Создание трехмерных моделей объектов

В современных САПР применяются следующие виды графических моделей трехмерных объектов:

- с использованием двухмерных примитивов;

- каркасные (проволочные);

- поверхностные;

- твердотельные.

Правила построения трехмерных изображений с помощью двухмерных графических примитивов ничем не отличаются от построения плоских изображений методом "электронного кульмана". Для этого в САПР предусмотрен режим вычерчивания изометрических проекций, позволяющий быстро переключаться в любую из трех плоскостей изометрической проекции и в каждой из них выполнять вычерчивание соответствующих двухмерных изображений. Необходимо помнить, что изображение, построенное этим способом, является двухмерным, то есть каждая точка такого изображения имеет две координаты. Поэтому попытки просмотра такого изображения с различных точек зрения приведут к его искаженному виду, а изображение называют псевдообъемным.

Объемные графические модели, в отличие от псевдообъемных, содержат информацию обо всех графических примитивах трехмерного объекта, расположенного в трехмерном пространстве, то есть строится числовая модель трехмерного объекта, каждая точка которой имеет три координаты, что позволяет перестраивать аксонометрические проекции моделей объектов в различных пользовательских системах координат, а также получать их аксонометрические виды с любой точки зрения или визуализировать их в виде перспективы.

Каркасная модель представляет объемное изображение объекта в виде линий пересечения граней объекта. Для такой модели изображение объекта может быть неоднозначным, а также невозможно автоматическое удаление скрытых линий и выполнение булевых операций над объектами. Однако каркасные модели являются экономичными, то есть не предъявляют высоких требований к быстродействию и объему памяти компьютера.

Поверхностная модель позволяет представить объемное изображение объекта в виде совокупности отдельных поверхностей. Используются аналитические поверхности и сплайн-поверхности. Аналитические поверхности (плоскость, цилиндр, конус, сфера и др.) описываются уравнениями. Сплайн-поверхности представляются массивами точек, между которыми положения остальных точек определяются с помощью математической аппроксимации. Для поверхностных моделей объектов появляется возможность автоматического удаления скрытых линий объектов. Однако выполнение булевых операций над объектами, также как и в каркасных моделях, невозможно.

Твердотельная модель является реальным представлением объекта, так как структура компьютерных данных включает координаты точек всего тела объекта. Это позволяет осуществлять булевы операции над объектами: объединение, вычитание и пересечение.

Принцип создания трехмерной модели объекта заключается в перемещении плоского изображения в пространстве, след от которого определяет конфигурацию и параметры создаваемого объекта. Плоское изображение, так называемый эскиз, создается средствами графического редактирования на выбранной плоскости (ортогональной, любой плоскости модели, вспомогательной плоскости), после чего выбирается направление перемещения этого эскиза и выполняется операция формообразования. Применяется четыре операции формообразования: сдвиг (выдавливание) в направлении линейного вектора перемещения, вращение вокруг заданной оси, перемещение вдоль заданной кривой (кинематическая операция) и перемещение по сечениям. Получение сложного объемного изображения объекта осуществляется путем последовательного создания элементов объекта с помощью этих операций и булевых операций объединения (приклеивания), вычитания (вырезания) и пересечения.

Для осуществления возможности визуализации аксонометрических проекций трехмерных изображений объектов в САПР имеется ряд команд, позволяющих пользователю "просмотреть" объект с различных точек зрения.

Трехмерные модели объектов широко используются в машиностроительном производстве для эффективного выполнения следующих задач:

- создание чертежей изделий;

- выполнение контрольных виртуальных сборок;

- создание каталогов изделий;

- разработка реалистичных изображений объектов;

- выполнение расчетов изделий методами имитационного моделирования;

- автоматизированная подготовка программ для станков с числовым программным управлением.

Способ графического редактирования, как показал опыт, рационально использовать в следующих случаях:

- когда в чертежах многократно повторяются графические фрагменты (например, в схемах);

- когда в чертежи приходится неоднократно вносить изменения, причем доля изменяемой части относительно незначительна;

- в комплексе с методом графического программирования, когда основная часть графического изображения создается с помощью графической программы, а небольшие дополнения (как иногда их называют, "обогащения") вносятся с помощью графического редактора.