Реализация инструментов интерактивного скрытия полупространства моделируемой области

В данной статье рассматривается разработка и реализация инструментов интерактивного скрытия полупространства моделируемой области для систем проектирования. Актуальность исследования обусловлена необходимостью эффективного анализа внутренних структур сложных 3D-моделей на препроцессорном этапе. В качестве инструментов для реализации алгоритма интерактивного скрытия было выбрано использование языка программирования C++ в интеграции с библиотеками визуализации VTK и OpenGL, а также применение языка шейдеров GLSL. В работе подробно описана математическая модель и реализация интерактивного 3D-виджета, позволяющего пользователю в реальном времени управлять положением и ориентацией секущей плоскости посредством аффинных преобразований (переноса, вращения, масштабирования). Особое внимание в исследовании уделено реализации алгоритмов для двух типов данных. Для геометрических моделей разработан подход на базе вершинных и фрагментных шейдеров: вычисляется положение вершин относительно уравнения плоскости, выполняется отсечение элементов и отбрасываются только те, которые находятся над плоскостью, затем выполняется интерполяция по примитиву, а использование буфера трафарета (stencil buffer) обеспечивает корректное «закрашивание» сечения для сохранения иллюзии сплошного объекта. Для сеточных моделей реализован алгоритм топологической фильтрации, который физически отсекает ячейки и выполняет перестроение элементов, пересекаемых плоскостью. Разработанный функционал имеет высокую практическую значимость для ускорения процесса подготовки моделей. Результаты тестирования на ряде моделях демонстрируют высокую скорость работы алгоритма, корректность отображения срезов, эффективное использование ресурсов для своей задачи, а также высокую масштабируемость. Практическая значимость работы заключается в интеграции разработанных инструментов интерактивного скрытия в специализированное программное обеспечение, что позволяет инженерам-расчетчикам существенно ускорить процесс подготовки моделей, эффективно выявлять геометрические коллизии и задавать граничные условия как на поверхностных, так и на внутренних элементах.

1. Лисейкин В.Д. Технология построения разностных сеток: Монография. Новосибирск: Наука, 2014. 208 с. Режим доступа: https://search.rsl.ru/ru/record/01007499394 (дата обращения: 12.11.2025).

2. Avila L.S. The VTK user’s guide: 11th еdition. Kitware, 2010. 536 с. Available at: https://vtk.org/wp-content/uploads/2021/08/VTKUsersGuide.pdf (accessed: 12.11.2025).

3. Schroeder W., Martin K., Lorensen B. The visualization toolkit an object-oriented approach to 3D graphics. Edi-tion 4.1. Kitware, 2018. 541 с. Available at: https://gitlab.kitware.com/vtk/textbook/raw/master/VTKBook/VTKTextBook.pdf (accessed: 12.11.2025).

4. Аммерал Л. Принципы программирования в машинной графике. Монография. Москва: Сол Систем, 1992. 224 с. Режим доступа: https://djvu.online/file/CcaeTUO2bjGaa?ysclid=mkwclmw8es933611894 (дата обращения 12.11.2025)

5. Вольф Д. Open GL 4. Язык шейдеров. Книга рецептов. Пер. с англ. А.Н. Киселева. Москва: ДМК Пресс, 2015. 368 с. Режим доступа: https://download.blackball.lv/data/library/OpenGL_4_Jazyk_shejderov_Kniga_receptov_%282013%29.pdf (дата обращения 12.11.2025)