Поверхневе моделювання використовується фахівцями для проектування складних форм. Майже кожен об'єкт, який ми використовуємо, розроблено за допомогою системи автоматизованого проектування (САПР). За іронією долі, хоча програми САПР є хорошими для створення дизайнів, їх використання насправді дуже складне і вимагає багато часу, якщо ви намагаєтеся покращити наявний дизайн, щоб зробити продукт оптимальним.
Сучасні програми є спробами прискорити та спростити цей процес. Інструменти дозволяють дизайнерам інтерактивно редагувати, покращувати моделі САПР за допомогою більш оптимізованого інтуїтивно зрозумілого робочого процесу.
САПР – що це?
Технологія комп'ютерного проектування – це спосіб створення у цифровому вигляді двовимірних креслень та тривимірних моделей реальних продуктів до того, як вони будуть вироблені. За допомогою 3D CAD можна обмінюватися, переглядати, моделювати, змінювати проекти.
Традиційні системи САПР – що це? Вони є «параметричними», це означає, що при проектуванні моделей інженери можуть змінювати такі властивості, як форма, розмір («параметри»), залежно від різних пріоритетів. Наприклад, при створенні вітряної турбіни, можливо, доведеться шукати компроміс між тим, який повітряний потік можна отримати і тим, скільки енергії він генеруватиме.
Комп'ютерне конструювання САПР є основою проектування механічних деталей. Інструмент використовується широко, варто розуміти про програмне забезпечення САПР, що це комп'ютерна програма, що працює на коді. Так само як і решта, що виконується в коді, це можна автоматизувати. Основна мета автоматизації – економія часу, підвищення ефективності.
Варто заглибитися в інструменти системи автоматизованого проектування і параметричне моделювання, розглянути види САПР, щоб зрозуміти, як вони допомагають заощадити час, зробити користувача більш ефективним.
Параметричне конструювання
Параметричне моделювання – це інструмент автоматизованого проектування (САПР), який заощаджує час: інженеру-проектувальнику не потрібно перемальовувати проект щоразу, коли змінюється один із його параметрів.
Цей інструмент був розроблений Rhino, програмою, що походить від AutoCAD. Параметричне проектування дозволяє дизайнерам змінювати всю форму свого дизайну одразу, а не лише окремі параметри по одному.
Але інструменти параметричного моделювання мають деякі недоліки. Дизайнери часто повинні передбачати потенційні зміни у конструкції та відповідним чином визначати функції. З іншого боку, необхідно вказувати відносини між функціями. Для складних проектів вловити задум може бути непросто.
Параметричне моделювання має на увазі, що продукт створюється зі збирання багатьох деталей, більшість із цих елементів є стандартними. Можливість миттєво створювати ці типізовані об'єкти без необхідності їх фактичного моделювання дозволяє значно заощадити час. При цьому дизайнеру потрібно лише ввести обрану кількість розмірів деталі, щоб отримати вихідну модель із зазначеними величинами. Програма створює предмет безпосередньо на основі вказаних параметрів.
Параметричне проектування виконується в такий спосіб, що розміри деталі залежить від кількох змінних. Усі параметри призначаються таким чином, що змінюються відповідно до вимог моделі та дизайну. Це досягається шляхом призначення деяких основних змінних та подальшої вказівки розмірів. Це дозволяє дуже швидко і вносити невеликі зміни, коригування в модель.
Поверхневе проектування
Каркасна модель складається тільки з країв поверхонь або ліній перетину площин, але не містить інформації про області між ними. Для тривимірної моделі необхідно визначити тіло математично. Деякі інші об'єкти, такі як циліндри та сфери, мають математичні вирази, які можуть їх описувати. Більшість реальних поверхонь не можуть бути визначені цим способом. У деяких випадках може виявитися достатнім розбити неплоску поверхню на велику кількість плоских граней. За допомогою цього методу можна встановити місце розташування точок тіла з будь-якою точністю.
Моделювання поверхонь визначає компонент з більшою математичною цілісністю, оскільки моделює поверхні, щоб дати чіткіші просторові межі конструкції. Це особливо корисно для створення предметів, які можна конструювати як оболонок, таких як панелі кузова автомобілів, фюзеляжі літаків або лопаті вентилятора. Складну поверхню важко візуалізувати без фізичної моделі, а комп'ютер значно спрощує цей процес. До цього автомобільні профілі повинні були бути спроектовані шляхом виготовлення глиняної моделі, і за допомогою методів проб та помилок ця конструкція удосконалювалася, доки не ставала естетично та функціонально задовільною.
Потім було визначено геометрію панелей тіла шляхом фізичних вимірювань глини. За допомогою моделювання поверхонь естетична форма та тривимірна геометрія визначаються в одному процесі, можуть бути змінені або перетворені в інтерактивному режимі на графічному екрані. Основа поверхні – це визначення кривої у двох вимірах у даній площині. Потім їх можна змінювати.
Твердотільне конструювання
Твердотільне моделювання – це комп'ютерне конструювання тривимірних жорстких об'єктів. Мета – забезпечити геометричну правильність кожної поверхні.
Це є найбільш складним аспектом для освоєння систем автоматизованого конструювання, оскільки потрібне програмне забезпечення САПР для імітування предметів зсередини та зовні. Це дуже важливо, оскільки дозволяє конструкторам робити розрізи в конструкції, наприклад двигуна, його компонентів.
Таким чином, твердотільне моделювання дозволяє проектувати, створювати, візуалізувати, анімувати цифрові 3D-моделі.
Процес може починатися з різних двох-тривимірних дизайнів, таких як каркаси, ескізи або основних геометричних фігур, таких як куби, сфери, конуси, циліндри. Тобто можна отримати 3D-модель практично будь-якого об'єкта.
Твердотільне моделювання має складності, що полягає в його параметричних функціях і наборі операторів - оскільки конструктор може маніпулювати та перетворювати ці базові тверді форми за допомогою різних операцій, таких як віднімання, без втрати твердості. Наприклад, "віднімання" - це процес зміни однієї (або декількох) характеристик моделі, як створення отвору в предметі при збереженні вихідної структури.
Це робиться за допомогою САПР, такого як SolidWorks або AutoCAD, які є одними з найпопулярніших систем моделювання.
Послідовність твердотільного проектування
Складності проектованого об'єкта впливають сам процес моделювання, що може припускати створення однієї чи кількох тіл. Спочатку виконується побудова простої форми, і навіть можливе створення предмета з урахуванням поверхонь, ліній.
Спочатку твердотільне моделювання створювалося, як інструмент планування та перевірки для обробки та складання, але з того часу перетворилося на варіант використання у багатьох інших галузях. Програмне забезпечення для 3D-імітування більше не призначене лише інженерам.
Крім можливості розробляти продукти, це програмне забезпечення тепер застосовується для дизайну інтер'єру, 3D-друку, мультимедіа, наприклад відеоігор, фільмів.
З появою на ринку більшої кількості програмного забезпечення для моделювання з відкритим вихідним кодом, ясно одне – майбутнє твердотільного моделювання, програмне забезпечення для 3D тільки починається.
Порівняно з каркасним та поверхневим, твердотільне моделювання можна додатково визначити за допомогою чотирьох факторів:
Щоб зробити твердотілі моделі, необхідно спочатку створити каркасний прототип об'єкта і перетворити його на тривимірний вигляд. Після цього поверхні додаються до тривимірного вигляду. Для створення твердотільних моделей знадобиться спеціальне програмне забезпечення САПР
Поверхневе та твердотільне: загальне та відмінності
Твердотільне моделювання призначене для представлення твердих об'єктів в областях САПР, інженерного аналізу, графіки, анімації, а також створення прототипів, візуалізації продуктів. Використовуються математичні принципи створення тривимірних твердих об'єктів.
Об'єкт можна побачити з географічної точки зору, він вважається водонепроникною моделлю, тому що в нього часто включаються внутрішні деталі продукту. Кожна частина моделі додається по одній, доки не буде завершено повну модель.
Тверді моделі можуть перетинатися, з'єднуватися та віднімати об'єкти один з одного для отримання бажаних результатів у плані форми.
Поверхневе моделювання фокусується більше на зовнішніх аспектах об'єкта. Воно розвиває зразок, розтягуючи над ним поверхню за допомогою тривимірних кривих, створених дизайнером. Власне, це опис поверхневих меж об'єкта. Це дозволяє глядачеві бачити кожну точку поверхні, де знаходиться твердий внутрішній простір.
Цей вид використовується для створення зовнішньої естетики продукту чи дизайну. Він дозволяє створювати довільні форми, деякі вважають його гладкішим. Йому не вистачає «водонепроникності», бо якщо розрізати дизайн, він буде порожнім. Це дає твердотільному типу перевагу перед поверхневим, оскільки об'єкт може бути визначений складніше, що дає найкраще уявлення про те, як працюватиме продукт або конструкція.
Ще одна відмінність полягає в можливостях розробки дизайну. При створенні проектів з використанням поверхневого моделювання може бути важко повернутися і внести зміни, оскільки вони не є параметричними. Редагування однієї області може не призвести до оновлення дизайну.
Будь-який тип моделювання служить своїй меті, тому слід зважити плюси та мінуси кожного, щоб побачити, який з них підійде для тієї чи іншої концепції, щоб якнайкраще використати їхні переваги.
