2. Технологии моделирования в mcad-системах
Существует множество терминов, для того чтобы охарактеризовать технологии описания и создания 3D-геометрических моделей в CAD-системах:
моделирование на базе конструктивных элементов (feature-based)
параметрическое (parametric/variational)
явное (explicit)
булево (Boolean)
гибридное (hybrid)
прямое (direct)
динамическое (dynamic)
Технологии описания 3d-геометрии
Базовые понятия, которые применяются для описания 3D-геометрии:
Octree
Facet Modeling
Constructive Solid Geometry (CGS)
Boundary Representation (B-Rep)
Octree (октадерево) – древовидная структура, создающаяся путем рекурсивного деления пространства на 8 одинаковых частей вплоть до достижения минимального размера, т.е. листа дерева.
Такой метод предполагает, что крупное и сложное тело создается путем скрепления более мелких и простых 3D-тел. Информация хранится только для непустых частей, что экономит память. В настоящее время этот метод не используется в 3D MCAD, но многие приложения для инженерного анализа и симуляции применяют октадерево или похожие методы для пространственного разбиения. Пример – построение сеток в приложения для конечно-элементного анализа (FEA).
Facet Modeling (фасетное моделирование) обычно используется в 3D-графике, когда высокая точность не требуется, например, в 3D-играх, развлекательных приложениях, географических системах. В системах 3D MCAD практически не используется, за исключением визуализации (это функция графической карты).
Constructive Solid Geometry (конструктивная блочная геометрия) описывает графические построения путем комбинирования геометрических 3D-примитивов – сферы, куба, конуса, а также тел, описываемых квадратными и кубическими уравнениями. Модели формируются путем применения к примитивам трех булевых операций: объединение, пересечение, вычитание.
Примерно до 1998 года эта технология была общепринятой в MCAD и в дальнейшем ее использование сокращалось. Последняя система с технологией CGS – это I-deas фирмы SDRC, которая была поглощена в 2001 году. Технологии I-deas были в той или иной степени интегрированы в системы Unigraphics NX и CATIA.
Проблемы чистой CGS-технологии заключаются в снижении точности при замене реальной геометрии примитивами, а также в ограниченности набора этих примитивов.
Одна из составляющих CGS-технологии исправно служит и по сей день – структура или дерево примитивов, а соответствующие булевы операторы являются основой современных CAD-систем, базирующихся на истории построений.
Boundary Representation (граничное представление) в настоящее время является наиболее точным способом представления 3D-геометрии и применяется во всех современных MCAD-системах.
Первая коммерческая реализация этой технологии – геометрическое ядро Romulus. В 70-80-х годах прошлого века на этом ядре базировалось несколько систем 3D-моделирования – Anvil, Graphtec, Unigraphics. Многие из тех, кто разрабатывал Romulus, в начале 90-х создали ядро ACIS, которое получило широко распространение. Romulus также был предшественником геометрического ядра Parasolid, которое конкурирует с ACIS.
Моделирование B-Rep изначально предполагало повышенную точность, однако разработка и модификация моделей были достаточно сложными. Проектировщики часто искали выход в создании собственных базовых примитивов, а булевы операции выполнялись даже для внесения простых изменений. Такой способ известен как явное моделирование (explicit modeling). Процедура была достаточно трудоемкой, но в результате получалась очень устойчивая и точная модель.
Кроме перечисленных технологий можно упомянуть еще одну.
В первой версии системы Pro/ENGINEER фирмы PTC создание CAD-модели основывалось на комбинации древовидной структуры CSG (гибкость) с примитивами B-Rep (точность). Такая технология получила название гибридной (hybrid). Это был большой шаг вперед.