Создание поверхностных моделей

 

Двухмерное компьютерное проектирование активно развивалось до 1990 года. Однако плоское проектирование все-таки неестественно для человека и требует достаточно сложной подготовки. Мы живем в окружении трехмерных объектов и мыслим в трехмерном пространстве. Нам легче воспринимать виртуальную объемную модель, нежели воображать трехмерное тело при прочтении плоского чертежа. Развитие вычислительных систем позволило вывести технологии проектирования на новый уровень.

Трехмерное моделирование открывает ряд новых возможностей:

1. Конструктору не приходится переводить свои замыслы из трехмерного пространства на плоский чертеж.

2. Возможность увидеть конструируемое изделие таким, каким оно будет в действительности, прежде чем оно будет запущенно в производство.

3. 3D- модель можно использовать для решения расчетных задач (анализ напряжений, перемещений, гидродинамики).

4. 3D- модель можно использовать для оформления технической документации и в рекламных проектах.

5. Автоматическая генерация основных и дополнительных видов на плоскости (создание чертежей).

6. Экспорт модели в анимационные приложения и программы.

Очень важно понимать отличие трехмерной модели от аксонометрического рисунка:

1) на аксонометрическом рисунке мы можем видеть изображение объекта, выполненного с одной точки зрения. Трехмерная модель позволяет видеть объект с любой стороны;

2) на плоском экране мы получаем плоское отображение модели, однако в памяти компьютера модель характеризуется реальной объемной формой;

3) для твердотельной модели мы можем автоматически выполнять сечения плоскостью, определить массу, объем и другие параметры.

 

Система AutoCAD предоставляетширокиевозможности работы в трехмерном пространстве. Работа в трехмерном пространстве - это сочетание рисования, редактирования и установки видов и видовых экранов. При формировании трехмерной модели на плоском экране получается лишь мнимый образ трехмерного объекта. Однако в памяти компьютера объект характеризуется реальной трехмерной формой. Работу в среде AutoCAD возможноосуществлять в двух режимах: пространстве модели и пространстве листа. В пространстве модели формируется трехмерная или двухмерная модель разрабатываемого объекта. Если пользователь работает только в плоскости с двухмерными объектами, ему нет особой необходимости переходить в пространство листа. Работа осуществляется на не перекрывающихся видовых экранах. Пространство листа – это пространство AutoCAD, необходимое для того, чтобы отобразить сформированную в пространстве модель объекта в перекрывающихся (плавающих) видовых экранах. Если бы не использовалось пространство листа, пришлось бы загромождать пространство модели ненужной информацией, которая необходима лишь для формирования графических документов. Внутренняя рамка, основная надпись и другая графическая и текстовая информация не имеет отношения к реальной модели и требуется только для твердой копии чертежа. Пространство листа строго двумерно, и видеть его можно только в направлении, перпендикулярном плоскости изображения. Переключение экрана из пространства модели в пространство листа возможно осуществить мышью с помощью кнопки Модель / Лист в строке состояния нижней части Рабочего стола AutoCAD.

Команда ТЗРЕНИЯ (VPOINT) – позволяет условновводить местоположение глаза наблюдателя относительно создаваемых объектов.

Вывод данной команды возможен с помощью падающего или экранного меню по следующей схеме: Вид→3D виды→ Задание точки зрения. При этом открывается диалоговое окно (рис. 49).

 

 

Рис. 49

 

В данном случае «точка зрения» определяется с помощью двух углов, один из которых задается в плоскости XY относительно оси X, а другой – относительно плоскости XY «вверх» (рис. 50)

 

Рис. 50

 

Второй путь: Вид→3Dвиды→Точка зрения. В этом случае на дисплее появится условное изображение развернутого глобуса и три взаимно-перпендикулярные оси.

Центральная точка на условном глобусе обозначает северный полюс, внутренняя окружность – экватор, внешняя окружность – южный полюс. Перекрестие показывает положение точки зрения (рис. 51).

Угол направления взгляда в плоскости XY определяетсяположением перекрестия внутри условного глобуса, а угол между направлением взгляда и плоскостью XY – ее расстояниемот центра компаса. В соответствии с положением точки зрения на развертке изменяется ориентация координатных осей.

Передвигая с помощью мыши перекрестие и контролируя расположение координатных осей, можно быстро установить требуемый вид.

Третий путь: Вид → 3Dвиды → Стандартные виды. В данном случае можно создать один из шести основных видов или один из четырех аксонометрических: вид сверху; вид снизу; вид слева; вид справа; вид спереди (главный вид); вид сзади;

Команда КАМЕРА (CAMERA) позволяет увидеть любой объект или часть его в перспективе (центральное проектирование).

Запросы:

Текущие настройки камеры: Высота=50 Фокусное расстояние=50 мм.

Задайте положение камеры: Ввести значение или указать точку.

Рис. 51

 

 

Задайте положение цели:

Задайте опцию [?/Имя/Положение/Высота/Цель/Объектив/Сечение/виД

/выХод]<выХод>:

? - Выводит на экран список определенных в настоящее время камер или добавляет в список имя новой камеры.

Имя - присваивает камере имя.

Положение -указывает положение камеры.

Высота - изменяет высоту камеры.

Цель - указывает целевой объект камеры.

Объектив - изменяет фокусное расстояние камеры.

Сечение – определяет переднюю и заднюю секущие плоскости и устанавливает их значения.

Вид - устанавливает текущий вид в соответствии с установками камеры.

В AutoCAD существует три типа трехмерных моделей – каркасные, поверхностные и твердотельные, которые обладают определенными достоинствами и недостатками. Для каждого типа применяются определенные методы создания и редактирования. Поэтому при формировании пространственных моделей не следует создавать отдельные составные части, применяя различные типы моделирования. В AutoCAD имеются ограниченные возможности преобразования тел в поверхности, а поверхностей в каркасные модели. Обратные преобразования невозможны.

Каркасная модель представляет собой трехмерный объект, состоящий из точек (вершин) и линий (ребер). Эта модель проста в построении, но с ее помощью можно представить лишь ограниченный класс деталей, в которых аппроксимирующие поверхности в основном – плоскости. Модели данного типа представляют собой как бы скелетное описание пространственных объектов (рис. 52). В AutoCAD каркасные модели формируются путем размещения плоских объектов в любом месте трехмерного пространства. Такое размещение возможно осуществить различными способами:

1) ввод значений трехмерных точек (X,Y,Z) при построении объекта;

2) ввод новых плоскостей построений путем установки новой пользовательской системы координат;

3) перемещение в пространстве ранее созданного плоского объекта.

Кроме перечисленных способов можно применять трехмерные полилинии и сплайны.

Однако каркасное моделирование - моделирование самого низкого уровня и имеет ряд серьезных ограничений. На основе такой модели можно получать, например, проекции объекта на чертеже; но не всегда можно получить правильные изображения, а также сечения. В отличие от твердотельной модели, в каркасной модели нельзя отличить видимые грани от невидимых. Операцию по удалению скрытых линий можно выполнить только вручную, стиранием каждой отдельной линии. Но такое редактирование приведет к «разрушению» всей модели.

Поверхностная модель определяется с помощью точек, линий и поверхностей. Следовательно, ее можно рассматривать как модель более высокого уровня (рис. 53).

 

 

Рис. 52 Рис. 53

 

 

AutoCAD строит поверхности на базе многоугольных сетей. Поскольку грани сети плоские, представление криволинейных поверхностей производится путем их аппроксимации. Поверхности, составленные из плоских участков, будем называть сети.

Если объект представлен поверхностной моделью, то всегда можно определить область между ребрами – грани. Эту область, включая ее границы, рассматривают как единое целое, что значительно упрощает описание объекта, позволяет производить автоматическую штриховку, копирование и другие преобразования.

Несмотря на целый ряд достоинств метода поверхностного моделирования, его применение ограничено из-за ряда недостатков. Например, невозможно применять разрезы, логические операции.

Твердотельное моделирование - это самое современное и наиболее совершенное средство создания компьютерных трехмерных моделей. Твердотельная модель описывается объемом, который она занимает, и, следовательно, обеспечивает полное и однозначное определение трехмерной геометрической формы (рис. 54).

 

 

Рис. 54

 

Построение трехмерной модели можно осуществить в рабочем пространстве «Классический AutoCAD», атакже в пространстве «3D моделирование».

Рабочие пространства представляют собой наборы меню, инструментальных панелей, сгруппированных и упорядоченных специальным образом для создания среды рисования, отвечающей целям конкретной задачи.

При использовании рабочего пространства отображаются только необходимые для конкретной задачи меню, инструментальные панели и палитры. Кроме этого, в некоторых рабочих пространствах автоматически отображается пульт управления - специальная палитра с управляющими панелями, характерными для конкретной задачи.

Например, при создании 3D моделей можно использовать рабочее пространство «3D моделирование», содержащее только ориентированные на работу с 3D объектами инструментальные панели, меню и палитры (рис. 55). Элементы интерфейса, не являющиеся необходимыми для 3D моделирования, скрываются, максимально освобождая область экрана, доступную для работы.

 

Рис. 55