Методы трехмерного моделирования.

В настоящее время существует достаточно много программных пакетов для 3-х мерного моделирования изделий сложной формы. Каждая из них включает в себя в большинстве случаев 2 из 3 основных методов 3D моделирования:

-Полигональное моделирование

-Твердотельное моделирование.

-Поверхностное моделирование

 

Полигональное моделирование

Полигональное моделирование- самая первая разновидность трехмерного моделирования. которая появилась в те времена, когда для определения точек в трехмерном пространстве приходилось вводить вручную с клавиатуры координаты X, Y и Z. Полигон – значит многоугольник. Может состоять минимум из трех сторон, и более. Вершины соединяются прямыми линиями, внутренняя область полигона называется гранью
Соединение группы таких полигонов позволяет смоделировать практически любой объект. Недостаток полигонального моделирования состоит в том, что все объекты должны состоять из крошечных плоских поверхностей, а полигоны должны иметь очень малый размер, иначе края объекта будут иметь ограненный вид. Чаще метод полигонального моделирования применяют в игровой индустрии, 3D графике, в мультипликации.

 

Поверхностное моделирование.

При поверхностном моделировании сначала строится каркас - пространственная конструкция, состоящая из отрезков прямых, дуг окружностей и сплайнов. Каркас играет вспомогательную роль и служит основой для последующего построения поверхностей, которые «натягиваются» на элементы каркаса.

В зависимости от способа построения, различают следующие виды поверхностей: линейчатые; вращения; кинематические; галтельного сопряжения; проходящие через продольные и поперечные сечения; поверхности для «затягивания окон» между тремя и более смежными поверхностями; NURBS-поверхности, определяемые заданием контрольных точек продольных и поперечных сечений; планарные поверхности.

Хотя поверхности и определяют границы тела, но самого понятия «тело» в режиме поверхностного моделирования не существует, даже если поверхности ограничивают замкнутый объем. Это наиболее важное отличие поверхностного моделирования от твердотельного.

Основным преимуществом данного метода является возможность получения скульптурной поверхности (поверхности свободных форм или произвольные поверхности). Методы геометрического моделирования скульптурных поверхностей сложной технической формы применяют в областях, в которых проектируются динамические поверхности или поверхности, к которым предъявляются повышенные эргономические и эстетические требования. Методы отображения скульптурных поверхностей в значительной степени связаны с возможностями графических устройств. При этом отображение самой поверхности не играет существенной роли, так как основное назначение этих методов-визуальная проверка корректности, гладкости и эстетичности полученной поверхности. В настоящее время модели скульптурных поверхностей широко используются при проектировании и производстве корпусов автомобилей, самолетов, предметов домашнего обихода.

 

Твердотельное моделирование.

Твердотельное моделирование имеет в своей основе идеологию, которая существенно отличается от идеологии каркасно-поверхностного моделирования. Твердотельная модель представляет собой целостный объект, занимающий замкнутую часть пространства. Всегда можно точно сказать, находится ли точка внутри твердого тела, на его поверхности или вне тела. При изменении в модели любого элемента будут изменяться все другие элементы, которые связаны с ним. В результате изменится форма твердого тела, но сохранится его целостность.

Элементами, из которых строится твердое тело, могут быть: элементы вытягивания (полученные вытягиванием плоского контура перпендикулярно его плоскости); элементы вращения (полученные вращением плоского контура вокруг заданной оси); фаски; скругления; оболочки; ребра жесткости и др. Твердотельный объект строится путем последовательного «добавления» или «вычитания» элементов. Так, если к уже имеющейся твердотельной модели «добавить» элемент вытягивания, то этот элемент образует на модели выступ, а при «вычитании» элемента на модели образуется углубление. Если при построениях доступны одновременно несколько твердотельных объектов, то над любыми двумя твердотельными объектами, пересекающимися в пространстве, можно выполнять булевы операции объединения, вычитания и пересечения.

Твердотельное моделирование предполагает возможность установки параметрических зависимостей между элементами твердого тела или нескольких тел. При этом изменение одного из параметров (например, длины элемента) приводит к соответствующей перестройке всех параметрически связанных элементов. Такое моделирование, называемое параметрическим, дает конструктору дополнительные удобства. Так, можно установить параметрические зависимости между элементами твердотельной сборки и, тем самым, автоматизировать контроль собираемости изделия.

 

В большинстве современных CAD-систем, имеющих достаточно высокую мощность, обеспечивается возможность одновременной работы с твердотельными объектами и с поверхностями. При этом можно «отрезать» поверхностью часть твердого тела, превращать замкнутый поверхностями объем в твердое тело и т. п. Такое интегрированное моделирование позволяет сочетать простоту твердотельного моделирования с возможностью построения объектов сколь угодно сложной геометрической формы.

Созданные модели могут передаваться из одной CAD/CAM-системы в другую через специальные интерфейсы - согласованные форматы данных для обмена информацией.

Существует ряд так называемых стандартных интерфейсов. Они имеют формат символьных (ASCII) файлов, где описание геометрических и других характеристик модели выполняется в соответствии с принятым стандартом. На практике каждый формат имеет свои приоритетные области применения. Например, стандартный формат DXF используется в основном для передачи чертежно-графической информации; формат IGES-для передачи геометрии поверхностных моделей; формат STL - для передачи модели, аппроксимированной плоскими элементами, из CAD-системы в автономную САМ-систему, систему инженерного анализа (САЕ-систему) или в установку для быстрого прототипирования изделий.

Варианты построения 3D-модели ортопедической рукоятки

 

Методы трехмерного моделирования позволяют получать сложные формы модели для дальнейшего их изготовления на станках с ЧПУ. На данный момент определены 3 варианта дизайн-проектирования ортопедической рукоятки для спортивного пистолета МР-46М.

Первый вариант базируется на технологии реверс-инжиниринга («обратное» проектирование), где виртуальная модель редактируется на основе физического прототипа (рисунок 16). При помощи лазерного сканера Artec геометрия образца преобразуются в облако точек в 3-х координатном пространстве. Точки расположены таким образом, что повторяют сканируемую поверхность с точностью до 0.01 мм. с шагом 0.05 мм. Следующим этапом проектирования является триангулирование ­­- преобразование полученного при сканировании облака точек в поверхность. В результате получаем полигональную поверхность, состоящую из множества треугольников максимальный размер которых не превышает 1 мм., что достаточно для дальнейшей передачи модели в производство. Для редактирования отсканированного прототипа наиболее подходящей является программа РоwerSHAPE - гибридный моделировщик, совмещающий в себе элементы твердотельного и поверхностного моделирования, с возможностью работы с рельефами и триангулированными моделями. Таким способом можно определить оптимальное эргономическое решение ортопедической рукоятки для конкретного человека.

 

 

Рисунок 16- Прототип и виртуальная модель рукоятки.

 

Этот вариант позволяет в короткие сроки изготовить индивидуальную ортопедическую рукоятку, но в случае, если спортсмен находится на месте изготовителя. Если требуемая рукоятка для спортсмена с другого города или страны, время на изготовление значительно увеличится, учитывая отправку прототипа по почте до места изготовления.

 

Второй вариант основывается на создании модели рукоятки с нуля, полностью в программной среде. Данный вариант включает в себя 2 метода создания модели:

1.С помощью твердотельного моделирования, которое затем сменяется полигональным (рисунок 17)

 

Рисунок 17 - Модели рукояток, форма которых задается полигональным моделированием

 

2. С помощью твердотельного и поверхностного моделирования, где форма поверхности задается сплайнами (рисунок 18)

 

Рисунок 18 - Рукоятка, форма которой задается сплайнами

Третий вариант основывается на построении модели рукоятки с помощью свернутой виртуальной модели кисти (рисунок 19). Этот вариант подходит для изготовления индивидуальной рукоятки полностью в программной среде. Для этого требуется только слепок внутренней стороны ладони спортсмена.

 

Рисунок 19 - Свернутая виртуальная модель кисти

 

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Анализ полученных результатов моделирования.
2. Методы ЭТ. Метод экономического моделирования.
3. Особенности экономико-математического моделирования.
4. Понятие и виды криминалистического моделирования.
5. Понятие моделирования. Основные методы и приемы моделирования
6. Тема 1. Задачи эконометрики в области социально-экономических исследований. Основные этапы эконометрического моделирования.