Часть IX. Методология создания графической системы в трехмерном пространстве

Глава 31. Теория и алгоритмы системы

В этой части книги мы разработаем методологию создания графической системы для построения в трехмерном пространстве широко распространенных плоских и пространственных геометрических объектов (тел, фигур и поверхностей): прямые и кривые линии; плоскости и поверхности; объемные тела, например, многогранники и т.д. Эти геометрические тела могут быть частью какой-либо детали (изделия, конструкции) или инструмента, при помощи которого обрабатывается заданная заготовка из какого-нибудь материала.

Главное достоинство нашей методологии заключается в том, что мы спроектируем типичные приложения для построения различных пространственных изображений только на одной открытой (последней версии) платформе Visual Studio 2005 (без использования закрытых побочных библиотек типа DirectX и OpenGL, которые к тому же очень сложны в изучении).

Чтобы на экране монитора отобразить какой-либо объект, у нас должны быть (рис. 31.1):

точка наблюденияE (E – первая буква одного из ключевых, в данной теории, английских слов Eye – глаз (наблюдателя));

объект наблюдения, который отождествлен с множеством точек; одна из этих точек P показана на рис. 31.1 (P – это первая буква английского слова Point – точка);

экран монитора; на этом экране точку объекта P мы видим в точке экрана P’, которая находится на пересечении прямой EP с плоскостью экрана.

Отметим, что мы приводим ключевые английские слова по данной тематике с целью, чтобы далее легче было разобраться со сложными программами на Visual C#, Visual Basic и Visual C++ 2005, где имена переменных, массивов, процедур, функций, методов и других элементов программирования записаны с использованием этих ключевых слов.

В трехмерном пространстве вводим неподвижную правую прямоугольную систему координат x, y, z, а также сферическую систему координат r, , (рис. 31.2), в которой определяются положения и размеры точки наблюдения, объекта и экрана. Эта прямоугольная система координат в литературе называется по-разному, например, глобальной (global coordinates) или мировой (world coordinates) в отличие от локальной (local coordinates). Такую глобальную систему координат можно задать, например, в центре изображаемого объекта.

Для реалистичного изображения пространственного объекта на плоском экране целесообразно выполнить следующие основные этапы работ.

Глава 32. Методика создания графической системы на основе интеграции Visual C# с Visual Basic, Visual C++ и другими языками

Основные схемы интеграции

Как правило, разработчики программ пишут новые программы не с нуля, а на базе уже известных программ, беря из них отдельные блоки кода и вставляя в новые программы, руководствуясь логикой поставленной задачи.

Если известные базовые программы написаны на том же языке, на котором мы разрабатываем проект, например, на Visual C#, то мы вставляем известные программы в наш новый проект и дорабатываем для решения конкретной задачи.

Если же базовые программы написаны, например, на Visual Basic, т.е. не на том языке, на котором мы разрабатываем проект, то при разработке новых программ на основе известных возможны три основных схемы (варианта).

Первая схема (вариант). Мы переписываем известные программы с Visual Basic на Visual C# и вставляем в новый проект. Например, приведенные в данной книге программы графической системы в двух- и трехмерном пространстве мы сначала написали на более простом языке Visual Basic и опубликовали в наших предыдущих книгах [3,4,8], а затем переписали на Visual C# и приводим в данной книге. Следовательно, методика переписывания программы с Visual Basic на Visual C# за счет изменения, главным образом, только синтаксиса языка в данной книге уже имеется, и аналогично по этой методике можно переписывать другие программы. К слову, подробные таблицы сравнения синтаксиса четырех главных (в мире программирования) языков Basic, C#, C++, J# даны в нашей книге [2].

Вторая схема (вариант). В имеющемся у нас базовом проекте, например, на Visual Basic мы организовываем программу таким образом, чтобы эта программа рассчитывала данные, например, в виде потоков или массивов координат точек геометрических изображений (например, в виде массивов координат узловых точек геометрического тела, поверхности z=f(x,y) и осей координат на плоском экране монитора). Эти массивы мы передаем в новый проект на Visual C#. Такую передачу данных, например, в виде массивов экранных координат точек изображений мы осуществляем в проекте на Visual Basic (по описанной ниже методике) при помощи класса StreamWriter и записи этих массивов в файлы на жестком диске компьютера (например, в текстовые файлы типа D:\MyDocs\MyTest.txt). Далее в нашем новом проекте на Visual C# (или Visual Basic, или Visual C#, или каком-либо другом языке) при помощи класса StreamReader программа считывает из файлов массивы координат и по этим координатам строит изображения при помощи какого-либо метода интерфейса Graphics Device Interface (GDI+), например, DrawLine.

Третья схема (вариант). В этом варианте мы используем так называемую схему или методику “компонент - клиент”.