Занятие1

3D-моделирование

3D-моделирование - это процесс создания трехмерной модели объекта. Задача 3D-моделирования - разработать визуальный объемный образ желаемого объекта. С помощью трехмерной графики можно и создать точную копию конкретного предмета, и разработать новое.

История

Одним из создателей компьютерной графики является Иван Сазерленд, который написал программу Sketchpad, позволявшую создавать трехмерные объекты. После защиты диссертации на тему "Наука компьютерной графики" Иван и доктор Дэвид Эванс (David Evans) открыли в университете города Юты первую кафедру компьютерной графики.Полигональное моделирование (polygonal modeling) - это самая первая разновидность трехмерного моделирования. Как известно, если три или более точек координат заданы в качестве вершин и соединены ребрами, то они формируют многоугольник (полигон), который может иметь цвет и текстуру.

На рисунке треугольник и четырехугольник - полигоны. Полигон с тремя вершинами называется триангулированным полигоном, с четырьмя вершинами - квадриангулированным полигоном. Если посмотреть на модели, созданные с помощью полигонов, то можно заметить, что большинство из них созданы именно полигонами с четырьмя и тремя вершинами. Соединение группы таких полигонов позволяет смоделировать практически любой объект.

Недостаток полигонального моделирования состоит в том, что все объекты должны состоять из крошечных плоских поверхностей, а полигоны должны иметь очень малый размер, иначе края объекта будут иметь ограненный вид. Это означает, что если для объекта на сцене предполагается увеличение, его необходимо моделировать с большим количеством полигонов (плотностью) даже, несмотря на то, что большинство из них будут лишними при удалении от объекта.

Благодаря росту мощности процессоров и графических адаптеров, в графических программах наблюдается переход с полигонов на сплайны.

1. Сплайновое моделирование - это вид 3D моделирования, при котором модель создается при помощи сплайнов (Сплайн - от англ. spline - гибкое лекало, в 3D - это трехмерная кривая). Линии сплайнов задаются трехмерным набором контрольных точек в пространстве, которые и определяют гладкость кривой. Все сплайны сводятся к сплайновому каркасу, на основе которого уже будет создаваться огибающая трехмерная геометрическая поверхность.Кроме того, в сплайновом моделировании используются сплайновые примитивы (параметрические объекты, используемые для моделирования объекта). Базовыми сплайновыми примитивами являются:Линия (Line);
2. Дуга (Arc);
3. Спираль (Helix).
4. Окружность Circle (Circle);
5. Кольцо (Donut);
6. Эллипс (Ellipse);
7. Прямоугольник (Rectangle);
8. Многоугольник (NGon);
9. Многоугольник в виде звезды (Star);
10. Сечение (Section);
11. Сплайновый текст (Text)

Когда необходимо контролировать необходимые зазоры, сечения, учитывать физические свойства материала и технологию изготовления изделия, применяются методы промышленного проектирования.

По правильному они называются: САПР (Система Автоматизированного ПРоектирования). С помощью этих систем мы получаем электронно-геометрическую модель изделия (при полигональном или сплайновом моделировании мы получаем визуальный образ)

С помощью САПР можно:

• Сделать чертежи

• По ней можно написать программу для станков с ЧПУ,

• Ее можно параметризировать (это когда изменяя 1 параметр можно изменить модель без переделки)

• Можно проводить прочностные и другие расчеты.

• Ее так же можно послать на 3д печать (и качество будет лучше)

• Сделать рендер.

Познакомимся с САПР "Компас 3DLT V12".

Все профессиональные системы САПР очень дороги и недоступны частным пользователям, даже если это всего лишь 2D-редакторы. Системы же трехмерного моделирования, представленные на рынке, или также очень дороги, или «заточены» на решение какой-либо одной задачи (проектирование кухонь, ландшафтный дизайн и т. д.

КОМПАС-3D LT — доступный для всех программный продукт, легкий в освоении и использовании, полностью русскоязычный, поддерживающий отечественные стандарты. Он специально создан для решения задач частных пользователей и учащихся. Программа абсолютно универсальна, может применяться в любых областях деятельности, позволяет моделировать и вычерчивать абсолютно любые изделия, любые формы.

Главное меню (3D). Команды и меню при работе с трехмерными моделями в Компас 3D LT.

Главное меню трехмерного документа Деталь содержит следующие элементы:

1) Меню Файл

2) Меню Редактор

3) Меню Вид

4) Меню Операции

5) Меню Сервис

6) Меню Окно

7) Меню Справка

8) Меню Библиотеки

Рассмотрим только те команды, которые появляются при работе с документом Деталь.

Меню Редактор.Редактировать элемент - редактирование выделенной операции Этого же можно добиться щелкнув в дереве построения модели правой кнопкой мыши на нужной операции. Для окончания редактирования можно использовать команду Создать объект, расположенную в этом же меню.Меню Вид.1) Дерево модели - показывает последовательность построения 3d модели (список всех операций использованных для ее создания).2) Повернуть - команда позволяет поворачивать модель в пространстве.3) Ориентация - команда служит для установки ориентации модели в пространстве (виды спереди, сзади, сверху, снизу, слева, справа, изометрия XYZ, изометрия YZX, изометрия ZXY, диметрия). Удобней пользоваться этой командой с панели инструментов Вид.4) Отображение - задает различные виды отображения 3d модели (каркас, без невидимых линий, невидимые лини тонкие, полутоновое, полутоновое с каркасом, перспектива). Удобней пользоваться этими командами с панели инструментов Вид5) Упрощения - используется для быстрого отображения линий для каркасных способов отображения.6) Скрыть - позволяет скрыть скрыть конструктивные оси, вспомогательные плоскости, системы координат, эскизы или вообще все вспомогательные элементы. Тогда на экране будет видна только выполненная 3D модель.

Меню Операции.Это основное меню для трехмерных документов. Здесь собраны все операции по созданию и редактированию 3D моделей.1) Эскиз - после того, как вы выберете плоскость (удобней это сделать в дереве построения модели левой кнопкой) на ней можно будет создать эскиз для последующей операции. Например, эскизом будет окружность, операция - выдавливание этого эскиза на определенную высоту, полученная деталь - цилиндр. Также команду Эскиз можно вызвать щелкнув правой кнопкой на нужной плоскости в дереве построения модели и выбрав из списка команду Эскиз.2) Эскиз из библиотеки - в библиотеке можно выбрать уже готовые эскизы для создания 3D модели шпоночного паза, патрубка, штуцера.3) Операция - содержит четыре основные команды для создания элементов модели с добавлением материала (операция вращения, операция выдавливания, кинематическая операция, операция по сечениям)4) Деталь-заготовка - эта команда позволяет использовать уже созданную 3D деталь в качестве заготовки для новой.5) Вырезать - антипод подменю Операция, так как содержит 4 команды для создания элементов модели с удалением материала (вырезать выдавливанием, вырезать вращением, вырезать кинематически, вырезать по сечениям).

6) Пространственные кривые - содержит команды для построения точки, конической спирали, цилиндрической спирали, ломаных, сплайнов. Можно использовать, к примеру, для создания 3D модели пружины.

7) Поверхность - позволяет импортировать файл поверхности формата ACIS в Компас.

8) Ось - команды для создания вспомогательных осей: проходящей через две вершины, проходящей по прямой пересечения двух плоскостей и (или) двух граней, проходящей через прямолинейное ребро, оси конической или цилиндрической поверхности.

9) Плоскость - команды для построения вспомогательных плоскостей различными способами, наиболее часто используемой из которых является команда Смещенная плоскость.

10) Элементы оформления - команды для нанесения различных размеров (линейных, угловых, радиальных, диаметральных), шероховатостей, баз, допусков формы, линий выносок, знаков клеймения и маркировки - на выполненную 3D модель.

11) Линия разъема - создание линии разъема поверхности по эскизу.

12) Фаска, Скругление, Отверстие, Ребро жесткости, Уклон, Оболочка - эти команды позволяют создать соответствующие элементы на 3D модели.

13) Сечение - используется для создания сечения модели поверхностью или по эскизу.

14) Массив элементов - создание массивов операций по сетке, по концентрической сетке, вдоль кривой. Например, на основе одного отверстия в детали можно добавить еще три с шагом между ними по окружности в 45 градусов.

15) Зеркальный массив - создает зеркальную копию выбранного элемента

Принципы построения изометрии в Компасе такие:

1. Сначала в выбранной системе координат, выбирают плоскость, на которой будут чертить.
2. Создают эскиз – основу детали.
3. Операциями выдавливания, вращения, кинематической или по сечениям получают объемную заготовку детали.
4. Из этой заготовки вырезают или приклеивают к ней недостающие элементы. Предварительно создают соответствующие эскизы.

Последовательность моделирования в Компас 3D объемных деталей такая:

1. Перед началом черчения в окне трехмерного редактора в меню «Вид», жмем кнопку «Ориентация», выбираем изометрию XYZ;
2. В дереве модели жмем на плюсик Начало координат, выбираем плоскость, в которой будем чертить эскиз (чаще всего это плоскость ZX– горизонтальная);
3. Строим эскиз – тут все как в 2D редакторе: панели и инструменты те же;
4. После завершения работы с эскизом отжимаем кнопку «Эскиз» (некоторые мои студенты, не выйдя из эскиза, пытаются начать строить модель, не находят нужных кнопок и расстраиваются);
5. В панели «Редактирование» выбираем команду выдавливания, вращения, кинематическую, по сечениям. Одну, с помощью которой собираемся строить 3d модель.

Изучаем операцию Выдавливание

7б

Давыдов Никита

Коновалов Глеб

Макрушин Алексей

Потапкин Максим

Ярмошенко Александр

Семидотский Вадим

Ямашкин Артём