Построение модели ландшафта в CATIA V5 R19

Константин Шурцов

В настоящее время инженеры испытывают острую потребность в программном продукте, который позволял бы проектировать объекты с учетом ландшафта местности. Такой продукт необходим при строительстве различных объектов в атомной и гидроэнергетике, при проектировании дамб, в нефтегазовой отрасли при проектировании трубопроводов, планировании сельскохозяйственных угодий.

Современный мир давно перешел на работу с интерактивными документами. Программное обеспечение постоянно развивается, и расширяются области его применения в различных отраслях. На протяжении многих лет компания Dassault Syst иmes является мировым лидером в области разработки программного обеспечения для автоматизированного проектирования. Dassault Syst иmes предлагает продукт CATIA V5 для решения задач различной степени сложности, в том числе в области ландшафтного проектирования.

Ландшафтное проектирование в CATIA V5

CATIA V5 позволяет проводить построение рельефа, осуществлять планирование и имитационное моделирование процесса строительных работ в контексте осваиваемой территории. CATIA V5 помогает сократить временные затраты на вычисления, представить, как будет выглядеть реальный объект, исключить возможные неточности, связанные с особенностями ландшафта, на предварительной стадии проектирования. Изменение и редактирование трехмерной модели производится в короткий срок за счет параметризации построения и наглядности процесса проектирования, в то время как для корректировки всей документации в 2D могут потребоваться недели. В CATIA V5R19 появилась возможность проектировать большие объекты с учетом ландшафта в масштабе 1:1 до 100 км, что существенно расширяет рамки применения.

Импортирование облака точек в CATIA V5 с помощью операции Import

С чего начать

Для того чтобы получить трехмерную модель интересующего нас участка ландшафта, нужно импортировать облако точек. Иными словами, нужно импортировать отсканированную поверхность, полученную либо лазерным или оптическим сканированием из космоса посредством аэрофотосъемки, либо наземным способом. CATIA V5 поддерживает импорт практически всех форматов данных производителей измерительного оборудования. Решение CATIA V5 позволяет импортировать сетки, решетки, сканы и облако точек в таких форматах, как ASCII free, ASCIIRGB, Atos, CGO, Gom-3d, Hyscan, IGES, Kreon, Opton, Steinbichler, STL и 3Dxml. Пользователь может предварительно просмотреть, масштабировать, отредактировать единицы измерения выходных данных, создавать и работать с поверхностями, полученными на основе импортированного облака точек. Также CATIA V5 позволяет создавать поверхности по существующим топографическим картам.

Богатые возможности CATIA V5

Создание поверхности ландшафта по облаку точек в CATIA V5 с помощью операции Mesh Creation

Моделирование ландшафта местности начинается с создания поверхностей. В CATIA V5 включен раздел Shape по созданию сложных поверхностей, который может применяться в различных отраслях. В состав этого раздела входят модули для создания поверхностей, функционал которых может использоваться непосредственно при ландшафтном проектировании:

• Generative Shape Design — позволяет проектировать сложные поверхности с применением каркасов и конструктивных элементов в контексте нескольких поверхностей;
• Freestyle — используется для интуитивного, динамического создания поверхностей путем протягивания профилей по нескольким направляющим;
• Sketch Tracer — помогает встраивать стилистические работы (например, 2D-рисунки) в 3D-формат в качестве основы для будущего виртуального 3D-макета;
• Quick Surface Reconstruction — с его помощью можно легко и быстро восстановить поверхности, полученные из оцифрованных данных, которые были очищены и конвертированы в мозаичную сетку с помощью CATIA Digitized Shape Editor;
• Digitized Shape Editor — применяется для операций с цифровыми данными: импорт, очистка, тесселяция, поперечное сечение, строка знаков, проверка формы и качества — средствами диагностики в режиме реального времени;
• Shape Sculptor — мощный инструмент, позволяющий пользователю быстро создавать и редактировать поверхности на основании модели или имеющегося физического представления. Модуль имеет набор инструментов, непосредственно связанных с проектированием ландшафта:

- Mesh Enrichment (уточнение поверхности) — детализирует участок выбранной поверхности, используя более плотное облако добавочных точек, формирующих этот участок. Можно задать предел и направление для добавляемых точек,

- Z Level Mash (создание поверхностей по имеющимся ландшафтным уровневым линиям) — в качестве исходных данных выступает облако линий,

- Z Lavel Map (создание ландшафтных уровневых линий) — для создания линий уровня необходима сама поверхность и исходная точка (нулевая точка отсчета). Параметры операции: расстояние от исходной точки, шаг, количество уровней и подуровней, цвета уровневых и подуровневых линий, отображение аннотаций. Возможно отображение линий уровня как на плоскости, так и непосредственно на поверхности,

- Multi-Section Slice (разделение объема на пласты) — входными данными являются объем грунта, представленный в виде облака поверхности, и сечения. В результате получается набор пластов, представленных в виде облаков поверхностей, окрашенных различными цветами для удобства восприятия. Эта операция необходима для быстрого разделения объемов грунта на участки с одинаковыми свойствами содержимого пластов. Например: земля — песок — вода — глина.

Создание линий равных высот на ландшафтной поверхности в CATIA V5 посредством операции Z Level Map

Методология проектирования в контексте ландшафта

При работе с большими объектами в CATIA V5 существуют предварительные настройки, такие как выбор масштаба и единиц измерений, а также регулировка коэффициентов отработки текстур. Методология создания поверхностей ландшафта включает минимум операций. Возможно создание поверхностей ландшафта по облаку точек, а также по облаку линий.

Рассмотрим методологию создания ландшафтной поверхности по облаку точек. Импортирование облака точек осуществляется в модуле Digitized Shape Editor с помощью операции Import (Импорт). Импорт может осуществляться из одного файла или группы файлов данных, причем рекомендуется, чтобы эта группа файлов имела одинаковую систему координат. CATIA V5 предлагает обширный функционал по редактированию облака точек: активировать, фильтровать, удалять, конвертировать, выравнивать и т.д. После того как произведен импорт облака точек, в том же модуле создается ландшафтная поверхность с помощью операции Mesh Creation (Создание поверхности). При создании поверхности предусмотрена возможность выбора соединения между точками — трехмерного или двумерного. Кроме того, можно задавать определенное расстояние связи между точками, расстояние для связи в разрывах и для получения более качественной поверхности. Определение создания поверхности содержит несколько вариантов отображения поверхности. После создания ландшафтной поверхности можно провести анализ на предмет выявления дефектов нарушения целостности и получить следующую информацию по созданной поверхности: количество точек, минимальная и максимальная высоты точек, площадь и т.д.

В качестве входных данных для метода создания ландшафтной поверхности по линиям могут служить топографические карты, содержащие линии высот с указанием значений этих высот. Точность создания поверхности в этом случае будет ограничиваться точностью используемых чертежей. Отсканированный чертеж вставляется как рисунок в CATIA V5, например, с помощью инструментов модуля Sketch Tracer. Для обрисовки линий высот используется функционал модуля Freestyle, а именно инструмент создания 3D Curve (Пространственная кривая). Каждая линия создается на соответствующей отметке высот, представленной плоскостью, смещенной на необходимое расстояние от нулевого уровня. Полученные кривые представляют собой линии уровней высот.

Затем с помощью функционала модуля Digitized Shape Editor из кривых создаются Scans (Облака линий). Это достигается инструментом Discretize Curves (Дискретизация кривых). Отметим, что от степени дискретизации зависит не только точность и реалистичность полученной модели поверхности ландшафта, но и сама возможность применения дальнейших операций. Рекомендуемый режим дискретизации для работы с ландшафтной поверхностью Mode — Chord (Режим по хордам). Полученные облака линий объединяются в одно облако посредством операции Merge Clouds (Объединить облака) модуля Digitized Shape Editor. Поверхность создается с помощью специализированной операции Z level Mesh модуля Shape Sculptor. Напомним, что точность данного метода зависит от точности топографических чертежей. Основное преимущество этого способа — низкая себестоимость создания поверхности, поскольку нет необходимости проводить дорогостоящее сканирование местности, при условии наличия топографических чертежей.

Проектирование дамбы в CATIA V5 с учетом ландшафта

На созданную поверхность в модуле Shape Sculptor с помощью операции Z Lavel Map(Линии равных высот) можно наложить линии уровней, на основе которых создается чертеж местности. При необходимости уточнения какого-либо участка ландшафтной поверхности, который будет применяться непосредственно для проектирования объекта, можно использовать операцию Mesh Enrichment (Уточнение поверхности), а в качестве входных данных для этой операции будет применяться более плотное облако точек этого участка.

Полученная поверхность используется при проектировании строительных объектов и сооружений (дамбы, здания и т.д.), агрегатов атомных и гидроэлектростанций, а также при проведении различного рода анализа с учетом ландшафта. Полученную ландшафтную поверхность можно использовать в любом модуле CATIA V5, а также экспортировать и применять в других САПР.

Преимущества

К богатому функционалу CATIA V5 по созданию и редактированию поверхностей в 19-м релизе добавился специализированный функционал для ландшафтного дизайна. В результате проектировщики получили мощный инструмент по работе с ландшафтом. Трехмерное проектирование при строительстве позволяет исключить риск ошибок при разработке объекта на различных стадиях. Ландшафтное проектирование в 3D-среде позволяет более точно и заблаговременно оценить проектируемые действия. Все построения параметризованы и ассоциативны, что позволяет с легкостью создавать варианты проектов. Заказчики, взявшие на вооружение инструмент для ландшафтного проектирования, получат следующие преимущества:

• сверхбыстрое предварительное проектирование для лучшей разработки внедряемых решений;
• своевременная и точная оценка затрат проекта;
• быстрое создание и легкое редактирование 3D-модели;
• точная трехмерная визуализация объекта.

Выпуск функционала для ландшафтного проектирования является следующим этапом после появления таких модулей, как Plant Layout и Structure Design по адаптации САПР CATIA V5 под нужды строительной отрасли.

САПР и графика 6`2009