Виды 3d-моделей

В настоящее время в основе автоматизированного конструирования машиностроительных изделий лежит объемное моделирование как наиболее естественное и привычное для человека. Объемная модель дает однозначное представление о геометрии объекта, независимое от субъективных факторов, таких как традиции исполнения чертежей и способность индивидуума к распознаванию и восстановлению образа изделия по чертежу. Если модель создана, то это однозначно говорит о том, что материальный объект с такой геометрией существовать может.

Первые системы трехмерного моделирования использовали каркасное представление геометрии, т.е. представление формы в виде набора линий и точек. Однако в связи с недостатками, связанными с невозможностью разграничения внутренней и внешней областей трехмерного тела и невозможностью получения информации о гранях, которая используется в программах инженерного анализа и при генерации программ для станков с ЧПУ, данный тип моделей в современных CAD-системах в чистом виде не используется.

На современном этапе для создания объемной модели конструктор может воспользоваться методами поверхностного или твердотельного моделирования. Долгое время поверхностное и твердотельное моделирования использовались независимо друг от друга – в разных пакетах или в одном, но как два независимых модуля. Однако при создании сложных изделий не всегда можно обойтись только функциями твердотельного моделирования, поэтому большинство CAD-систем стали предоставлять пользователям возможности создания гибридных моделей, сочетающих в себе элементы твердотельной и поверхностной моделей.

Для удобства использования и освоения инженерами систем геометрического моделирования, конечно, лучше бы использовать единственную стратегию моделирования для всех изделий, но, во-первых, часто приходится использовать данные, импортируемые из различных систем, а они могут иметь разные представления. Во-вторых, для ряда инженерных задач эффективнее работать с геометрией 3D, описанной поверхностью. И, наконец, часто бывает проще иметь различные представления для разных компонентов. Например формообразующие поверхности, разрабатываемые для станков с ЧПУ, выгоднее моделировать поверхностью, а для конструкторских приложений использовать твердотельное представление. Если модель предназначена для конструкторского проектирования и инженерного анализа изделия, то для того чтобы вычислить массоцентровочные характеристики, автоматически построить сечения и сгенерировать КЭМ, необходимо использовать твердотельный моделлер. Однако для дизайна изделия и реалистической визуализации внешних поверхностей, от которых зависит облик изделия, лучше подходит поверхностный моделлер. Если же система предназначена для технологического проектирования, то необходима комбинация твердотельного и поверхностного описания.

Поверхностная модель определяется с помощью точек, линий и поверхностей. Метод поверхностного моделирования наиболее эффективен при проектировании сложных криволинейных поверхностей, таких как корпуса автомобилей.

Следует, однако, отметить, что системы поверхностного моделирования не распознают такие формы, как твердые объемные тела. Они представляют их просто как поверхности, соединенные друг с другом неким образом в пространстве и ограничивающие «пустой» объем (рис.3).

Рис.3

Твердотельное моделирование является единственным средством, которое обеспечивает полное однозначное описание трехмерной геометрической формы (рис.4).

Рис.4