План
1. Каркасное и поверхностное моделирование
2. Системы твердотельного моделирования
3. Немногообразные системы моделирования
4. Системы моделирования устройств
5. Моделирование для Web
Каркасные, поверхностные, твердотельные модели, их преимущества и недостатки
Каркасное моделирование.к аркасное моделирование представляет собой прямой перенос векторного подхода к двумерной геометрии на трехмерный случай. При таком моделировании геометрическая модель строится из ограниченного набора графических примитивов — отрезки, дуги, конические кривые. Однако каркасная модель содержит лишь скелет (каркас) тела, по которому в общем случае невозможно восстановить само объемное тело, так как могут существовать несколько топологически неэквивалентных трехмерных тел с одинаковым каркасом.Наиболее широко каркасное моделирование используется для имитации траектории движения инструмента, выполняющего несложные операции обработки детали, такие, как фрезерование по 2,5-й или 3-м осям.
Поверхностное моделирование. Поверхностная модель определяется с помощью точек, линий и поверхностей. Это модель более высокого уровня, чем каркасная.
Твердотельное моделирование. Твердотельная модель описывается путем математической передачи данных о каждой точке поверхности модели, а также о каждой точке внутреннего объема.
Твердотельное моделирование является единственным средством, которое обеспечивает полное описание трехмерной геометрической формы. Она является наиболее сложной системой образования геометрической формы, основанной на дискретном представлении детали.
В виде дискретных единиц выступают объемные тела правильной геометрической формы со стабильными физико-механическими свойствами по всему объему – твердотельные примитивы.
Преимущества твердотельных моделей:
1 Полное определение объемной формы с возможностью разграничения внешней и внутренней областей объекта, что необходимо для обнаружения нежелательных взаимовлияний компонентов
2 Обеспечение автоматического удаления скрытых линий.
3 Автоматическое построение трехмерных разрезов, необходимых для анализа сложных сборочных изделий
4 Применение перспективных методов анализа с автоматическим получением изображения точных весовых характеристик и эффективных конструкций методом конечных элементов.
5 Наличие разнообразных цветов, получение тоновых эффектов, манипуляция источника света, что способствует реализации качественных изображений форм, компонентов и сечений.
6 Повышение эффективности имитации динамики механизмов, процедур генерации траектории движения инструмента и функционирования роботов.
Основным недостатком систем твердотельного моделирования являются высокие требования к производительности аппаратных средств, высокие требования к квалификации персонала и значительная стоимость таких систем.
Основные функции моделирования.
Методы создания поверхностей поверхностных моделей.
1 Базовые геометрические поверхности. К ним относятся плоские поверхности, которые можно получить, например, изобразив отрезок прямой, а потом развернуть его в трехмерном пространстве на заданное расстояние. Разверткой окружностей или дуг можно получить конические и цилиндрические поверхности.
Системы поверхностного моделирования не распознают объемные тела, они представляют их как поверхности соединенные друг с другом и ограничивающие пустой объем.
2 Поверхности вращения получаются вращением плоской грани вокруг определенной оси (круговая развертка).
3 Поверхности сопряжений и пересечений. Позволяют строить в трехмерном пространстве сложные геометрические поверхности, обеспечивающие точное контактное соединение нескоторыхповерностей. Кроме того, поверхности пересечения образуются на основе линий пересечния 2-х и более поверхностей.
Поверхности сопряжения как правило обеспечивают радиусное соединение нескольких поверхностей с целью последующего снижения остаточных напряжений при изготовлении изделия.
4 Аналитические поверхности. Эти поверхности определяются одним математическим уравнением с неизвестными x,y,z.(искомые координаты поверхности)
5 Скульптурные поверхности (поверхности свободной формы). Описываются как правило системой математических уравнений.
Моделирование для Web. Производители систем CAD/CAM/CAE уверенно продвигаются в направлении интеграции своих систем с Интернетом. Встроенные возможности работы с Интернетом уже начинают появляться в таких системах. Используя Интернет в качестве расширения системы геометрического моделирования, команда, работающая над проектом, может при помощи браузеров и подключаемых модулей просматривать модели и работать с ними уже на ранних стадиях процесса разработки.
VRML - стандартный формат для описания трехмерных графических структур, тогда как CGM и DWF являются двумерными форматами. Хотя VRML имеет некоторые ограничения, в частности низкую точность и большие размеры файлов, большинство производителей решили поддержать возможность сохранения в формате VRML, поскольку этот формат является трехмерным. Пользователь, просматривающий такой файл, видит перед собой объемную модель трехмерного тела. Например, щелкая на разных частях модели, пользователь может открывать окна с информацией, предоставленной другими членами команды. Щелкнув в углу картинки, пользователь увидит технические характеристики модели и узнает, что о ней думают его коллеги. Еще одна гиперссылка может указывать на каталог деталей, руководство по стандартам или даже на адрес электронной почты руководителя проекта.
Контрольные вопросы:
1. Каковы два основных способа применения систем геометрического моделирования в жизненном цикле продукта?
2 
. Каков главный недостаток системы твердотельного моделирования но сравнению с системой поверхностного моделирования (с точки зрения большинства пользователей)?
3. Перечислите методы твердотельного моделирования, используемые для создания объемных объектов через определение замкнутых плоских фигур.
4. Опишите преимущества немногообразных систем моделирования перед обычными системами твердотельного моделирования
3 Системы немногообразного моделирования позволяют использовать каркасные, поверхностные, твердотельные и сотовые модели одновременно в одной и той же среде моделирования, расширяя диапазон доступных моделей, они в частности основаны и на контактных моделях.
4 В начале 1990-х гг. растущая потребность в совместном проектировании стала главной движущей силой в разработке систем моделирования устройств. Эти системы аккуратно отслеживают детали и их связь друг с другом, чтобы конструкторы могли работать со своими деталями в контексте всех прочих частей устройства.
Наиболее широко системы моделирования устройств используются в автомобильной и авиационно-космической промышленностях.
Рекомендуемая литература
1. САПР и графика 8`2006
2. Ansys Solutions. Русская редакция.Осень 2005
Контрольные задания для СРС
1.Постройте модели объектов и рассчитайте положения их центров тяжести в системе твердотельного моделирования.
2.Приведите примеры создания некорректных объемных тел в результате булевских операции.
Контрольные вопросы:
1. Каковы два основных способа применения систем геометрического моделирования в жизненном цикле продукта?
2. Каков главный недостаток системы твердотельного моделирования но сравнению с системой поверхностного моделирования (с точки зрения большинства пользователей)?
3. Перечислите методы твердотельного моделирования, используемые для создания объемных объектов через определение замкнутых плоских фигур.
4. Опишите преимущества немногообразных систем моделирования перед обычными системами твердотельного моделирования.