"Механики XXI веку" №16 2017

Механики XXI веку. №16 2017 г.

Введение.

В настоящее время в России существует не так много работ, посвященных

визуализации физических процессов методами МД [1, 2]. Однако, за редким исключением

–

9], практически нет работ в области машиностроения, связанных с атомным моделирова-

нием структуры материалов либо после, либо во время процесса резания. В первую очередь

это связано с ограниченными вычислительными мощностями тех персональных компьюте-

ров, которые доступны большинству исследователей. Для решения актуальных задач, на-

пример, в области материаловедения, синтеза алмазов [10, 11] при разработке новых компо-

зиционных [12

–

15] и труднообрабатываемых материалов [16

–

21], для предсказательного мо-

делирования их свойств [22

–

24], необходимо производить молекулярное моделирование на

высоких мощностях современных суперкомпьютеров. Поэтому вопросы о возможности ато-

мистического моделирования статической структуры материалов [1], моделирования про-

цесса их резания [25

–

30], т.е. компьютерная визуализация анимированных поверхностей на

атомном уровне, нашедшая отражение в компьютерной 3D-графике и видео, еще долгое вре-

мя будут весьма актуальны. Исследование данных структур осуществляется при ювенильном

контакте (шлифовании) [31–34], возникающим при комбинированной электроалмазной об-

работке [35, 36]. Одним из несомненных достоинств данной обработки является несложная

модернизация существующего заточного оборудования под электрохимические процессы

[37–46].

Базовые методы в анимации.

Стоит отметить, что методы компьютерной анимации

разделяют на методы, основанные на процедурной анимации, и методы, основанные на ис-

пользовании ключевых кадров.

Процедурная анимация.

В этом виде анимации движение алгоритмически описыва-

ется списком преобразований (перемещение, поворот и т.д.). Каждое преобразование опре-

деляется параметрами (такими как угол поворота). Эти параметры могут изменяться в про-

цессе анимации согласно законам физики.

Типичный пример анимационной последовательности [47]:

CreateCLOCK(…);

For FRAME:=1 to NB_FRAMES;

TIME:= TIME + 1/24;

ANGLE:= A * SIN(OMEGA*TIME + PHI);

MODIFY(CLOCK,ANGLE);

draw CLOCK;

record CLOCK;

erase CLOCK.

Анимация, основанная на использовании ключевых кадров.

Задание анимации

объектов во многих ранних компьютерных анимационных системах было основано на зада-

нии значений переменных, связанных с этими объектами, на некоторых кадрах (называемых

ключевыми), и автоматизированном расчете значений этих переменных в остальных кадрах.

Вышеупомянутые переменные могут отражать в себе координаты положения или углы ори-

ентации объекта, степень прозрачности грани объекта и т.д. Эти переменные в литературе

часто называют сочлененными переменными [48].

Интерполяция.

В кадрах, которые не являются ключевыми, значения интересующих

параметров получают, интерполируя значения в ключевых кадрах. При этом, основываясь на

особенностях конкретной решаемой задачи, рассматривают следующие моменты [49].

1) Выбирают между интерполяцией и аппроксимацией. Если задано множество точек,

описывающих кривую, важно вначале определить, представляют ли заданные в ключевых

кадрах значения точки, через которые кривая должна пройти, или они используются для

управления формой кривой и не являются точными значениями. В первом случае часто ис-

пользуют сплайны Эрмита и сплайны Кэтмула-Рома. Во втором – кривые Безье и Б-сплайны

(рис. 1).