Часть II. Модификация объемных тел
Любые объекты, созданные в CAD/CAM системе или импортированные из других систем, подвергаются, как правило, редактированию. Это происходит и в процессе создания проекта, и при исправлении ошибок, и при внесении изменений.
Возможность модификации объемных моделей - одна из главных функций современного программного обеспечения для конструкторско-технологической подготовки производства. Эффективность методов редактирования напрямую влияет на снижение времени и затрат на проектирование.
Рис.1 Редактирование моделей - одна из основных функций CAD/CAM систем
Первое, что научились делать CAD системы в части редактирования - производить изменение положения тел в пространстве перемещением и поворотом. Вместе с этим появились функции масштабирования, зеркального отражения и копирования. Но этого явно было недостаточно. Требовалось научиться вносить изменения в геометрию самого объекта.
Еще совсем недавно единственным способом внесения изменений в геометрию модели было построение модели заново. То есть любое изменение приводило к повторению всего процесса моделирования. Поэтому, изменения вносились обычно не в процессе их поступления, а после накопления до некоторой "критической массы" или "критической даты".
Серьезным шагом к оптимизации процесса редактирования стало ПРОВЕДЕНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ. При локализации выделяется та часть модели, которая подвергается изменениям, и лишь этот фрагмент перестраивается заново, а затем присоединяется к модели.
Рис.2 Локализация внесения изменений
Для реализации метода потребовалось разработать процедуры разделения и сшивки, ненарушающие геометрию нередактируемой части. Недостатками метода локализации были и остаются:
* сложность (очень часто - невозможность) определения и выделения независимой области
* проблемы с соблюдением граничных условий на стыке редактируемой и нередактируемой зон
* трудоемкость процесса моделирования заново редактируемой части
Поэтому данный метод эффективно применяется, в основном, в системах с развитыми функциями поверхностного моделирования.
Вторым серьезным шагом к автоматизации редактирования стал метод, использующий ИСТОРИЮ СОЗДАНИЯ модели.
Вначале применялась его простая разновидность - откат до некоторого состояния, на котором создавалась исправляемая часть модели, и моделирование с учетом изменений, начиная с этого этапа. Это позволяло исключить повторение работы, проделанной до момента создания редактируемой части.
Простая разновидность метода довольно широко применяется пользователями практически всех систем в тех случаях, когда результата можно добиться откатом на несколько шагов. Если же для внесения изменений необходимо вернуться далеко назад, то метод становится все более трудоемким.
Рис.3 Откат до этапа создания изменяемой части
Более эффективным является разновидность метода - ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПО ИЗМЕНЕННОЙ ИСТОРИИ СОЗДАНИЯ с автоматическим восстановлением геометрии модели по данным дерева истории. При этом система сама восстанавливает геометрию модели по информации записанной в истории создания. Это позволяет исключить повторения всех действий пользователя, кроме, конечно, внесения самих изменений.
Возможность регенерации геометрии по истории сегодня является одним из самых распространенных способов автоматизации внесения изменений. этот метод также очень часто называют параметрическим. Рассмотрим более подробно механизм его работы.
В отличие от геометрической и топологической модели дерево истории содержит в себе не столько сами объекты, сколько ссылки на процедуры, производимые пользователем, параметры, вводимые пользователем, и ссылки на объекты, используемые при создании модели. Этих данных вполне достаточно, чтобы полностью восстановить геометрию изделия, для чего система должна лишь выполнить все действия согласно записанному протоколу, используя ссылки и параметры.
Если в истории изменить параметры, например, значения радиуса скругления или высоту смещения профиля, то в результате регенерации будет создана геометрия, отличная от исходной. То же произойдет, если изменить геометрию профилей, на базе которых строились объемные тела.
Рис.4 Редактирование с использованием истории: изменение параметров
Для упрощения процесса выхода в нужную точку дерева истории применяются визуализаторы дерева, представляющие историю в графическом виде. В системе ADEM выйти в нужную точку можно как через визуализатор, так и просто указав на модели элемент, который будет подвергнут изменениям.
В случае моделей высокой сложности, регенерация может занимать довольно большое время, так как система выполняет все действия заново, хотя и автоматически. Для оптимизации этого процесса в системе ADEM применен метод, схожий с методом локализации изменений, когда регенерируются только части, в которых происходит изменение. Остальные берутся в готовом геометрическом виде.
Редактирование с использованием истории является эффективным методом, применяется как в системах поверхностного, так и твердотельного моделирования, но этот метод имеет два серьезных недостатка.
Рис.5 Редактирование с использованием истории: изменение параметров и профайлов
Первый недостаток - регенерация модели не всегда возможна после внесения изменений. Это происходит тогда, когда изменение требует отличного от записанного в историю протокола воссоздания. В этом случае система восстановит геометрию лишь частично. В некоторых случаях исправить ситуацию можно перестановкой действий в протоколе. Иногда требуется замена одних процедур на другие. Могут быть случаи, когда нельзя обойтись без введения дополнительных событий в историю.
Второй, и очень серьезный, недостаток - невозможность обмена историями между различными системами.
Уважаемый читатель наверняка сталкивался с проблемами передачи геометрии из системы в систему. И это не смотря на то, что стандартам типа IGES, VDA, STEP, DXF и др. уже много лет. Реального стандарта хранения дерева истории сегодня, к сожалению, даже не существует. Да и создать его значительно сложнее, чем геометрический стандарт. Ведь он должен отражать функциональность систем, а это как раз область скорее конкуренции, нежели кооперации.
Проблема модификации модели, полученной из другой системы, сегодня является сверх актуальной. Например, конструкторские и технологические задачи решаются на разных типах систем. Производители штампов, прессформ и другой оснастки тоже работают в иных системах, нежели их заказчики. А ведь чтобы сделать модель прессформы, нужно поменять в исходной модели изделия многие параметры. Да и просто в мире есть множество различных подходов к объемному моделированию и при этом есть необходимость кооперации.
Возможен ли другой способ редактирования "чужих" моделей, кроме как строить их заново или кропотливо заниматься локальными изменениями?
Начиная работу над шестой версией системы ADEM, разработчики понимали условия, в которых будут работать пользователи. Ведь далеко не все проекты решаются в рамках одной системы. Большинство пользователей являются, условно говоря, "подрядчиками", которые получают исходные данные из систем любых уровней: верхнего, среднего, легкого, и даже из дизайнерских программных продуктов, которые и CAD системами-то назвать сложно.
Одним из методов, предназначенных для редактирования импортированных моделей в системе ADEM, является ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПО ИЗМЕНЕННОМУ КАРКАСУ.
Геометрическая модель в простейшей интерпретации состоит из поверхностей, ребер, и вершин. Если модель твердотельная, то присутствует еще и топология, описывающая взаимосвязи между этми объектами. Идея метода проста - производить изменение положения вершин в пространстве, после чего восстанавливать по ним модель.
Рис.6 Восстановление по измененному каркасу: ручное и параметрическое
Вносить изменения можно двумя способами: корректируя положение вершин вручную, например процедурой "перенос", или корректируя вершины параметрически, изменяя значения размеров.
Метод применим для широкого класса деталей и типов изменений удобен и понятен для пользователей. Но как и все в этом мире, имеет ряд ограничений. Например, его невозможно использовать для редактирования скруглений, так как после процедуры скругления теряются данные об исходном ребре и его вершинах.
Для редактирования "чужих" скруглений в системе ADEM применяют функции ВОССТАНОВЛЕНИЕ КАРКАСА. Одна из таких процедур называется "Острый угол" (Sharp corner). Пользователь указывает поверхности, принадлежащие скруглению, и система восстанавливает угол, каким он был до скругления. Теперь можно задать новое значение радиуса и получить измененный результат.
Рис.7 Изменение скругления функцией "Острый угол"
Функция "Острый угол" довольно проста в применении, но относительно сложна в реализации, как и любая задача, связанная с восстановлением утраченной информации. Очень часто имеется не одно, а несколько решений. Но во многих случаях функция позволяет получить хороший результат.
Еще более серьезные проблемы имеет ныне модный метод - ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИСТОРИИ РАСПОЗНАВАНИЕМ ФИЧЕРСОВ (Feature Recognition Method). По исходной импортированной геометрии предполагается распознать историю создания и построить дерево истории. Не буду подробно останавливаться на этом методе, скажу только, что сегодня не существует ни одного продукта, который бы удовлетворял реальным задачам. На деталях, которые можно описать кубиками и цилиндрами, еще можно получить какие либо результаты, но не более.
Распознавание фичерсов имеет вероятностный характер и может не создавать рационального, с точки зрения пользователя, представления модели. Например, любой объект может быть описан в пределе системой сфер. Но что будет делать пользователь со множеством этих шариков для редактирования модели?
Omega technologies ltd. со своими партнерами работает над другим методом, котрый получил название ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИСТОРИИ НАЗНАЧЕНИЕМ ФИЧЕРСОВ ( AsFR - Assigned Feature Representation). Суть метода состоит в том, что пользователь сам назначает фичерс перед редактированием. Например, если он хочет отредактировать скругление, то указывает на поверхности, входящие в это скругление и назначает им фичерс - "скругление". После этого данные поверхности редактируются как скругление заданного радиуса.
Подобная методика внедрена в плоскую часть системы ADEM довольно давно. С помощью нее можно, например, параметрически редактировать чертежи, импортированные из других систем через формат DXF. Несомненно, что для задач объемного моделирования требуется значительно более сложный механизм.
Рис.8 Внесение изменений в сборку методами восстановления
В случае успеха в разработке этого метода пользователи получат уникальный инструмент внесения изменений в объемные модели. Предполагаемый срок реализации - середина 2002 года ( ADEM v 8.0).
Итак, мы рассмотрели основные методы автоматизации внесения изменений в объемные модели:
ПРОВЕДЕНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПО ИЗМЕНЕННОЙ ИСТОРИИ СОЗДАНИЯ
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПО ИЗМЕНЕННОМУ КАРКАСУ
ВОССТАНОВЛЕНИЕ КАРКАСА
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИСТОРИИ РАСПОЗНАВАНИЕМ ФИЧЕРСОВ
ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИСТОРИИ НАЗНАЧЕНИЕМ ФИЧЕРСОВ
Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. В своей комбинации они представляют универсальный аппарат редактирования трехмерных моделей. Средство это постоянно развивается и совершенствуется изо дня в день, от версии к версии.