3 2 ПОВЕРХНОСТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ А В Рожнятовский Курс

3. 2. ПОВЕРХНОСТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ А. В. Рожнятовский Курс лекций по САПР ТП

Поверхностное моделирование Конкуренция на рынке выпускаемой продукции заставляет значительное внимание уделять не только повышению качества выпускаемой продукции, но и ее внешнему виду. За эстетику и удобство эксплуатации выпускаемого изделия отвечает промышленный дизайнер.

Поверхностное моделирование Раздел компьютерной графики, занимающийся созданием трехмерного изображения геометрической модели, с учетом теней, отражений, и прочих световых эффектов для придания изображению реального вида носит название рендеринг (англ. rendering -отрисовка).

Построение поверхности Для решения задач дизайна используются специальные методы задания поверхностей и построения кривых. Проектировщик может нарисовать в пространстве несколько кривых и провести через них поверхность, либо можно добавить поверхность сглаживания между непересекающимися поверхностями. Поверхность свободной формы можно растянуть, сжать и сдвинуть перемещением ползунка в диалоговом окне.

Построение поверхности Для оценки качества проектируемых поверхностей можно использовать как цифровые методы диагностики, так и визуальные — по линиям бликов, по отражению световых линий полученных с помощью щелевых источников света ( «изофото» ). При проведении такого анализа стыки поверхностей, гладких только по касательным, будут представляться в виде острых перегибов или изломов.

Построение поверхности Для визуализации поверхности ее можно разбить на примитивы, каждый из которых будет иметь вид многогранника. В качестве примитива можно использовать поверхность Кунса. Она представляет собой маленький участок большой поверхности, который описывается четырьмя угловыми точками и векторами касательных в этих точках.

Построение поверхности При построении кривой на волнистой поверхности можно задать контрольные точки, через которые она должна проходить. Инструменты создания и управления внешним видом поверхностей позволяют с точностью до микрометра строить модели, имеющие сложные формы, обеспечивают гладкость переходов для придания плавности формам и обеспечения наибольшей гармоничности. Непрерывность сопрягаемых поверхностей, сопряжение по общей касательной и равной кривизне в зоне сопряжения - обязательные условия того, чтобы изделие было технологичным в изготовлении. В ряде случаев, после того как внешний вид изделия определен на этапе дизайна, он меняется в ходе создания рабочих чертежей конструктором.

Линейчатые поверхности На основе двух опорных кривых конструктор может построить линейчатую поверхность. Она строится путем соединения прямолинейными отрезками соответствующих пар точек, принадлежащих этим кривым

Линейчатые поверхности Из начертательной геометрии известно, что, поверхность называется линейчатой, если она может быть образована перемещением прямой линии. Поверхность, которая не может быть образована движением прямой линии, называется нелинейчатой. Например, конус вращения − линейчатая поверхность, а сфера − нелинейчатая. Через любую точку линейчатой поверхности можно провести, по крайней мере, одну прямую, целиком принадлежащую поверхности. Множество таких прямых представляет собой непрерывный каркас линейчатой поверхности.

-поверхности NURBS Для построения сложных поверхностей самолетов, кораблей, кузовов автомобилей и шаблонов используются дискриминантные кривые второго порядка, сплайны, кривые Безье, NURBSповерхности, средства для редактирования и выглаживания кривых. Особым типом сплайновых поверхностей являются NURBS-поверхности, с помощью которых можно весьма точно создать гладкую кривую между заданными точками и анимировать плавные изгибы. Технология NURBS позволяет моделировать гладкие поверхности произвольной формы, точно проецировать контуры на поверхность, генерировать образующие, обеспечивает гладкую стыковку со смежными поверхностями

-поверхности NURBS Сплайновая поверхность может быть создана с помощью лофтинга (lofted surfaces) на основе одного семейства каркасных кривых по набору сечений, на которые «накладывается» строящаяся поверхность.

-поверхности NURBS Эти методы построения поверхностей были созданы для кораблестроения. Для описания формы корпуса корабля использовали набор шаблонов. В процессе визуального контроля можно изменять угол зрения и масштаб изображения, скрыть загромождающие изображение элементы конструкции.

Эквидистантные кривые и поверхности Эквидистантной называют кривую или поверхность, все точки которой расположены на равном расстоянии от соответствующих точек другой кривой или поверхности. Эквидистантную поверхность часто необходимо построить при проектировании пуансона и матрицы, при разработке штампа или пресс-формы. Их форма зависит от геометрии поверхности изготавливаемой детали.

Кинематическая поверхность - поверхность, полученная перемещением образующего контура по направляющей. Контур может иметь вид как геометрического примитива: линии, дуги, окружности, — так и сложной кривой или сплайна. Обобщением кинематических поверхностей являются поверхности.

Оболочки Композиция поверхностей, объединенных геометрически и информационно, называется оболочкой. В целях уменьшения массы и экономии материалов многие изделия проектируются в виде тонкостенных оболочек. Тонкостенные оболочки строятся по эскизам, имеют заданную толщину и определенное направление построения: внутрь, наружу или в обе стороны от поверхности тела, образованного операцией. Оболочки удобно проектировать на основе объемных тел, представляющих внешний облик изделия. Оболочки строятся на основе эквидистант к поверхностям с последующим объединением поверхностей прототипа и эквидистант в оболочку. При этом можно численно задать толщину материала оболочки.

Сопряжение поверхностей При работе с ребрами, гранями и замкнутыми контурами используются разнообразные сопряжения (сглаживания) между смежными поверхностями. Между двумя поверхностями по касательным к ним линиям могут строиться радиусные сопряжения. Радиус сопряжения может быть постоянным или изменяться.

Интеграция промышленного дизайна и конструирования изделия Разработка изделия, не только обладающего хорошими функциональными свойствами, но и имеющего изящный внешний вид, требует интеграции различных дисциплин, включая промышленный дизайн и конструирование изделия. На основе работы дизайнера конструктор проектирует точную трехмерную геометрическую модель будущего изделия со всеми атрибутами, необходимыми для ее последующего изготовления: допусками на размеры, форму и расположение поверхностей, обозначениями шероховатости и т. п.

Интеграция промышленного дизайна и конструирования изделия В качестве исходной информации проектировании сложных поверхностей могут использоваться оцифрованные данные, полученные обмером контактными измерительными устройствами или оптическими сканирующими системами макетов (прототипов) разрабатываемых изделий или уже существующих образцов изделий (метод «реверс-инжиниринг» ). Пример применения реверсивного инжиниринга для создания математической модели Луцкого джипа Лу. АЗ-1301

Интеграция промышленного дизайна и конструирования изделия Несмотря на то, что системы поверхностного и твердотельного моделирования определяют геометрию с помощью аналогичных математических методов, при трансляции данных из одной системы в другую могут появиться разрывы между гранями и непрерывность производной. Традиционные системы для дизайна, в отличие от конструкторских систем проектирования имеют дело с созданием поверхности и ее манипуляцией, а конструкторские системы работают с твердотельной моделью.

Интеграция промышленного дизайна и конструирования изделия Передача информации в визуальной форме очень важна для дизайнеров. Именно так они могут представить возможные варианты проектируемого изделия, получить отзывы, продемонстрировать и проанализировать концептуальные замыслы.

Интеграция промышленного дизайна и конструирования изделия Конструктор, стараясь воспроизвести точную дизайнерскую модель, может изменить нюансы, которые превращают форму в произведение искусства. Потеря в эстетике может привести к большим потерям в продажах.

Интеграция промышленного дизайна и конструирования изделия Избежать проблем при передаче данных между этапами позволяет использование единой системы для всего цикла проектирования.