Поверхностное моделирование применяется специалистами для проектирования сложных форм. Практически каждый объект, который мы используем, разработан с помощью системы автоматизированного проектирования (САПР). По иронии судьбы, хотя программы САПР хороши для создания дизайнов, их использование на самом деле очень сложно и требует много времени, если вы пытаетесь улучшить существующий дизайн, чтобы сделать продукт оптимальным.
Современные программы являются попытками ускорить и упростить этот процесс. Инструменты позволяют дизайнерам интерактивно редактировать, улучшать модели САПР с помощью более оптимизированного, интуитивно понятного рабочего процесса.
САПР – что это?
Технология компьютерного проектирования – это способ создания в цифровом виде двухмерных чертежей и трехмерных моделей реальных продуктов до того, как они будут произведены. С помощью 3D CAD можно обмениваться, просматривать, моделировать, изменять проекты.
Традиционные системы САПР – что это? Они являются «параметрическими», это означает, что при проектировании моделей, инженеры могут изменять такие свойства, как форма, размер («параметры»), в зависимости от различных приоритетов. Например, при создании ветряной турбины, возможно, придется искать компромисс между тем, какой воздушный поток можно получить, и тем, сколько энергии он будет генерировать.
Компьютерное конструирование САПР теперь является основой проектирования механических деталей. Инструмент используется широко, стоит понимать про программное обеспечение САПР, что это компьютерная программа, работающая на коде. Так же, как и все остальное, что выполняется в коде, это можно автоматизировать. Основная цель автоматизации – экономия времени, повышение эффективности.
Стоит углубиться в пользовательские инструменты системы автоматизированного проектирования и параметрическое моделирование, рассмотреть виды САПР, чтобы понять, как они помогают сэкономить время, сделать пользователя более эффективным.
Параметрическое конструирование
Параметрическое моделирование – это инструмент автоматизированного проектирования (САПР), который экономит время: инженеру-проектировщику не нужно перерисовывать проект каждый раз, когда изменяется один из его параметров.
Этот инструмент был разработан Rhino, программой, которая произошла от AutoCAD. Параметрическое проектирование позволяет дизайнерам изменять всю форму своего дизайна сразу, а не только отдельные параметры по одному.
Но у инструментов параметрического моделирования есть некоторые недостатки. Дизайнеры часто должны предвидеть потенциальные изменения в конструкции и соответствующим образом определять функции. Кроме того, необходимо указывать отношения между функциями. Для сложных проектов уловить замысел может быть непросто.
Параметрическое моделирование подразумевает, что продукт создается из сборки многих деталей, большинство из этих элементов является стандартными. Возможность мгновенно создавать эти типизированные объекты без необходимости их фактического моделирования, позволяет значительно сэкономить время. При этом дизайнеру нужно только ввести выбранное количество размеров детали, чтобы получить выходную модель с указанными величинами. Программа создает предмет непосредственно на основе только указанных параметров.
Параметрическое проектирование выполняется таким образом, что размеры детали зависят от нескольких переменных. Все параметры назначаются таким образом, что меняются, в соответствии с требованиями модели и дизайна. Это достигается путем назначения некоторых основных переменных и последующего указания размеров. Это позволяет очень быстро и точно вносить небольшие изменения, корректировки в модель.
Поверхностное проектирование
Каркасная модель состоит только из краев поверхностей или линий пересечения плоскостей, но не содержит информации об областях между ними. Для трехмерной модели нужно определить тело математически. Некоторые другие объекты, такие как цилиндры и сферы, имеют математические выражения, которые могут их описывать. Большинство реальных поверхностей не могут быть определены данным способом. В некоторых случаях, может оказаться достаточным разбить неплоскую поверхность на большое количество плоских граней. С помощью этого метода можно установить местоположение точек тела с любой точностью.
Моделирование поверхностей определяет компонент с большей математической целостностью, поскольку моделирует поверхности, чтобы дать более четкие пространственные границы конструкции. Это особенно полезно для создания предметов, которые можно конструировать в виде оболочек, таких как панели кузова автомобилей, фюзеляжи самолетов или лопасти вентилятора. Сложную поверхность трудно визуализировать без физической модели, а компьютер значительно упрощает этот процесс. До этого автомобильные профили должны были быть спроектированы путем изготовления глиняной модели, и с помощью методов проб и ошибок эта конструкция совершенствовалась, пока не становилась эстетически и функционально удовлетворительной.
Затем была определена геометрия панелей тела путем физических измерений глины. С помощью моделирования поверхностей эстетичная форма и трехмерная геометрия определяются в одном процессе, могут быть изменены или преобразованы в интерактивном режиме на графическом экране. Основа поверхности – это определение кривой в двух измерениях в данной плоскости. Затем их можно изменять.
Твердотельное конструирование
Твердотельное моделирование – это компьютерное конструирование трехмерных твердых объектов. Цель – обеспечить геометрическую правильность каждой поверхности.
Это считается наиболее сложным аспектом для освоения систем автоматизированного конструирования, поскольку требуется программное обеспечение САПР для имитирования предметов изнутри и снаружи. Это очень важно, поскольку позволяет конструкторам делать разрезы в конструкции, например, двигателя, его компонентов.
Таким образом, твердотельное моделирование позволяет проектировать, создавать, визуализировать, анимировать цифровые 3D-модели.
Процесс может начинаться с различных двух-трехмерных дизайнов, таких как каркасы, эскизы, или основных геометрических фигур, таких как кубы, сферы, конусы, цилиндры. То есть, можно получить 3D-модель практически любого объекта.
Твердотельное моделирование имеет сложности, что заключается в его параметрических функциях и наборе операторов - поскольку конструктор может манипулировать и преобразовывать эти базовые твердые формы с помощью различных операций, таких как «вычитание», без потери «твердости». Например, «вычитание» – это процесс изменения одной (или нескольких) характеристик модели, как создание отверстия в предмете при сохранении исходной структуры.
Это делается с помощью программного обеспечения САПР, такого как SolidWorks или AutoCAD, которые являются одними из самых популярных систем моделирования.
Последовательность твердотельного проектирования
Сложности проектируемого объекта влияют на сам процесс моделирования, который может предполагать создание одного или нескольких тел. Вначале выполняется построение простой формы, также возможно создание предмета на базе поверхностей, линий.
Изначально твердотельное моделирование создавалось, как инструмент планирования и проверки для обработки и сборки, но с тех пор превратилось в вариант использования во многих других отраслях. Программное обеспечение для 3D-имитирования больше не предназначено только для инженеров.
Помимо возможности разрабатывать продукты, это ПО теперь применяется для дизайна интерьера, 3D-печати, мультимедиа, например видеоигр, фильмов.
С появлением на рынке большего количества программного обеспечения для моделирования с открытым исходным кодом, ясно одно – будущее твердотельной моделировки, программного обеспечения для 3D только начинается.
По сравнению с каркасным и поверхностным, твердотельное моделирование можно дополнительно определить с помощью четырех факторов:
Чтобы сделать твердотельные модели, необходимо сначала создать каркасный прототип объекта и преобразовать его в трехмерный вид. После этого поверхности добавляются к трехмерному виду. Для создания твердотельных моделей потребуется специальное программное обеспечение САПР
Поверхностное и твердотельное: общее и отличия
Твердотельное моделирование предназначено для представления твердых объектовых тел в областях САПР, инженерного анализа, графики, анимации, а также создания прототипов, визуализации продуктов. Используются математические принципы для создания трехмерных твердых объектов.
Объект можно увидеть с географической точки зрения, он считается «водонепроницаемой» моделью, потому что в него часто включаются внутренние детали продукта. Каждая часть модели добавляется по одной, пока не будет завершена полная модель.
Твердые модели могут пересекаться, соединяться и вычитать объекты друг из друга для получения желаемых результатов в плане формы.
Поверхностное моделирование больше фокусируется на внешних аспектах объекта. Оно развивает прототип, растягивая над ним поверхность с помощью трехмерных кривых, созданных дизайнером. По сути, это описание поверхностных границ объекта. Это позволяет зрителю видеть каждую точку поверхности, в которой находится твердое внутреннее пространство.
Этот вид используется для создания внешней эстетики продукта или дизайна. Он позволяет создавать произвольные формы, некоторые считают его более гладким. Ему не хватает «водонепроницаемости», потому что, если разрезать дизайн, он будет полым. Это дает твердотельному типу преимущество перед поверхностным, поскольку объект может быть определен более сложно, что дает лучшее представление о том, как будет работать продукт или конструкция.
Еще одно различие заключается в возможностях при разработке дизайна. При создании проектов с использованием поверхностной моделировки, может быть трудно вернуться и внести изменения, поскольку они не являются параметрическими. Редактирование одной области может не привести к обновлению всего дизайна.
Любой тип моделировки служит своей цели, поэтому следует взвесить плюсы и минусы каждого, чтобы увидеть, какой из них подойдет для той или иной концепции, чтобы наилучшим образом использовать их преимущества.