Стандарт iges разрабатывался в 50-60 гг, когда основным средством ввода была перфокарта, отсюда его и недостатки.

IGES–InitialGraphicsExchangeSpecification

IGESявляется основным форматом для машиностроительных систем.

IGESформат позволяет закодировать различные типы графических данных в виде так называемых сущностей, принадлежащих трем категориям:

1. Геометрия, к которой относятся точки, отрезки, дуги, узлы конечных элементов и т.д.

2. Аннотации, к которым относятся типы размеров, осевые линии, стрелки и т.д.

3. Структуры – геометрические группы (сборочный чертеж и т.д.)

IGES– формат обмена данных:

Средства черчения

Основным средством черчения является средство двумерного черчения. Средства двумерного черчения имеют следующие ограничения:

1. Они распознают геометрические формы определенными точками, прямыми или кривыми только на плоскости.

2. Не умея обрабатывать трехмерные формы, двумерные системы не могут автоматически генерировать дополнительные виды тех форм, которые уже присутствуют на экране.

Каждый вид есть отдельное геометрическое состояние, не связанное с другими видами.

Двумерная графика:

• Намного дешевле по сравнению с трехмерной.

• Для некоторых областей трехмерная графика не нужна (используется наложение слоев и т.д.)

Возможности трехмерной графики.

Модель - это математическое представление геометрической формы, хранимое в памяти компьютера. Трехмерная модель в компьютерной памяти описывается с третьей координатой по оси Z, т.е. на плоском экране мы имеем мнимый образ трехмерной формы, а в памяти - реальный трехмерный.

Сравним мнимую и реальную трехмерную модель объекта.

Р7

Следовательно, для мнимого трехмерного на плоскости нужно 18 точек, а для реального трехмерного - 12 точек, но при этом нужно хранить 3 координаты каждой точки.

Самым главным недостатком двухмерной графики является то, что по двум проекциям нельзя восстановить третью в отличии от трехмерной. Однако двухмерная модель имеет более простую реализацию и является более дешевой.

Трехмерные системы обеспечивают такую дисциплину работы с тремя координатами, при которой любое изменение проекции приводит к автоматическому изменению во всех остальных проекциях. Следовательно, они особенно необходимы в системах, где требуется многократное изменение трехмерных образов. Трехмерные системы применяются в основном в машиностроении. Для создания трехмерных моделей используется три способа геометрического моделирования:

• каркасное или "скелетное"

• поверхностное

• твердотельное

Каркасная модель

Каркасная модель полностью описывается в терминах точек и линий. Каркасное моделирование представляет собой моделирование самого низкого уровня и имеет ряд серьезных ограничений. Ограничения каркасных моделей заключается в недостатке информации о гранях между линиями, с невозможностью выделения внешних и внутренних частей твердого тела.

Достоинства каркасной модели - минимальная требуемая память для хранения объекта.

Наиболее широко каркасное проектирование используется для имитации траектории движения инструментов, выполняемых несложные операции обработки детали.

Недостатки каркасных моделей:

В отличие, например, от твердотельных моделей в каркасных моделях

1. Операцию по удалению скрытых линий можно выполнить только вручную.

2. Невозможно распознать криволинейные поверхности.

Цилиндрические поверхности реально не имеют ребер, а на изображениях мнимые ребра показываются линиями. Расположение этих мнимых ребер меняется в зависимости от точки зрения, поэтому мнимые ребра не распознаются как элементы каркасной модели. В некоторых системах мнимые ребра изображаются в виде теневых линий на поверхности, но при перенесении на чертеж, такие представления не применимы.

Этот недостаток усугубляется еще больше для криволинейных объектов с переменным поперечным сечением. Например, конус или шар.

3. Невозможность обнаружения взаимного влияния компонентов.

Раз нет информации о поверхности, то невозможно определить взаимодействие нескольких элементов.

4. Невозможность вычисления физических характеристик объекта.

Поверхностная модель

Поверхностная модель определяется с помощью течек, линий и поверхностей. Поверхностное моделирование по сравнению с каркасным имеет следующие преимущества:

1. Способность изображать и распознавать сложные криволинейные грани.

2. Благодари распознаванию граней, обеспечить получение тоновых трехмерных изображений.

3. Способность распознавать особые построения на поверхностях, например, отверстия.

4. Возможность получения качественного изображения и обеспечения удобного инструментального интерфейса со станками с ЧПУ позволяет моделировать траектории движения инструмента в трехмерном пространстве по нескольким осям при обработке деталей сложных форм.

5. Обеспечиваются эффективные средства имитации функционирования робота.

Типы поверхностей

1. Базовые геометрические поверхности.

Задается отрезок прямой или кривой и его перемещение в пространстве.

2. Поверхности вращения

Задается фигура, ось и угол вращения.

3. Поверхности спряжения и пересечения.

4. Аналитические поверхности формируются в том случае, если имеется математическое уравнение с тремя неизвестными, описывающее эту поверхность.

5. Скульптурные поверхности.

Задаются какими либо кривыми и все промежуточные точки высчитываются с помощью сплайновых функций.

6. Составные поверхности.

Ее можно представить в виде некоторой сетки, элементами которой могут быть различные фигуры и каждая из них задается либо аналитическим выражением, либо сплайн функциями. Самое сложное при этом является сопряжение.

Недостатки поверхностного моделирования:

1. Возможность неточного определения физических характеристик объемных твердотельных объектов.

2. Сложность процедур удаления невидимых линий и отображения внутренних областей. Например, построить сечение объекта.

Твердотельная модель

Описывается в терминах того трехмерного объема, который занимает определенный ею объект.

Таким образом, твердотельное моделирование является единственным средством, которое обеспечивает полное однозначное описание трехмерной геометрической формы.

Достоинства твердотельной модели:

1. Возможность разграничения внешней и внутренней областей объекта, что необходимо для обнаружения нежелательных взаимовлияний компонентов.

2. Обеспечение автоматического уничтожения скрытых линий.

3. Возможность автоматического построения трехмерных разрезов компонентов, что особенно важно при анализе сложных сборочных изделий.

4. Применение перспективных методов анализа весовых характеристик и эффективных прочностных расчетов различных конструкций методом конечных элементов.

5. Наличие разнообразных палитр цветов, управления цветом, получение полутоновых эффектов, манипулирования источником света.

6. Повышение эффективности имитации динамики механизмов и соответственно генерации траектории движения инструмента и манипулятора провода.

Методы твердотельного моделирования делятся на два класса:

1). Метод конструктивного представления (C-Rep).

2). Метод граничного представления (В-Rep).

Метод конструктивного представления

Состоит в построении твердотельных моделей из базовых составляющих элементов - конечных элементов или твердотельных примитивов. Каждый твердотельный примитив характеризуется формой, размером, ориентацией, точкой привязки.

Твердотельная модель изделия строится из базовых твердотельных примитивов на основе булевых операций, которые в принципе имеют обычный смысл.

Есть два объекта А и В:

1). Логическое ИЛИ:

2). Логическое отрицание

3). Логическое И:

Метод граничного представления

Моделирование методом B-Rep, т.е. вначале строятся примитивы, а затем из них с помощью тех же булевых операций создаются составные формы. Разница состоит в том, что если пакеты С-Rep распознают сложную форму в терминах составляющих ее примитивов, то пакеты B-Rep оперируют с объектом в терминах ребер и граней. А данные о поверхностях и гранях рассчитываются на основании геометрических примитивов, т.е. имеется двойная форма представления.

Использование трехмерной графики в виде виртуальной реальности

Отличие виртуальной реальности от трехмерной графики в том, что в виртуальной реальности объект стоит на месте, а мы двигаемся вокруг него, т.е. меняется не положение объекта как в трехмерной графике, а меняется точка зрения на объект, за счет чего достигается максимальное ощущение реального нахождения в виртуальном мире.

Пир использовании классических визуальных изображений трехмерная графика представляется растровым изображением. Документ виртуальной реальности представляет собой текстовый документ, содержащий описание геометрических моделей объектов, их свойств, правил движения и объединения с другими объектами. В документах описания виртуальной реальности содержится информация о текстуре объекта, освещении, вращении, масштабировании, позиционировании, геометрических свойств объекта и о формировании перспективы изображения.

При использовании данного подхода можно выделить следующие проблемы:

1). Проблема выбора программного обеспечения для создания и просмотра виртуального изображения, а также преобразование трехмерных сцен из других форматов.

2). Проблема передачи файлов виртуальной реальности по компьютерной сети.

3). Проблемы просмотра виртуальной реальности на компьютере конечного пользователя.

Спецификация VRML (Virtual Reality Modeling Language)

Прототипы данного формата:

1. Формат *.CDF (Cyberspace Description Format).

Главное то, что языки декларативные, а не процедурные. В принципе, этот формат имеет даже больше графических возможностей по сравнению с VRML, однако он не получил широкого распространения, т.к. не был стандартизирован.

2. AFF - A File Format for the Interchange of Virtual Worlds.

Имеет ряд характеристик, которые делают его независимым от аппаратной платформы.

3. WWW OOGL

Ориентирован для описания в текстовом формате геометрических построений для математиков, физиков.

4. OI - OPEN INVENTOR

Объектно-ориентированный пакет программ, содержащий библиотеки геометрических объектов, таких как кубы, многоугольники, сферы и т.д. Кроме того, описание трехмерных сцен осуществляется в текстовом формате. Такой комбинированный способ позволил обеспечить быстрое моделирование каких-либо объектов, использование графических библиотек OPENGLи поддержку создания новых пользовательских объектов.

На основании всех этих спецификаций была создана спецификация VRML1.0.

Она отличается тем, что поддерживает звук, однако она быстро устарела.

На сегодняшний день создана VRML2.0. Эта спецификация развивалась, прежде всего, фирмойSunблагодаря применению технологииHollowWeb. Ее особенностью является ограниченная поддержка геометрических преобразований. Она поддерживает только примитивы: точки, линии, структурированные многоугольники и т.д. Для хранения трехмерных геометрических форм используется трехмерное геометрическое сжатие, а для анимации используется языкJAVA.

Еще одной технологией, которая легла в основу VRML2.0 являетсяOutoftheWorld. Она имеет 3DMFформат. Эти файлы похожи наHollowWeb, но его главное достоинством является информация об иерархии объекта, а также наличие звука и т.д.

MovingWorlds

В данной технологии каждый объект может генерировать событие. Виртуальный мир - совокупность узловых объектов и эти узловые объекты инициируют действие. С помощью этого можно моделировать поведение каждого объекта в виртуальном мире относительно друг другу.

Данная технология явилась основой для VRML2.0. Именно поэтому первая и вторая версииVRMLне совместимы между собой.