацией, данные дистанционного зондирования (ДДЗ) составляют информационную основу ГИСтехнологий. Под дистанционным зондированием понимаются исследования географических объектов неконтактным способом с использованием съемки с летательных аппаратов – атмосферных и космических, в результате которых получается изображение земной поверхности в каком-либо диапазоне (диапазонах) электромагнитного спектра. Данные ДДЗ могут классифицироваться по различным видам разрешения и охвата, по способу формирования (развертки) изображения, по специальным возможностям (стереорежим, сложная геометрия съемки), по типу орбиты, с которой производится съемка, и т.д. . При обработке данных дистанционного зондирования важным показателем является пространственное разрешение на местности, т. е. минимально различимый размер географического объекта. ДДЗ характеризуются несколькими видами разрешений: пространственным, спектральным, радиометрическим и временным. Под термином «разрешение» обычно подразумевается пространственное разрешение. В зависимости от решаемых задач, могут использоваться данные низкого (более 100 м), среднего (10–100 м) и высокого (менее 10 м) разрешений. Спектральное разрешение указывает на то, какие участки спектра электромагнитных волн (ЭМВ) регистрируются сенсором. При анализе природной среды, например, для экологического мониторинга, этот параметр – наиболее важный. Условно весь диапазон длин волн, используемых в ДДЗ, можно поделить на три участка - радиоволны, тепловое излучение и видимый свет. Такое деление обусловлено различием взаимодействия электромагнитных волн и земной поверхности, различием в процессах, определяющих отражение и излучение ЭМВ. Наиболее часто используемый диапазон ЭМВ – это видимый свет и примыкающее к нему коротковолновое ИК-излучение. В этом диапазоне отражаемая солнечная радиация несет в себе информацию, главным образом, о химическом составе поверхности.Тепловое ИК-излучение несет информацию, в основном, о температуре поверхности. Помимо прямого определения температурных режимов видимых объектов и явлений (как природных, так и искусственных), тепловые снимки позволяют косвенно выявлять то, что скрыто под землей – подземные реки, трубопроводы и т.п. Сантиметровый диапазон радиоволн используется для радарной съемки. Важнейшее преимущество снимков этого класса – в их всепогодности. Поскольку радар регистрирует собственное, отраженное земной поверхностью, излучение, для его работы не требуется солнечный свет. Кроме того, радиоволны этого диапазона свободно проходят через сплошную облачность и даже способны проникать на некоторую глубину в почву. По снимаемым спектральным диапазонам данные дистанционного зондирования могут различаться как полученные в одном спектральном диапазоне (чаще всего в широком видимом участке спектра – панхроматические) и съемки многозональные, когда одновременно, но раздельно фиксируются несколько изображений в различных зонах спектра. Их может 3, 4, 5, 7 и даже больше, вплоть до нескольких десятков и даже сотен узких спектральных зон. Если этих зон больше 16, то такие снимки уже называют не многозональными или мультиспектральными, а гиперспектральными. Радиометрическое разрешение определяет диапазон различимых на снимке яркостей. Большинство сенсоров обладают радиометрическим разрешением 6 или 8 бит, что наиболее близко к мгновенному динамическому диапазону зрения человека. Временное разрешение определяет, с какой периодичностью один и тот же сенсор может снимать некоторый участок земной поверхности. Этот параметр весьма важен для мониторинга чрезвычайных ситуаций и других быстро развивающихся явлений. Автоматизированная компьютерная обработка разнородной пространственной географической информации с использованием ГИС-технологий вызвала необходимость получения высокоточных координат. В настоящее время высокоточное определение местоположения на местности как в статике так и в движении достигается использованием данных с систем спутникового позиционирования, которые затем интегрируются в ГИС. Техника навигационных определений по сигналам искусственных спутников Земли (ИСЗ) стала отрабатываться начиная с 1957 г. Спутниковые радионавигационные системы первого поколения появились в начале 60-х годов. В настоящее время в мире функционируют три основные системы спутникового позиционирования с разной степенью навигационного покрытия и уровнем сервиса предоставляемых навигационных услуг – GPS (США), ГЛОНАСС (Россия), Galileo (Европейский Союз). Как нередко бывает с высокотехнологичными проектами, инициаторами разработки и реализации системы GPS (Global Positioning System – система глобального позиционирования) в США стали военные. Проект спутниковой сети для определения координат в режиме реального времени в любой точке земного шара был назван Navstar (Navigation system with timing and ranging – навигационная система определения времени и дальности), тогда как аббревиатура GPS появилась позднее, когда система стала использоваться не только в оборонных, но и в гражданских целях. Первые шаги по развертыванию навигационной сети были предприняты в середине семидесятых, коммерческая же эксплуатация системы в сегодняшнем виде началась с 1995 г. Система GPS в целом состоит из трех сегментов: космического, управляющего, пользовательского. Космический сегмент. Основой системы являются 24 GPS-спутника, движущихся над поверхностью Земли по 6 орбитальным траекториям (по 4 спутника на каждой), на высоте 20 180 км, Наклонение траекторий составляет 55 градусов. Спутники GPS распределены по шести орбитальным плоскостям. Орбиты спутников обеспечивают одновременную видимость от четырех до двенадцати аппаратов в любой точке земной поверхности. Срок службы каждого из них составляет 10 лет, их заменяют по мере выхода из строя. Управляющий сегмент. В этот сегмент GPS входят 5 контрольных центров (включая мастер-центр), дислоцированных на американских военных базах. Станции наблюдения, расположенные на Гавайях, атолле Кваджелейн (Kwajalein), островах Вознесения (Ascension Island) и Диего-Гарсия (Diego 13 Garcia) и в Колорадо-Спрингс (Colorado Springs), три наземные антенны (на островах Вознесения, Диего-Гарсия и атолле Кваджелейн), а также главная контрольная станция, расположенная на базе Falcon военно-воздушных сил США в Колорадо. Станции наблюдения следят за спутниками, записывая всю информацию об их движении, которая передается на главную командную станцию для корректировки орбит и навигационной информации. Пользовательский сегмент. Самый насыщенный сегмент - в него входят десятки и сотни тысяч стационарных и персональных GPS-приемников, которые продаются в виде автономных устройств, модулей расширения к портативным компьютерам или же встраиваются в определенные виды оборудования (часы, сотовые телефоны и др. устройства). Пользовательские приемники позволяют определить координаты места, регистрируя излучаемые видимыми в данной точке спутниками сигналы. Среди независимых устройств наибольшую популярность имеют приемники, производимые компанией GARMIN (www.garmin.com). Компания выпускает очень широкую модельную сетку устройств, начиная от простейших персональных навигаторов до серьезных морских и авиационных приборов. Приѐмники часто дополняются системами электронной картографии и другими специализированными электронными сервисами. Подсистема космических аппаратов (ПКА) системы ГЛОНАСС состоит из 24-х спутников, находящихся на круговых орбитах высотой 19 100 км, наклонением 64,8 град, и периодом обращения 11 часов 15 минут в трех орбитальных плоскостях. Орбитальные плоскости разнесены по долготе на 120 град. В каждой орбитальной плоскости размещаются по 8 спутников. Такая конфигурация ПКА позволяет обеспечить непрерывное и глобальное покрытие земной поверхности и околоземного пространства навигационным полем. Подсистема контроля и управления состоит из Центра управления системой ГЛОНАСС и сети станций измерения, управления и контроля, рассредоточенной по всей территории России. Навигационная аппаратура потребителей состоит из навигационных приемников и устройств обработки, предназначенных для приема навигационных сигналов спутников ГЛОНАСС и вычисления собственных координат, скорости и времени. Первый запуск спутника по программе ГЛОНАСС (Космос 1413) состоялся 12 октября 1982 года. Система ГЛОНАСС была официально принята в эксплуатацию 24 сентября 1993 года. Полная группировка в составе 24-х спутников в соответствии с федеральной целевой программой «Глобальная навигационная система» должна быть развѐрнута в 2010 году. Галилео (Galileo) — европейский проект спутниковой системы навигации. Европейская система предназначена для решения навигационных задач для любых подвижных объектов с точностью менее одного метра. Помимо стран европейского сообщества достигнуты договорѐнности на участие в проекте с государствами – Китай, Израиль, Южная Корея. Кроме того, ведутся переговоры с представителями Аргентины, Австралии, Бразилии, Чили, Индии, Малайзии, России и Украины. Космический сегмент базируется на орбитальной группировке из 30 средневысотных спутников (MEO) и обеспечивает глобальное покрытие территории земного шара. Орбитальная группировка Galileo оптимизирована для обслуживания территорий, находящихся в высоких широтах. Первый спутник системы Галилео был доставлен на космодром Байконур 30 ноября 2005 г. 28 декабря 2005 г. с помощью ракеты-носителя «Союз-ФГ» космический аппарат GIOVE-A (Galileo In-Orbit Validation Element) был выведен на расчѐтную орбиту высотой более 23000 км с наклонением 56°. Масса аппарата составляет 700 кг, габаритные размеры: длина – 1,2 м, диаметр – 1,1 м, срок активного существования – 12 лет. |