Раздел 4. Компьютерная графика и геометрическое моделирование

Трудоемкий процесс создания наглядного разнесения возна­

граждается высоким эффектом данного функционала в учебных

целях, что не только целесообразно при применении геометри­

ческого моделирования в учебных заведениях, но и незаменимо

при создании эксплуатационной документации и электронных

технических руководств для сборщиков или потребителей про­

дукции.

Моделирование кинематики объектов сборки дает возмож­

ность учесть ряд следующих возможных проблем, возникающих

при проектировании движущихся частей машин и механизмов,

а именно:

— проверку возможности движения элементов сборки и усло­

вия достижения ими запланированных промежуточных и край­

них положений движущихся частей;

— анализ траектории движения элементов сборки;

- контроль пересечений и соударений движущихся частей;

- контроль обеспечения зон доступа к проведению работ

сборщиков и обслуживающего персонала.

В простейшем случае для реализации моделирования кине­

матики достаточно привлечения возможностей программного

механизма сопряжений элементов сборок. В этом случае необ­

ходимо таким образом накладывать связи и сопряжения на эле­

менты сборки, чтобы они соответствовали направлению, углам

поворота и расстояниям планируемых перемещений и не огра­

ничивали их.

Перспективы развития геометрического моделирования сборок.

Выраженная тенденция развития моделирования сборок в ма­

шиностроительных САПР заключается в том, что в дополнение

к универсальной подсистеме геометрического моделирования и на

ее основе создаются проблемно-ориентированные модули и под­

системы, предназначенные для решения узкоспециальных задач.

Для моделирования кинематики и динамики движения в ряде

машиностроительных САПР применяются специализирован­

ные подсистемы, обладающие значительно более широкими

возможностями, чем ставший уже традиционным механизм со­

пряжений. Они объединяются с системами инженерного анали­

за (CAE). В этой среде можно не только проектировать траек­

тории движения, но и учитывать инерционные характеристики

210

4.5. Моделирование объемных сборок

конструкций, упругие и пластические деформации (вплоть до

разрушения) [95, 108, 163].

Для получения анимации и реалистических изображений изделий

также невозможно обойтись без геометрического моделирова­

ния. В технике анимация предназначена для наглядной имита­

ции работы машин и механизмов. Анимационный видеоролик

(«кинограмма») формируется в полуавтоматическом режиме

из последовательности статических положений модели («ка­

дров»)- Часть характерных положений пользователь назначает

сам, а промежуточные кадры создаются автоматически. Анима­

ция сложного устройства может состоять из набора дискретных

«шагов», каждый из которых включает «непрерывную» последо­

вательность кадров. На каждом шаге можно задавать различные

виды и параметры движения: скорость, частоту вращения и пр.

Создание так называемого «фотореалистического» изобра­

жения из геометрической модели требует привлечения методов

и средств компьютерной графики: моделирование цвета, осве­

щенности, отражения, теней, прозрачности, фактуры поверхно­

сти. Для получения реалистических изображений используется

интерактивный «рендеринг» геометрической модели. Рендеринг —

это процесс преобразования модели для вывода на экран мони­

тора. В отличие от механизма геометрических преобразований,

в процессе рендеринга в основном выполняются операции над

пикселями устройства отображения, которые частично отраба­

тываются аппаратными средствами видеоадаптера монитора.

В процессе рендеринга производится наложение реалистиче­

ской текстуры на геометрическую модель изделия. Хорошие ре­

зультаты моделирования текстуры поверхности достигаются при

использовании фракталов - перспективного математического

метода моделирования.

Для экономии дискового пространства и удобства воспро­

изведения видеоролика «сценарий» анимации и реалистиче­

ские изображения записываются в специальных форматах ма­

шинной графики. Различия понятий компьютерная графика

и компьютерное геометрическое моделирование мы обсуждали

в начале данного раздела. Применение различных методов моде-

лирования для решения одной прикладной задачи иллюстрирует

важнейщую тенденцию развития компьютерных технологий -

211