Основные понятия и определения трёхмерного компьютерного моделирования
Каркасная модель (рис. 2, а) полностью описывается в терминах точек и линий. Каркасное моделирование представляет собой моделирование самого низкого уровня и имеет ряд серьезных ограничений, большинство из которых возникает из-за недостатка информации о гранях, заключенных между линиями, и невозможности выделить внешнюю и внутреннюю область изображения твердого объемного тела.
Поверхностная модель (рис. 2, б) определяется с помощью точек, линий и поверхностей [2, 5]. Таким образом, ее можно рассматривать как модель более высокого уровня, чем каркасная модель, и, следовательно, как более гибкую и многофункциональную.
Хотя методы поверхностного моделирования обладают многими достоинствами (хотя бы по сравнению с каркасным моделированием), существует ряд ограничений на их использование, которые в основном связаны с недостаточность точностью представлений для обеспечения надежных данных о трехмерных объёмных телах и расчёта массовых и инерционных характеристик изделий.
Каркасное (а), поверхностное (б) и твердотельное (в) представления модели
Твердотельная модель (рис. 2, в) описывается в терминах того трехмерного объема, который занимает определяемое такой моделью тело. Таким образом, твердотельное моделирование является единственным средством, которое обеспечивает полное однозначное описание трехмерной геометрической формы. Этот способ моделирования представляет собой самый современный и наиболее мощный из трех представленных методов [1, 2, 5].
Программное обеспечение автоматически проверяет геометрию модели при создании каждого элемента для предотвращения появления недопустимой геометрии. В нем также предоставляются разнообразные дополнительные инструменты для проверки модели.
Преимущества твердотельных моделей:
полное определение объемной формы с возможностью разграничения внешней и внутренней областей объекта, что необходимо для обнаружения нежелательных взаимного влияния компонентов;
автоматическое построение трехмерных разрезов компонентов, что особенно важно при анализе сложных сборочных единиц;
применение перспективных методов анализа с автоматическим получением изображения точных массовых и инерционных характеристик, инженерного анализа конструкций методом конечных элементов;
наличие разнообразной палитры цветов, управление цветовой гаммой, получение тоновых эффектов манипуляцией источником света – всего того, что способствует реализации качественных изображений форм, компонентов и сечений;
повышение эффективности имитации динамики механизмов, процедур генерации траектории движения инструмента и функционирования роботов.
Системы твердотельного моделирования ориентированы на формирование моделей конкретных изделий, содержащих как типичные, так и нестандартные, уникальные конструктивные элементы.
Современные CAD/CAM/CAE-системы, как правило, позволяют работать как с твердотельными, так и с поверхностными моделями. При этом объекты типа поверхностей являются очень эффективными (иногда незаменимыми) вспомогательными инструментами для моделирования твердотельных моделей.