Недостатки твердотельного моделирования

Существующая технология твердотельного моделирования не лишена недостатков:

· При радикальном изменении дизайна дерево построения часто не дает возможности внесения желаемых изменений и приходится начинать построение модели заново.

· При импортировании геометрии из другой системы дерево построения теряется, поэтому становится невозможно редактировать объект средствами параметрического моделирования.

· Средствами твердотельного моделирования не всегда удается получить нужный характер распределения кривизны поверхности, что ухудшает внешний вид и параметры изделия. Зачастую не помогает даже введение множества дополнительных свойств операции, ряда вспомогательных сечений и направляющих кривых. В этом случае единственная альтернатива – использование пакетов поверхностного моделирования.

· Иногда компьютерная модель объекта существует только в виде сетки конечных элементов или полигонов для визуализации объекта. Для редактирования подобной геометрии необходимо вначале воссоздать CAD -модель средствами обратного инжиниринга.

 

8. Функциональное представление;

9. Способы представления геометрической информации; Понятие геометрического ядра;

Геометрические данные могут храниться:

1) в виде списка полигонов (полигональных поверхностей).

В англоязычной литературе это называется boundary representation (b-rep).

Полигональная сетка (англ. polygon mesh) или неструктурированная сетка это совокупность вершин, ребер и граней которые определяют форму многогранного объекта в трехмерной компьютерной графике и объемном моделировании. Гранями обычно являются треугольники, четырехугольники или другие простые выпуклые многоугольники (полигоны), так как это упрощает рендеринг, но так же может состоять из наиболее общих вогнутых многоугольников, или многоугольников с дырками. Учение о полигональных сетках это большой подраздел компьютерной графики и геометрического моделирования. Разные представления полигональных сеток используются для разных целей и приложений. Множество операций проводимых над сетками могут включать Булевую алгебру, сглаживание, упрощение и многие другие. Сетевые представления, такие как "потоковые" и "прогрессивные" сетки, используются для передачи полигональных сеток по сети. Объемные сетки отличаются от полигональных тем, что они явно представляют и поверхность и объём структуры, тогда как полигональные сетки явно представляют лишь поверхность (объём неявный). Так как полигональные сетки широко используются в компьютерной графике, также существуют алгоритмы трассировки лучей, обнаружения столкновений и динамики твердых тел для полигональных сеток.

 

2) в виде вокселей (voxel) - "всё сделано из кубиков". Кушает много памяти, для быстрой отрисовки часто конвертится в полигональные сетки.

Воксель — элемент объёмного изображения, содержащий значение элемента растра в трёхмерном пространстве. Вокселы являются аналогами пикселов для трехмёрного пространства. Воксельные модели часто используются для визуализации и анализа медицинской и научной информации.

Как и в случае с пикселами, сами по себе вокселы не содержат информации о своих координатах в пространстве. Их координаты вычисляются из их позиции в трёхмерной матрице — структуре, моделирующей объёмный объект или поле значений параметра в трёхмерном пространстве.

Этим вокселы отличаются от объектов векторной графики, для которых известны координаты их опорных точек (вершин) и прочие параметры.

Воксельные модели имеют определенное разрешение. Каждый воксел имеет определенное значение, например, цвет.

Для хранения воксельной модели применяют массив размерами X?Y?Z. Несжатые воксельные модели (по сравнению с векторными) потребляют гораздо больше места в памяти для обработки.

Разреженное воксельное октодерево

Одной из новейших перспективных технологий, позволяющей делать эффективную детализацию воксельных объектов, является разреженное воксельное октодерево (sparse voxel octree). В числе её преимуществ: значительная экономия памяти, естественная генерация уровней детализации (аналога mipmap-карт), и высокая скорость обработки в рейкастинге.

Первый узел дерева — корень, является кубом, содержащим весь объект целиком. Каждый узел или имеет 8 кубов-потомков или не имеет никаких потомков. В результате всех подразбиений получается регулярная трёхмерная сетка вокселей.

 

3) функциями, формулами, уравнениями.

В англоязычной литературе это называется function representation (f-rep).

Ключевые слова: идеальная сфера, процедурное моделирование, трассировка лучей.

 

4) Конструктивная блочная геометрия

(Constructive Solid Geometry, CSG) технология, используемая в моделировании твёрдых тел. Конструктивная блочная геометрия зачастую, но не всегда, является способом моделирования в трёхмерной графике и САПР. Она позволяет создать сложную сцену или объект с помощью битовых операций для комбинирования нескольких иных объектов. Это позволяет более просто математически описать сложные объекты, хотя не всегда операции проходят с использованием только простых тел. Так, часто с помощью конструктивной блочной геометрии представляют модели или поверхности, которые выглядят визуально сложными; на самом деле, они являются немногим более чем умно скомбинированные или декомбинированные простые объекты. В некоторых случаях конструктивная блочная геометрия исполняется с помощью полигональных сеток (англ. polygonal mesh), и может быть процедурной и/или параметрической.

Простейшие тела, используемые в конструктивной блочной геометрии — примитивы (англ. primitives), тела с простой формой: куб, цилиндр, призма, пирамида, сфера, конус. Набор доступных примитивов зависит от программного пакета. Так, некоторые программы позволяют создание конструктивной блочной геометри на основе кривых объектов, а некоторые нет.

Построение более сложного объекта происходит путём применения к описаниям объектов булевых (двоичных) операций на множествах — объединение, пересечение и разность.

Примитив, как правило, может быть описан процедурой, которая принимает некоторые значения параметров, например, для построения сферы достаточно знать её радиус и положение центра.

Примитивы могут быть скомпонованы в составные объекты с помощью таких операций: булево объединение, булва разность, булево пересечение.

Для вывода изображения в режиме реального времени в основном используются полигоны.

Как правило, железо умеет работать только с треугольниками (сетка проецируется на экран, треугольники заполняются интерполированными значениями.)

Геометрическое ядро.

Пакет геометрического моделирования (называемый также геометрическим ядром) — набор библиотек с программным интерфейсом (API), с помощью которого можно пользоваться функциями геометрического (например, твердотельного) моделирования. Многие ведущие CAD-системы (такие как CATIA, Pro/E, NX) построены на основе собственных геометрических ядер (CGM, GRANITE и Parasolid соответственно), тогда как другие (SolidWorks, T-FLEX, ADEM и пр.) построены на основе лицензированных геометрических ядер. Популярными коммерческими ядрами (используемыми в наибольшем количестве САПР) являются Parasolid (компании Siemens PLM Software), ACIS (выпускаемый Spatial Corp. — дочерней компании Dassault Systèmes) и GRANITE (PTC). Свободно распространяется в открытом коде ядро Open CASCADE.

Типичной функциональностью пакета геометрического моделирования является предоставление набора программных интерфейсов (структур данных, функций и классов) для создания приложения каркасного, поверхностного, твердотельного или немногообразного моделирования. Обычно родственные интерфейсы группируются в модули, среди которых выделяют:

• базовые типы и операции;
• моделирование топологии граничного представления;
• геометрические объекты и операции над ними;
• булевы операции и операции редактирования поверхностей;
• удаление невидимых линий и рендеринг;
• модули для чтения и записи геометрических файлов популярных форматов.

 

 

10. Способы проектирования в универсальных чертежных системах;

11. Способы редактирования трёхмерных геометрических моделей;

Преобразование в объекты других типов

Во многих случаях имеется возможность преобразовать объект данного типа в объект другого типа, чтобы использовать преимущества конкретного способа редактирования.

Например, выбранные типы поверхностей, тел и использовавшихся в предыдущей версии программы сетей можно преобразовать в объекты-сети, чтобы воспользоваться связанными с ними возможностями сглаживания и моделирования.

Сходным образом можно преобразовать сеть в 3D тела и поверхности; это позволяет решать некоторые задачи моделирования составных объектов, что невозможно без такого преобразования. Часто преобразование предлагается в качестве варианта выбора при запуске операций, которые доступны только для тел и поверхностей.

Просмотр модели под разными углами обзора

При работе с любым 3D объектом можно легко вносить изменения, точное отображение которых в текущем виде невозможно. Чтобы вносимые изменения соответствовали ожиданиям, пользователю необходимо уметь пользоваться следующими возможностями:

• Работа с 3D рабочей плоскостью (ПСК). Чтобы понять, как модель проецируется в 3D пространстве, следует научиться пользоваться осями X, Y и Z. Более подробная информация приведена в разделе Методы записи координат.
• Поворот вида для отображения модели с различных точек обзора. Имеется несколько инструментов навигации, в том числе 3D орбита и инструмент построения видового куба, которые позволяют различными способами поворачивать модель в рабочем пространстве. Более подробная информация приведена в разделе Использование инструментов просмотра.
• Вывод нескольких видовых экранов. Можно установить два или большее количество видовых экранов с разными углами обзора и визуальными стилями. Внося изменение в один видовой экран, можно видеть его результаты одновременно с нескольких точек обзора. Более подробная информация приведена в разделе Работа с несколькими видами в пространстве модели.

12. PLM;

Product Lifecycle Management (PLM) (жизненный цикл изделия) — технология управления жизненным циклом изделий. Организационно-техническая система, обеспечивающая управление всей информацией об изделии и связанных с ним процессах на протяжении всего его жизненного цикла, начиная с проектирования и производства до снятия с эксплуатации. При этом в качестве изделий могут рассматриваться различные сложные технические объекты (корабли и автомобили, самолёты и ракеты, компьютерные сети и др.). Информация об объекте, содержащаяся в PLM-системе является цифровым макетом этого объекта.

PLM обеспечивает степень взаимодействия, к которой стремились система планирования ресурсов предприятия (ERP) и система управления взаимодействия с клиентами (CRM). В начале 90-х годов система планирования ресурсов предприятия (ERP) объединила финансовый отдел, кадровую службу, производство и склад. Десятилетие спустя система управления взаимодействия с клиентами (CRM) объединила центр обслуживания звонков и торговый персонал. Теперь система автоматизированного проектирования (CAD), система автоматизированного производства (CAM), система управления данными об изделии (PDM) и процесс производства работают вместе посредством системы управления жизненным циклом изделия (PLM). Но PLM отличается от других программных решений в масштабе предприятия, поскольку оно направлено на извлечение максимальной выгоды от повторяющихся процессов. При помощи PLM ваша продукция станет инновационной, лидирующей в отрасли и обеспечит максимальный рост.

13. Методологии трёхмерного моделирования. Прямое, косвенное, с историей, без истории;