Отчет об учебной практике «Программа для моделирования трехмерных объектов»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра вычислительной техники и инженерной кибернетики

 

 

Отчет об учебно-ознакомительной практике

Студент гр. БПО 11-01                  _________________________

подпись, дата

Место                                     ФГБОУ ВПО Уфимский государственный

прохождения практики           нефтяной технический университет

Руководитель практики        _________________________А.Р. Гизатуллин

подпись, дата, МП

от учреждения                       _________________________           А.Х. Абдуллин

подпись, дата, МП

Руководитель практики

от кафедры ВТИК                

подпись, дата

Уфа, 2013

 

Содержание

Введение

1. Цель и задачи практики

2. Программа для моделирования 3D объектов, SketchUp 8

3. Объектно-ориентированный язык программирования C#

3.1 Программный продукт, ArcGis

3.2 ГИС в нефтегазовой отрасли

3.3 Международная научно-исследовательская работа SRTM

4. Заключение

5. Список литературы

 Введение

Уфимский государственный нефтяной технический университет (УГНТУ) является одним из крупнейших технических вузов страны, который имеет сложную инфраструктуру, вследствие чего пришли к тому, чтобы создать ГИС УГНТУ, что на много упростит поиск нужных административных зданий и сооружений. Положительным моментом информационной системы является, во-первых, создание безопасной гражданской обороны для сотрудников, студентов и посетителей, во-вторых, удобство и экономия времени в поисках нужных объектов.

2. Цель и задачи практики

На период практики от руководителя практики от кафедры было получено следующее задание:

— Изучение программы Google SketchUp8

— Создание 3D модели дома

— Изучение языка программирования C#

— разработка программы, реализующей арифметические операции с данными.

— разработка блок-схем алгоритмов программ и их реализация.

— разработка блок-схем алгоритмов обработки массивов с последующей их программной реализацией

— изучение базовых приемов обработки строк в языке программирования C#.

— изучение студентами приемов работы с массивами, а также особенностей их использования

— Изучение семейства программных продуктов ArcGIS

— Информация об SRTM (Shuttle Radar Topography Mission)

2. Программа для моделирования 3D объектов, SketchUp 8

SketchUp — программа для моделирования относительно простых трёхмерных объектов — строений, мебели, интерьера. В марте 2006 года была приобретена компанией Google вместе с небольшой фирмой @Last Software. В апреле 2012 Google продал SketchUp компании Trimble Navigation за 90 млн. долларов. Существуют две версии программы — бесплатная, ограниченная по функциональности (прежде всего относительно экспортирования в другие форматы), и платная SketchUp Pro.

SketchUp — программа для быстрого создания и редактирования трехмерной графики. Проекты SketchUp сохраняются в формате *.skp.

По сравнению со многими популярными пакетами данный обладает рядом преимуществ, заключающихся, в первую очередь, в почти полном отсутствии окон предварительных настроек. Все геометрические характеристики задаются с клавиатуры в поле Value Control Box (Поле Контроля Параметров; находится в правом нижнем углу рабочей области, справа от надписи Measurements — «Система Мер») во время или сразу после окончания действия инструмента. Эта особенность позволяет избежать необходимости настраивать каждый инструмент перед его применением, а затем редактировать возможные неучтённые ошибки, но в то же время это достоинство оборачивается недостатком, когда возникает потребность в массовом изменении геометрии созданных объектов. Тем не менее, такие ситуации возникают редко, а их исправление средствами пакета не составляет большого труда.

Данный пакет очень удобен для начинающих, малознакомых с трёхмерным моделированием людей или просто интересующихся, которым нужно учиться обращаться со сложными профессиональными инструментами только для того, чтобы всего лишь сделать примерный макет своей комнаты или даже письменного стола. SketchUp интуитивен и очень прост в обращении, так как сделан с расчётом на непрофессионалов, и позволяет относительно быстро и просто достичь желаемого результата, используя привычные с детства инструменты — «линейку», «карандаш», «транспортир», «ластик» в трёх плоскостях.

Главный же недостаток данного продукта заключается в том, что в нём отсутствует функция работы с т. н картами смещения , но, поскольку данный продукт нельзя считать профессиональным редактором трёхмерной графики или же редактором игровых уровней (хотя такая возможность существует), а также нацелен на другую целевую аудиторию, то вполне логично, что данная функция в пакете отсутствует (тем более, что её реализация потребовала бы значительно больших материальных затрат и человекачасов на разработку, вследствие чего цена за финальную Pro версию продукта резко повысилась бы).

SketchUp поддерживает импорт и экспорт различных форматов двухмерной растровой и трехмерной графики, в частности: *.3ds, *.dwg, *.ddf, *,jpg, *.png, *.bmp, *.psd.

Импорт растровой графики имеет несколько возможностей: вставка образа в качестве отдельного объекта, в качестве текстуры и в качестве основы для восстановления трёхмерного объекта по фотографии. Экспорт в формат *.jpg осуществляется в качестве снимка с рабочей области окна приложения.

Дополнительно установленные плагины позволяют экспортировать в форматы *.mxs, *.atl, *.dae, *.b3d и т. д. Последующее редактирование экспортированного файла в соответствующих приложениях может осуществляться без каких-либо ограничений, а плагин V-Ray for SketchUp позволяет визуализировать трёхмерные сцены.

В программе есть библиотеки компонентов, материалов и стилей рабочей области, которые можно пополнять своими элементами. Имеется возможность устанавливать тени в соответствии с заданными широтой, долготой, временем суток и года.

Дополнительно программа позволяет создавать макросы  для повторяющихся действий на языке Ruby и добавлять для них в меню новые пункты, также доступна функция загрузки и использования многочисленных готовых скриптов, предоставленных другими пользователями.

Программа-ресурс Google Earth («виртуальный глобус») и упрощённый 3D-редактор SketchUp представляют собой составные компоненты единой семьи программных продуктов, так что пользователь может легко переносить информацию из одного пакета в другой.

Так, в частности, при моделировании копий архитектурных сооружений можно легко импортировать аэро- или спутниковую фотографию нужного здания, а также топографию местности из Google Earth, а затем «строить» виртуальное здание-модель на фундаменте, которым будет спутниковая фотография здания-прототипа.

А для того, чтобы увидеть только что созданную в программе SketchUp 3D-модель «в виртуальной жизни» на рельефе Google Earth, достаточно щёлкнуть иконку на панели инструментов. Для обмена информацией между программами достаточно, чтобы обе они были установлены на компьютере пользователя.

После изучения этой программы, нами было получено здание создания 3D модели дома.

3.1 Объектно-ориентированный язык программирования C#

В ходе изучений языка программирования, выяснилось, что C# (произносится си-шарп) — язык программирования, сочетающий объектно-ориентированные и контекстно-ориентированные концепции. Разработан в 1998—2001 годах группой инженеров под руководством Андерсa Хейлсбергa в компании Microsoft как основной язык разработки приложений для платформы Microsoft .NET. Компилятор с C# входит в стандартную установку самой .NET, поэтому программы на нём можно создавать и компилировать даже без инструментальных средств вроде Visual Studio.

C# относится к семье языков с С-подобным синтаксисом, из них его синтаксис наиболее близок к С++ и Java. Язык имеет строгую статическую типизацию, поддерживает полиморфизм, перегрузку операторов, указатели на функции-члены классов, атрибуты, события, свойства, исключения, комментарии в формате XML. Переняв многое от своих предшественников — языков C++, Delphi, Modula и Smalltalk — С#, опираясь на практику их использования, исключает некоторые модели, зарекомендовавшие себя как проблематичные при разработке программных систем: так, C# не поддерживает множественное наследование классов (в отличие от C++) или вывода типов (в отличие от Haskell).

Нами были изучены базовые приемы обработки строк, приемы работы с массивами, а также особенности их использования, были реализованы программы, реализующие арифметические операции с данными, разработаны блок-схемы алгоритмов программ, блок-схемы алгоритмов обработки массивов с последующей их программной реализации.

 3.2 Программный продукт, ArcGis

ArcGIS — семейство программных продуктов американской компании ESRI, одного из лидеров мирового рынка геоинформационных систем . ArcGIS построена на основе технологий СOM, .NET, Java, ZML, SOAP. Новейшая версия — ArcGIS 10,1.

ArcGIS позволяет визуализировать (представить в виде цифровой карты) большие объёмы статистической информации, имеющей географическую привязку. В среде создаются и редактируются карты всех масштабов: от планов земельных участков до карты мира. Также в ArcGIS встроен широкий инструментарий анализа пространственной информации.

3.3 ГИС в нефтегазовой отрасли. ГИС помогает в борьбе с разливом    нефти в Мексиканском заливе

Как известно, привлекшая всеобщее внимание экологическая катастрофа у южного побережья США началась 20 апреля 2010 года со взрыва метана на платформе Deepwater Horizon, находившейся под управлением компании British Petroleum (BP). Через два дня платформа затонула, а из поврежденной скважины на глубине 1,5 км начала вытекать нефть. За время до ликвидации аварии в воды Мексиканского залива вылилось от 4 до 5 млн. баррелей нефти, что делает эту утечку крупнейшей в истории. С середины июля поток нефти из этой глубоководной скважины удалось значительно сократить благодаря временной «заглушке». А в начале августа британская BP Plc. объявила об успехе операции Static Kill по закачке в аварийную скважину специального раствора с целью окончательно загерметизировать утечку.

Это катастрофическое происшествие подробно освещалось в прессе, многие организации и граждане принимали активное участие в мониторинге развития ситуации и определении нанесенного ущерба, в ликвидации последствий аварии. В этой деятельности широко использовались данные дистанционного зондирования и возможности технологии географических информационных систем (ГИС) – основного инструмента для сбора, обработки, моделирования, анализа и 2D/3D/4D-визуализации пространственных данных, интеграции разноплановых данных на основе их привязки к местоположению.

Компания Esri оперативно отреагировала на катастрофу в заливе, предоставив программное обеспечение и другие ресурсы и создав специальную публичную веб-страницу с разнообразными постоянно обновляемыми данными, картами и другими материалами, помогавшими оценить масштабы этого чрезвычайного происшествия и выявить участки, подвергавшиеся наибольшей угрозе, а также адекватно реагировать на постоянно меняющуюся обстановку. Этот доступный и сейчас ресурс является частью общего сайта Esri, представляющего последствия крупных природных катаклизмов и антропогенных катастроф, таких как землетрясения, наводнения, извержения вулканов, цунами, ураганы, лесные пожары и т.д.

3.4 Международная научно-исследовательская работа SRTM

В настоящее время широкому кругу пользователей интернета доступна информация о цифровой модели Земли, полученная в результате радарной топографической съемки с детальностью до 30 м. Настоящее исследование на трех примерах иллюстрирует применимость радиовысотных данных в качестве альтернативы топографической съемки по традиционной методике.

SRTM  (Shuttle radar topographic mission) — осуществленная в феврале 2000г с борта космического корабля многоразового использования «Шаттл» радарная интерферометрическая съемка поверхности земного шара. Данная съемка проведена на почти всей территории Земли между 60њ северной широты и 54њ южной широты, а также океанов, с помощью двух радиолокационных сенсоров SIR-C и X-SAR установленных на борту корабля. Результатом съемки стала цифровая модель рельефа 85% поверхности Земли.

Всего в результате съемки было получено 12 терабайт радиолокационных данных, которые в течении 2 лет проходили обработку специалистами NASA.

Данные SRTM существуют в нескольких версиях: предварительные (версия 1, 2003 г) и окончательная (версия 2, февраль 2005 г). Окончательная версия прошла дополнительную обработку, выделение береговых линий и водных объектов, фильтрацию ошибочных значений. Данные распространяются в нескольких вариантах — сетка с размером ячейки 1 угловая секунда и 3 угловые секунды. Более точные односекундные данные (SRTM1) доступны на территорию США, на остальную поверхность земли доступны только трехсекундные данные (SRTM3). Файлы данных представляют собой матрицу из 1201´1201 (или 3601´3601 для односекундной версии) значений, которая может быть импортирована в различные программы построения карт и геоинформационные системы (например ArcView )

Заключение

В период учебной практики мы изучили программу для моделирования трехмерных объектов, язык программирования C#, базовые приемы обработки строк в C#, приемы работы с массивами и особенности их использования, программный продукт ArcGIS. Разработали блок-схемы алгоритмов обработки массивов с последующей их программной реализацией.

Узнали подробнее о радарной топографической съемке и ее результат, а также о помощи ГИС в нефтегазовой отрасли, благодаря которой были оценены масштабы чрезвычайного происшествия и выявлены участки, подвергавшиеся наибольшей угрозе.

БЕСПЛАТНО: получить расчет стоимости перейти