50303

Построение плоских фигур

Лекция

Математика и математический анализ

Рассмотрим достаточно подробно алгоритм построения графика функциональной зависимости в заданном интервале изменения аргумента функции. Первый этап выполнения такого задания должен заключаться в исследовании данной функции в результате которого следует выяснить: 1 имеет ли функция в заданном интервале особенности не обращается ли она в бесконечнось при всех ли значения аргумента она определена; 2 пределы изменения область что необходимо для оценки коэффициентов преобразований. После этого можно приступать непосредственно к...

Русский

2014-01-20

428 KB

2 чел.

Глава 1. Построение плоских фигур.

1.1 Экранные координаты.

Наше поле деятельности - графический экран персонального компьютера. Все точки (пикселы) экрана имеют две координаты, которые мы будем обозначать:  горизонтальную - , вертикальную - .

 Порядок нумерации (сверху вниз, снизу вверх), количество точек по вертикали и горизонтали различаются для различных ПЭВМ, для различных режимов работы. Чтобы не привязываться к конкретному графическому экрану, будем все рассуждение, оценки, расчеты проводить в так называемой физической системе координат , соответствующей прямоугольной декартовой системе. Для этого необходимо установить соответствие (формулы преобразования) от физических координат  к экранным координатам.

Допустим, наш рисунок занимает на плоскости  прямоугольный участок, в пределах которого координаты изменяются в пределах от  до ; и от  до . Мы хотим изобразить этот рисунок на участке экрана ограниченного координатами  и , см. рис. 1.

Чтобы рисунок не искажался, связь между физическими и экранными координатами должна быть линейной, то есть выражаться формулами

.     (1)                                                     

Параметры преобразований  и   могут быть легко определены из граничных условий. Так, например, для горизонтальных координат должны выполняться соотношения

,                                       (2)

из которых элементарно находим

;     .       (3)

Аналогичные выражения можно получить и для параметров преобразования вертикальных координат:

;     .       (3a)

Если необходимо построить график некоторой функциональной зависимости , то масштабные множители могут быть различны, и определяются только размерами отведенной области экрана. В том же случае, когда требуется сохранить пропорции вертикальных и горизонтальных размеров множители   должны быть одинаковы. В этом случае из двух коэффициентов следует выбирать минимальный, иначе рисунок выйдет за пределы отведенной области экрана. Кроме того, экранные координаты  должны быть переменными целого типа, поэтому, окончательно, формулы преобразования должны включать операцию целочисленного округления.

В дальнейшем будем полагать, что формулы преобразования физических координат в экранные заданы и имеют вид

,                   (4)

где  - обозначает операцию целочисленного округления, а параметры преобразований определяются по формулам (3)-(3a).

 Мы настоятельно рекомендуем программно оформлять эти преобразования в виде процедуры (подпрограммы), тогда в дальнейшем можно не задумываться о расположении рисунка на экране, а «спокойно работать» с физическими кординатами. 

Конечно, на первый взгляд, расчет коэффициентов преобразования представляет собой лишнюю операцию, но, во-первых, она не такая уж трудоемкая, при малейшем навыке коэффициенты преобразования рассчитываются «в уме», тем более, что высокая точность тут не нужна; во-вторых, используя процедуру преобразования, можно сделать программы не привязанными к конкретному режиму работы (для этого следует аппаратно определить размеры экрана в числе пикселов, и дальнейшие расчеты вести, используя эти размеры); в-третьих всегда можно исправить в ходе отладки программы значения коэффициентов преобразований - гораздо легче это сделать в одном месте в подпрограмме, а не во всех графических операторах, непосредственно выполняющих построение.

 1.2 Построение графиков функций.

Рассмотрим достаточно подробно алгоритм построения графика функциональной зависимости   в заданном интервале изменения аргумента функции .Первый этап выполнения такого задания должен заключаться в исследовании данной функции, в результате которого следует выяснить:

1) имеет ли функция в заданном интервале особенности, не обращается ли она в бесконечнось, при всех ли значения аргумента она определена;

2) пределы изменения  - область  , что необходимо для оценки коэффициентов преобразований.

Допустим, что на заданном интервале функция гладкая, коэффициенты преобразований найдены. После этого можно приступать непосредственно к построению графика функции. Для чего необходимо:

- оформить процедуру преобразования переменных к экранным координатам;

- задать функциональную зависимость, описывающую данную кривую;

- построить оси координат, при необходимости их оцифровать;

- переместить графический курсор в начальную точку с координатами ;

- организовать цикл по изменению аргумента  с некоторым небольшим шагом , в пределах которого вычислить значения функции   при этих значениях аргумента, преобразовать полученные координаты к экранным, нанести полученные точки на экран и соединить их отрезками прямых1.

Конечно, данный алгоритм не является абсолютно универсальным - в некоторых случаях могут возникнуть непредвиденные осложнения (функция слишком быстро осциллирует, существенные особенности графика незаметны на экране компьютера, не говоря уже о чисто технических проблемах - делении на нуль , переполнении и т.д.), с которыми приходится «бороться»  особыми методами.

Простое нанесение точек, даже с очень маленьким шагом может не привести к сплошкой линии на экране, особенно в том случае, если функция изменяется достаточно быстро.

 Шаг аргумента  следует выбирать таким, чтобы длина отрезка на экране составляла 2-3 пиксела, при большем шаге может быть заметна изломанность линии, уменьшение шага не приводит к улучшению качества изображения, а только затягивает время построения.

Длину отрезка можно оценить по формуле  , где - производная функции.

Пример . Построить график функции  при изменении  от -2 до 2.

В этих пределах изменения   функция изменяется от 0 до 4 и является непрерывной. Примем масштабные множители  равными 50 (при этом рисунок разместится в пределах квадрата со стороной 200 пикселов). Параметры сдвигов  можно выбрать так чтобы изображение поместилось в пределах экрана (например, можно положить их равными координатам центра экрана). Шаг изменения аргумента  примем равным 0,1 (что соответствует изменению горизонтальной координаты на 5 пикселов).

 На рисунке 2 показан результат построения. Там же приведенo изображениe полученнoе при шаге   при «точечном»  построении графика. Сравните !

Часто возникает необходимость построить семейство функций , где - некоторый параметр, изменяющийся в заданных пределах. Как будет видно в дальнейшем, рисунки, содержащие графики семейств, выглядят более впечатляющими, в них часто можно уследить динамику превращений кривых при изменении параметра. Для построения семейства необходимо участок программы, выполняющий построение отдельной кривой,  включить внутрь цикла по изменению параметра  .

Пример. Построить семейство функций  в интервале  для параметра , изменяющегося от -5 до 5 с шагом 1.

 Простейший анализ функции показывает, что

а) в заданном интервале функция не обращается в бесконечность, достигает максимального значения  в точке  при ;

б) при функция имеет минимум в точке , при этом ; наибольшая глубина минимума при , тогда .

Если выбрать масштабный множитель  таким, чтобы на экране умещался весь диапазон изменения функции (от -4 до 42), то характерная особенность графика - минимум функции будет практически не заметен, этот участок сольется с осью . Поэтому разумно начинать построение графиков семейства от  и заканчивать когда  достигнет некоторого значения (скажем, равного 15), либо  станет равным 3.

На рис.3 показано построенное семейство. Обратите внимание, что для всех кривых, кроме кривой последней, соответствующей , условием окончания послужило ограничение .

В некоторых случаях имеет смысл строить графики в «обратном» направлении - в сторону уменьшения аргумента. Эта необходимость возникает, если функция является убывающей, а при малых  устремляется к бесконечности.

Пример. Построить семейство функций , где  на интервале .

 Все функции этого семейства при  стремятся к бесконечности, следовательно, начинать их построение с точки  невозможно. Однако, можно строить графики, начиная с точки  и двигаясь в сторону уменьшения аргумента до тех пор пока  не превысит некоторого значения (на рис.4  .

1 В языке Pascal удобно вести построение с помощью оператора LineTo, предварительно установив начальное положение курсора с помощью оператора MoveTo.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26602. СУЩНОСТЬ «ЗАГАРА» МЯСА. САНИТАРНАЯ ОЦЕНКА МЯСА ПРИ «ЗАГАРЕ». ЗАГАР 2.3 KB
  СУЩНОСТЬ ЗАГАРА МЯСА. САНИТАРНАЯ ОЦЕНКА МЯСА ПРИ ЗАГАРЕ. Это особый вид порчи мяса в первые сутки после убоя животного. Наблюдают его при недостаточно интенсивном охлаждении парного мяса а также при слабой аэрации если туши в парном состоянии плотно укладывают или тесно подвешивают одна к другой в душных помещениях при температуре выше 1520 С.
26603. СУЩНОСТЬ ПОНЯТИЙ «УСЛОВНО ГОДНОЕ МЯСО», «МЯСО ВЫНУЖДЕННО УБИТЫХ ЖИВОТНЫХ» 878 Bytes
  СУЩНОСТЬ ПОНЯТИЙ УСЛОВНО ГОДНОЕ МЯСО МЯСО ВЫНУЖДЕННО УБИТЫХ ЖИВОТНЫХ. Мясо вынужденно убитых животных мясо от больных животных лишенных жизни ввиду нецелесообразности или неэффективности дальнейшего лечения с целью недопущения падежа. Условногодное мясо мясо использование которого для пищевых целей допускается после обеззараживания.
26604. СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ПОСОЛКИ И ГИГИЕНА ПОСОЛКИ МЯСА. ЗНАЧЕНИЕ И СУЩНОСТЬ ПОСОЛА 6.28 KB
  СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА ПОСОЛКИ И ГИГИЕНА ПОСОЛКИ МЯСА. Посол мяса один из самых древних ранее широко распространенных и доступных методов консервирования. В связи с развитием холодильной техники использованием высоких температур для консервирования мяса и мясопродуктов развитием колбасного производства посол уступил первое место этим методам консервирования. Однако и сейчас в сельской местности в личном хозяйстве он находит и будет находить применение как самостоятельный метод консервирования мяса н мясопродуктов.
26605. СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ МЯСА НА ОБСЕМЕНЕННОСТЬ ВОЗБУДИТЕЛЯМИ ТОКСИКОИНФЕКЦИЙ 1.54 KB
  СХЕМА ИССЛЕДОВАНИЯ МЯСА НА ОБСЕМЕНЕННОСТЬ ВОЗБУДИТЕЛЯМИ ТОКСИКОИНФЕКЦИЙ. Схема бактериологического исследования мяса и мясопродуктов по ГОСТ 2123775.
26606. ТЕХНОЛОГИЯ УБОЯ КРС И ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ТУШ. ОГЛУШЕНИЕ. 22.62 KB
  ТЕХНОЛОГИЯ УБОЯ КРС И ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ТУШ. Чтобы предотвратить загрязнение туш и крови содержимым преджелудков на пищевод животным перед их обескровливанием накладывают лигатуру. Во избежание попадания крови от больных животных емкости нумеруют соответствующими номерами туш от которых собрана кровь. После этого полый нож извлекают из туши.
26607. ТЕХНОЛОГИЯ УБОЯ СВИНЕЙ И ПЕРВИЧНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ТУШ. УБОЙ. ОГЛУШЕНИЕ 22.1 KB
  При сборе крови только для технических целей обычным боенским ножом производят глубокий разрез тканей в месте соединения шеи с грудной частью туши и направляя лезвие ножа вверх перерезают кровеносные сосуды у правого предсердия. Зачистка этих участков приводит к потерям массы туши и снижению ее товарного вида. Как указано выше свиные туши обрабатывают со съемкой шкур со съемкой крупонов и со шпаркой туш без съемки шкур. На конвейере вручную кольцеобразно подрезают гузенки снимают шкуру с бедер голяшек и паховой части от туш самцов...
26608. ТРАНСПОРТИРОВКА СКОРОПОРТЯЩИХСЯ ПРОДУКТОВ 8.39 KB
  ТРАНСПОРТИРОВКА СКОРОПОРТЯЩИХСЯ ПРОДУКТОВ. Главными задачами транспортировки являются быстрая доставка продуктов к местам назначения и сохранение их первоначальных качеств. Температурный режим при перевозке скоропортящихся продуктов В рефрижераторных поездах и секциях устанавливается в зависимости от температуры груза в момент погрузки. Совместная перевозка в одном вагоне разных видов скоропортящихся продуктов допускается при условии одинакового способа их обслуживания и на срок не превышающий установленного для наименее стойкого груза.
26609. ТРАНСПОРТИРОВКА СКОТА АВТОМОБИЛЬНЫМ ТРАНСПОРТОМ, ПО ЖЕЛЕЗНЫМ ДОРОГАМ И ВОДНЫМ ПУТЯМ. АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ 9.12 KB
  В 23 раза по сравнению с железнодорожным транспортом автомобильные перевозки ускоряют доставку животных на убой. В них не должно быть торчащих предметов дыр в полу и других неисправностей которые могли бы травмировать животных. Для предохранения животных от перегрева и охлаждения кузова покрывают брезентом. Крупных животных размещают в кузове на привязи головами вперед или к боковой стенке овец свиней и молодняк крупного рогатого скота перевозят без привязи.
26610. ТРЕБОВАНИЯ ГОСТ-52054-2003 К КАЧЕСТВУ ЗАГАТАВЛИВАЕМОГО МОЛОКА 8.95 KB
  По действующему ГОСТ 520542003 молоко натуральное коровьесырсч. Молоко высшего и первого сорта имеет кислотность 1ё18Т второго сорта 1б2099Т несортовое менее 1599 или более 2100. Молоко контролируемое в местах его продажи не должно иметь кислотность выше 20Т. В соответствии с требованиями ГОСТ молоко коров должно быть натуральным белого или слабокремового цвета без осадка и хлопьев.