Сегодня одной из самых популярных направлений, в которых соревнуются MCAD системы, является возможность прямого редактирования твердых тел. Преимущество данной технологии состоит в том, что пользователи напрямую манипулируют геометрией независимо от того, когда и как она была создана.
Такая технология в системе ADEM развивается практически с самого начала разработки, так как задача редактирования “чужих” моделей была поставлена как один из наивысших приоритетов для CAD/CAM/CAPP системы конструкторского, технологического и производственного сектора. Тогда же, в начале 90-х, были сформулированы основные принципы решения данной задачи.
Известно, что практически все системы объемного моделирования, в том числе и ADEM, имеют механизм внесения изменений в геометрию твердотельных объектов с использованием истории построения. Изменяя те или иные параметры в дереве построений можно эффективно получать новую геометрию ранее созданных 3D объектов. Интересно, что плоские CAD системы, в отличие от объемных, как правило имеют идеологию прямого редактирования.
Несмотря на многие достоинства, метод редактирования через историю имеет существенные недостатки, которые сильно ограничивают область его применения.
Недостаток первый – невозможность внесения изменений, противоречащих исходной логике построений.
В первую очередь это связано с тем, что различные методы построений элементов реализуют построение объектов разных топологий. И изменения параметров в рамках метода не позволяют получать объекты другого вида.
Например, если была построена пирамида, то превратить ее в трубу можно только полной заменой объекта и метода построений. Или, если объект был построен методом “сфера” с параметрами точка центра и радиус, то, как ни крути этими данными, спираль не получишь.
Второй недостаток - результат редактирования получается после регенерации (построения заново) модели согласно измененному дереву, а при редактировании дерева можно непреднамеренно внести изменения, которые сделают модель некорректной. Умение работать с такими ситуациями есть своего рода искусство пользователя, которое требует дополнительной подготовки.
Третий недостаток – невозможно редактирование в отсутствии дерева истории построений или в случае его дефекта.
Потеря истории построений встречается практически во всех случаях обмена файлами между разными системами моделирования. Дело в том, что и методы построений, и их реализация в различных программных продуктах существенно отличаются. Причиной тому - постоянное совершенствование этих методов, в основе которого лежит конкуренция на рынке систем моделирования.
Задача редактирования объектов в отсутствии истории построения крайне актуальна. Особенно это касается производственного сегмента. Не секрет, что получаемые от проектантов модели деталей требуют технологической доработки. В чистом виде, без внесенных изменений изготавливать детали по ним невозможно.
В принципе, одним из решений для производства, работающего с различными заказчиками, является наличие всех видов CAD систем, которые те применяют. Само по себе это довольно дорогое удовольствие, особенно, если учитывать необходимость в подготовленных кадрах и постоянное обновление этих программных средств, дабы правильно интерпретировать входную информацию.
Поэтому, наличие в системе, стоящей на производстве, методов прямого редактирования крайне востребовано.
Несколько слов о самой задаче. В принципе любая CAD система позволяет вносить изменения в импортированный объект. Например, можно сделать скругление на ребре, можно просверлить отверстие, можно добавить материал и т.п.
Сложность возникает, когда нужно изменить радиус уже существующего скругления, убрать, передвинуть или изменить диаметр отверстия и т.д. Вот с такого рода задачами дело обстоит куда сложнее. С точки зрения истории построения модели данное редактирование относится не к добавлению новых этапов к дереву построений, а к изменению тех, что уже в нем есть. И это при отсутствии самого дерева!
Сразу заметим, что исследования в области автоматического воссоздания дерева построений на основе распознавания геометрических образов – Automatic Feature Recognition (AFR) имеют весьма скромные результаты, которые применимы лишь для узкого класса объектов. Так, например, в системе ADEM данный метод используется при распознавании отверстий для технологической подготовки (рис 1).
Рис 1. Распознавание отверстий
Так как применение метода AFR для редактирования сложных деталей проблематично, в 90-х годах был предложен иной принцип (см. “Применение CAD/CAM ADEM для изделий со сжатым циклом разработки”, “САПР и графика”, N4, 1999). Он получил название – Assigned Feature Representation (AsFR). Суть этого подхода довольно проста.
Поскольку редактирование осуществляет человек, то пусть он сам и определит метод построения выбранного объекта. Ведь ни одна программа пока не умеет распознавать образы лучше человека. Например, если он собирается редактировать отверстие, то пусть он и скажет, что данный объект есть отверстие, а система ему должна предложить инструмент для выполнения процедуры редактирования.
Этот метод позволяет, например, выбрать сферическую область на теле и сказать, что это есть призма. При этом, вместо сферической части появится призматическая, с заданными параметрами. Подобная схема основана на замене одного фрагмента другим.
Кроме процедуры замены для редактирования твердотельных объектов нужны и другие возможности. Их перечень соответствует стандартному набору операций с самими телами: перенос, поворот, копирование, удаление и т.п. В системе ADEM эти операции, применимые и к фрагментам тел, и составляют основу прямого редактирования.
Рассмотрим ряд примеров использования прямого редактирования в ADEM (рис. 2-6).
Рис 2. Изменение радиусов скруглений
Рис 3. Удаление фрагмента
Рис 4. Изменение числа фрагментов (копирование)
Рис 5. Перемещение фрагмента
Рис 6. Замена фрагмента
Следует заметить, что в этих примерах меняется не только геометрия тела, но и его топология. Иными словами, с помощью прямого редактирования фрагментов можно выполнять довольно глубокие изменения модели.
В системе ADEM фрагментом может быть объявлена группа поверхностей, имеющая смысловое для пользователя значение. Причем фрагменты могут иметь практически любой уровень сложности.
Еще один важный метод прямого редактирования, реализованный в системе ADEM – изменение положений вершин (рис. 7). Он позволяет вносить такие изменения в геометрию тела, которые зачастую невозможно делать, используя историю построения.
Рис 7. Изменение положений вершин
Изменения подобного рода в системе ADEM могут выполняться как “вручную”, так и параметрически, с использованием размерных цепей.
Существует еще один аспект, связанный с редактированием импортируемых моделей. Дело в том, что не все системы работают с твердыми телами. Точнее сказать, что не все модели могут содержать граничное представление геометрии виде BRep-структуры (трехмерное тело представляется набором связанных друг с другом поверхностей, задающих границу между представляемым телом и остальным пространством).
В системе ADEM предусмотрен аппарат, восстанавливающий данную информацию на основе исходной геометрии. Он имеет двойную направленность, так что всегда твердое тело можно разобрать и собрать из поверхностей. Могут приходить модели и с низкой точностью. Для этого случая в системе есть средства лечения.
Если перед пользователем не стоит задача редактирования импортируемых моделей, и весь процесс создания производится в ADEM, то функционал прямого редактирования также не будет лишним. В ряде случаев он дополнит средства обычного редактирования с деревом построений. Такая комбинация методов позволяет иногда эффективно решать довольно сложные задачи.
Интересно, что операции прямого редактирования в системе ADEM заносятся в дерево истории и могут в последствии подвергаться параметрическому редактированию.
Возможности системы ADEM в части прямого редактирования на этом не завершаются. Большой круг задач может решаться в рамках работы с методами поверхностного моделирования. К ним относятся удаление поверхности, зашивка, слияние, затяжка и другие процедуры построения поверхностей с учетом граничных условий.
Аппарат прямого редактирования в системе ADEM постоянно совершенствуется. Этому способствует большой практический опыт работы компании со многими отраслями промышленности в России и за рубежом.
В заключение следует упомянуть также известные нам CAD системы, которые не просто декларируют, а реально имеют сегодня в своем наборе опции прямого редактирования без дерева истории. Это: CoCreate Modeling, KeyCreator, Alibre Design и SpaceClaim. За последнее время к этому списку присоединились: CATIA V6 Live, ProE Wildfire 5.0 Shape, Autodesk Inventor Fusion и другие известные продукты. Чтобы ответить на вопрос являются ли новые возможности действительно способами прямого редактирования, достаточно будет провести простой тест на редактирование импортированной детали.
Заметим, что именно в системе ADEM функционал прямого редактирования приобретает особую прикладную значимость потому, что ADEM это интегрированная CAD/CAM/CAPP система для конструкторско-технологической подготовки производств, которые могут иметь широкий круг заказчиков, оснащенных разнообразными САПР.
автор статьи: Быков А.В.