Лекция №5. Геометрическое моделирование (1244999), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Возможноавтоматически создавать любой объект и элемент (фаски, скругления) просто указывая их местоположение. После этогоони остаются привязанными к грани при любом ее перемещении.На рис. 18. показаны типовые технологические параметризованные макроэлементы – скругление (рис. 18. а), фаскарис. 18.

б), сквозное отверстие рис. 18. в), вырез рис. 18. г), выступ рис. 18. д), бобышка рис. 18. е). Преимуществапараметрического моделирования особенно сильно проявляются при модификации полученного тела. Например, приувеличении высоты исходного параллелепипеда на рис. 18. в), высота отверстия также увеличится и оно останетсясквозным. При использовании классического твердотельного моделирования отверстие не изменится при увеличениивысоты параллелепипеда и перестанет быть сквозным.Эскизирование с учетом ограничений.

Чертеж временного характера, выполненный на любом материале от руки, вглазомерном масштабе, но с соблюдением пропорций элементов детали, называется эскизом.Существуют ограничения формы – это отношения между элементами контура (например, перпендикулярность междудвумя линиями, касание между дугой и линией и т. п.) и размеров (система генерирует точный контур, удовлетворяющийданным размерам).Изменение геометрических ограничений и/или размеров приводит к различным телам, получаемых в результате данныхопераций.

Этот подход и называется параметрическим моделированием, потому что различные тела генерируютсяпутем изменения параметров. Параметрами могут быть некоторые константы, входящие в геометрические и/илиразмерные ограничения, алгебраические ограничения. Идея параметрического моделирования появилась ещѐ на раннихэтапах развития САПР, но долгое время не могла быть осуществлена по причине недостаточной компьютернойпроизводительности и памяти.Параметризация позволяет за короткое время «проиграть» (с помощью изменения параметров или геометрическихотношений) различные конструктивные схемы и избежать принципиальных ошибок. Параметризация модели основана наистории построения.История построения имеет иерархическую структуру и представляется в виде «дерева» построения. Она включаетописание всех элементов, используемых для построения тела, параметры и последовательность выполненныхопераций.На нижнем уровне размещаются геометрические примитивы (плоские или объемные), параметры примитивов.

На всехпоследующих уровнях могут размещаться сборки тел, полученные в результате преобразований над объектами нижнегоуровня, а также промежуточные результаты топологических операций над отдельными конструктивными элементами. Наверхнем уровне истории создания всегда находится результирующее тело (сборка, узел или агрегат).Известным недостатком параметризации на основе истории построения является необходимость принятия решенияо том, какие параметры модели могут быть изменены, прямо во время создания модели. Если позже захочется вестипараметр, который отсутствует в дереве, решение будет нелегким - придется переделать модель с нуля.История построения обычно теряется при трансляции из одного формата CAD в другой. Транслируется только граничнаямодель тела, которая в таком случае называется «немой» геометрией.

Потеря дерева построения имеет принципиальныйхарактер. Например, исходное изображение шара предполагает координату центра и радиус и занимает минимальную память, атранслируемое тело описывается облаком точек и при увеличении имеет сложную поверхность, которая не определяется какшар. При переносе информации из одной системы в другую часть информации теряется.Трансляторы IGES и STEP не работают с описаниями ограниченных условий и историй, поэтому последующее редактированиесоздаваемых объектов становится затруднительным.

Для обеспечения эффективной трансляции геометрических 3D моделеймежду различными CAD системами приходится разрабатывать специальные трансляторы, например программный комплекс3DTransVidia (компания ТЕСИС, Россия).Принципиальным при твердотельном моделировании является этап концептуальной разработки изделия, анализабудущего изделия при наименьших затратах времени и других ресурсов. Концептуальная геометрическая модельопределяет скорость и низкую себестоимость процесса ее разработки, технологичность и удобство последующегоиспользования. Процедура преобразования исходной модели в новую модель изделия называется модификация.Модификация модели зависит от способа ее построения и базируется на истории создания твердого тела.Твердотельное моделирование наиболее часто используется в следующих случаях:- при проектировании типовых деталей и узлов машиностроительных изделий- для выполнения модификации модели с использованием истории ее создания- для оценки свойств проектируемых деталей - площадь поверхности, масса, центр тяжести и т.п.- для контроля взаимного расположения деталей и работы механизма- для автоматизации подготовки КД и ТД с последующей обработкой на станках с ЧПУКогда конструкция будущей машины проработана в эскизах, определены размеры рабочих органов, рассчитанынагрузки, то можно переходить к твердотельному моделированию отдельных деталей и сборок будущей машины.Наиболее удобной CAD – системой твердотельного моделирования являются для низшего класса AutoCAD, длясреднего SolidWorks/SolidEdge, КОМПАС-3D.Представление структуры данных в различных форматах для однозначного математического описания тел.1.2.3.Представление конструктивной объемной геометрии (constructive solid geometry - CSG).

CSG представлениесохраняет в некотором графе хронологию применения булевых операций на примитивах. Этот граф называютCSG деревом.Граничное представление (boundary representation, B-Rep ) сохраняет граничную информацию для тела(вершины, ребра и грани вместе с информацией относительно того, как они связаны между собой). Эту структуруданных называют B-Rep структурой данных. Последовательность ребер для каждой грани определяетсяпротив часовой стрелки, когда тело рассматривается с его внешней стороны.

Это правило позволяет иметьинформацию о том, где находится внутренняя и внешняя часть тела, т.е. можно для любой точки определить,расположена ли она на внутренней или внешней части тела.Декомпозиционная модель сохраняет тело как агрегат из простых тел типа параллелепипедов. Можновыделить три типа таких моделей:- Вокселные модели;- Модели в форме дерева октантов (octree);- Ячеечные модели.Вокселная модель – это трехмерное расширение растрового представления двумерных форм (воксел - трехмерныйаналог пиксела: pixel - picture element, voxel - volume element).Большой куб области моделирования разделяется на маленькие кубы, называемые вокселами, с помощью объемнойсетки с равным шагом по осям x, y и z.

Этот куб представляется в компьютере трехмерным массивом, каждыйэлемент которого имеет значение 1 или 0, в зависимости от позиции воксела в моделируемом теле. Хотя процессполучения вокселной модели почти такой же, как процесс растеризации, обнаружение перекрытия между телом ивокселом требует более сложных вычислений, чем вычисления в процессе растеризации.Вокселные модели имеют следующие преимущества:- Тело произвольной формы может всегда можно описать достаточно точно.

Например, модели человеческих костей втомографии обычно представляются вокселными моделями.- Легко вычислять массо-инерционные параметры тел простым суммированием соответствующих параметроввокселов.- На таких моделях очень просто выполнять булевы операции.- Легко моделировать препятствия, например, при движении роботов.Однако вокселные модели имеют и недостатки: - требования к затратам памяти резко увеличивается при повышенииточности моделирования. - Вокселные модели принципиально являются только приближенными.- Модели в форме дерева октантов представляют тело как множество кубов, но при этом требования к затратам памятименьше, так как область моделирования делится на кубы по другому, чем для вокселных моделей.

В моделях в формедерева октантов исходный куб области моделирования разделяется на восемь одинаковых кубов, которые в дальнейшемтакже делятся на восемь одинаковых кубов, соответственно, как показано на рис. 15.Если октант расположен полностью в теле, то он отмечается как "черный". Если он расположен полностью вне тела, онотмечается как "белый" (рис. 16.). Если он расположен частично внутри и частично снаружи тела, то он отмечается как"серый" и только такой октант разделяется в дальнейшем на восемь дочерних октантов.

Характеристики

Список файлов лекций