Програмне забезпечення для автоматизованої перебудови топологічної сітки тривимірної моделі

Abstract

Метою бакалаврської кваліфікаційної роботи є розробка програмного забезпечення для автоматизованої перебудови топологічної сітки тривимірної моделі з можливістю імпорту, візуального перегляду, застосування алгоритмів обробки та експорту результату. Для досягнення поставленої мети необхідно виконати такі завдання: проаналізувати предметну область обробки тривимірних моделей; визначити функціональні та нефункціональні вимоги до програмного додатку; спроєктувати архітектуру системи та її основні програмні компоненти; розробити графічний інтерфейс користувача; реалізувати модуль завантаження та відображення 3D-моделі; реалізувати алгоритми обробки топологічної сітки; забезпечити можливість збереження параметрів проєкту та експорту обробленої моделі; провести тестування розробленого програмного забезпечення. Об’єктом дослідження є процес обробки та оптимізації топологічної сітки тривимірних моделей. Предметом дослідження є методи, алгоритми та програмні засоби автоматизованої перебудови топологічної сітки 3D-моделі в desktop-додатку. У процесі розробки використано мову програмування C++, фреймворк Qt для створення графічного інтерфейсу користувача, OpenGL для візуалізації тривимірної сцени, бібліотеку Assimp для імпорту моделей, а також SQLite для збереження інформації про проєкт, модель та параметри обробки. У реалізації програми передбачено окремий клас для роботи з внутрішнім представленням геометрії на основі Surface_mesh, а також методи перетворення між ядром геометричної обробки та буфером даних для відображення. Для візуалізації використовується OpenGL-віджет, який відповідає за ініціалізацію графічного контексту, налаштування шейдерів, обертання моделі, масштабування та відображення каркасного режиму. У програмному додатку реалізовано декілька підходів до обробки топологічної сітки. Для зменшення кількості полігонів використовується алгоритм спрощення моделі Decimate, для збільшення деталізації — алгоритм Subdivide, а для вирівнювання структури сітки — ізотропна перебудова топологічної сітки. Параметри обробки винесено в окрему структуру, яка містить значення довжини ребра, кількості ітерацій, рівня поділу та коефіцієнта спрощення. Такий підхід спрощує налаштування алгоритмів і дозволяє гнучко розширювати функціональність програми в майбутньому. Практична цінність роботи полягає у створенні desktop-додатку, який може бути використаний для базової підготовки тривимірних моделей перед подальшим редагуванням, оптимізацією або експортом. Розроблена система поєднує функції перегляду 3D-моделі, вибору алгоритму обробки, налаштування параметрів, збереження даних про проєкт та експорту результату. Це робить програму корисною для користувачів, які працюють із 3D-графікою та потребують швидкого інструменту для автоматизованої зміни структури сітки. Апробація результатів роботи здійснювалася шляхом тестування програмного додатку на різних 3D-моделях, аналізу змін кількості вершин, граней і ребер після застосування алгоритмів, а також перевірки коректності імпорту, відображення та експорту моделі. Також результати роботи були представлені у вигляді тез на студентській науковій конференції. Пояснювальна записка складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. У першому розділі розглянуто предметну область, проаналізовано вимоги до програмної системи, виконано огляд існуючих рішень і сформульовано постановку завдання. У другому розділі наведено проєктування інформаційного та програмного забезпечення, зокрема логічну модель даних, діаграми класів, компонентів і пакетів. У третьому розділі описано вибір системи управління інформаційною базою, розробку бази даних, інструментальні засоби створення додатку та реалізацію основних програмних модулів. У четвертому розділі наведено результати тестування, вимоги до апаратного і програмного забезпечення, а також рекомендації щодо впровадження та експлуатації системи.