Путь Alias

Роман Хазеев

Autodesk Product Design Suite Ultimate (рис. 1) — новое решение компании Autodesk в области проектирования изделий легкой промышленности. Это наиболее полное и экономичное соединение следующих продуктов:

• Autodesk Inventor Professional;
• Autodesk Alias Design;
• Autodesk 3ds Max Design;
• AutoCAD Mechanical;
• Autodesk Showcase;
• Autodesk SketchBook Designer;
• Autodesk Vault;
• Autodesk Mudbox.

Стоимость комплекса в 1,5 раза ниже суммарной стоимости всех компонентов, приобретаемых по отдельности.

Именно этот программный комплекс был выбран одной крупной производственной фирмой — клиентом компании CSoft для создания цифрового прототипа скейтборда.

Рис. 1. Комплект Autodesk Product Design Suite Ultimate

Выбор был обусловлен в первую очередь тем, что в состав Autodesk Product Design Suite Ultimate включен Autodesk Alias Design — самый совершенный комплекс для промышленного дизайна, де­факто являющийся стандартом в своей отрасли: более полного функционала для проектирования поверхностей и создания концептуальных эскизов не предоставляет ни одна программа по NURBS­проектированию в схожем ценовом сегменте. Также стоит отметить наличие встроенных средств визуализации и анимации, позволяющих не только спроектировать изделие, но и создать красочную презентацию для представления его заказчику.

Для осуществления более гибкой визуализации в комплект поставки включен революционный продукт компании Autodesk — Autodesk Showcase, специализированное программное средство для создания многовариантных представлений проектных изделий. Возможности Showcase позволяют создавать качественные визуализации изделий в реальном времени в фотореалистичных окружениях и материалах, выбирать облик изделий: менять предустановленные материалы на другие, заложенные в модель, просматривать анимацию сборки и создавать фотореалистичные изображения с помощью новейшего движка визуализации реального времени — RayTracer. Уникальной является и унифицированная библиотека материалов, единая для всех программных продуктов компании Autodesk. Проект, собранный в 3ds Max, Revit, Inventor, Alias — в любом из продуктов Autodesk, откроется в Showcase без каких­либо проблем со всеми присвоенными материалами.

Кроме того, в программный комплекс включен доработанный модуль Vault — хранилище и программное средство, обеспечивающее непревзойденное качество совместной работы. Файлы поверхностей, созданные дизайнером, легко могут быть переданы в Inventor проектировщику, а затем — начальству в Showcase для просмотра файлов и их дальнейшей ревизии.

Стоит сказать, что выбор такого объемного программного комплекса оказался правильным, а набор программ — не избыточным. Далее в этой статье я покажу, насколько удобно реализован в комплексе переход из Alias в Inventor и обратно, что позволяет комбинировать инструменты твердотельного и поверхностного проектирования.

Autodesk Mudbox, довольно сильно переработанный к 2012 году, позволил проектировщикам создавать концептуальные модели не только в 2D, но и в 3D. Его тесная взаимосвязь с 3ds Max, как у Alias с Inventor, позволяет осуществлять концептуальное проектирование изделий на основе MESH­сеток, не задумываясь о поверхностях и топологии, реализуя самые смелые идеи, упрощая и импортируя которые в среду 3ds Max пользователь получает возможность применить их в качестве трехмерного эскиза в программных комплексах промышленного моделирования.

Примерная последовательность операций показана на рис. 2.

Рис. 2. Pipe-line работы по моделированию концептуальных изделий

Компания CSoft первой на российском рынке стала продвигать Autodesk Alias «в массы»: для популяризации Alias был опубликован ряд статей, а также проведены исследования российского рынка промышленного дизайна, позволяющие оценить направления внедрения Alias в России. Также на базе CSoft состоялся ряд семинаров, а позднее были даны консультации таким компаниям, как УАЗ и ВАЗ.

Первоначальная задача, поставленная перед нами руководством компании­заказчика, состояла в быстрейшем внедрении Alias в процесс визуального проектирования: необходимо было в течение 40 часов создать «пилотные» модели по всем ключевым для сферы интересов компании направлениям моделирования. При этом упор был сделан на работу в Alias и дальнейшую визуализацию в среде Showcase. Такой путь позволял создавать красочную визуализацию для демонстрации заказчику, при этом предоставляя свободу выбора из нескольких как цветовых фактурных, так и конфигурационных решений. Этот способ особенно хорош тем, что компания Autodesk предлагает бесплатную версию Showcase Viewer, устанавливаемую на компьютер заказчика и позволяющую свободно просматривать файлы Showcase, но не редактировать их.

Однако после обсуждения и выяснения специфики задач, например создание сложных рисунков протектора и некоторых узлов сборки, как у скейтборда, было принято решение использовать связку Inventor­Alias, а также в дальнейшем рассмотреть возможность создания литьевых моделей на базе продуктов Autodesk для формирования пресс­форм и литья пластиковых изделий. Именно поэтому идея использовать в качестве основного пакета Autodesk Alias Design несколько видоизменилась и в деле был задействован весь комплекс.

В этой статье, первой из цикла статей об Autodesk Alias Design, я постараюсь вкратце рассказать о том, как мы вместе со специалистами компании­заказчика создали цифровой прототип скейтборда.

Первая задача, стоящая перед специалистом, решившим начать моделирование в трехмерном пространстве, — целиком и полностью продумать внешний вид проектируемого изделия. Без четкого понимания того, каким он должен быть, получить удовлетворительный результат вряд ли получится. Лучше всего для таких целей использовать встроенную среду Alias — полноценный растрово­векторный рисовальщик, позволяющий не только набросать эскиз во всех проекциях, но и провести первые базовые кривые — основу для строящейся поверхности. Немного отвлечемся, чтобы сказать несколько слов об идеологии поверхностного моделирования.

Любая поверхность представляет собой геометрическое место точек, заданное какой­то формулой. Формула не рождается произвольно, а является решением нескольких уравнений — часто это кривые, лежащие в основании поверхности. Базовая поверхность, которую мы можем построить, — это плоскость, в основании которой лежат две прямые, пересекающиеся под каким­то углом. Построить в Alias такую поверхность можно несколькими способами:

1. создание плоскости, базовой плоскости;
2. создание кривой и поверхности, проходящей через нее в нужном направлении, заданном вектором;
3. создание двух прямых кривых и натяжение плоскости между ними, при этом кривые — коллинеарные;
4. создание двух пересекающихся кривых и использование одной кривой в качестве образующей для другой;
5. создание контура кривых, лежащих в одной плоскости, и натягивание плоскости на нее;
6. вращение прямой кривой вокруг перпендикулярной оси.

Alias предоставляет нам множество способов для создания обычной плоскости и еще большую свободу в проектировании при создании сложных поверхностей и связок (рис. 3).

Рис. 3. Возможности Alias по построению плоскости

Но, как видно в каждом из случаев, изначальная задача — формирование «скелета» кривых, основы нашей модели. Именно с помощью кривых мы сможем построить поверхности, формирующие объем изделия.

Alias в режиме эскизирования в каждой из выбранных плоскостей, помимо растрового эскиза, позволяет создавать свой набор кривых. Затем мы можем объединить их направляющими и, перейдя в режим проектирования поверхностей, начать создавать поверхности.

Но вернемся к нашей модели. Исходя из вышесказанного, в качестве первого шага в моделировании скейтборда мы решили представить внешний вид нашей модели. Разобрав на составные части обычный скейт, оказавшийся в штаб­квартире компании, мы получили набор компонентов, представленный на рис. 4.

Рис. 4. Детали, составляющие скейтборд

Рис. 5. Сложноповерхностные модели

Скейтборд состоит из десяти деталей, не считая метизов. Из них сложноповерхностными являются те, что показаны на рис. 5.

Как видно, самой сложной деталью для моделирования является элемент моста, и его было решено оставить «на закуску».

Мы решили начать с самой доски. В случае с концептуальным моделированием следовало бы создать эскизы будущего скейта как в аксонометрии, так и во всех проекциях. Но поскольку базовая форма скейта была выверена годами, мы взяли фотографии проекций доски и разместили их в видовых планах: Alias позволяет интерактивно размещать изображения, вращать их, масштабировать, отражать, смешивать по слоям и управлять прозрачностью и видами наложения (рис. 6).

Рис. 6. Проекции в окне моделирования

Как видно на иллюстрации, форма скейтборда не самая простая — внутреннее углубление переходит в плоскость ближе к началу изгибов с краев поверхности. Такую поверхность можно построить множеством способов, но идеальная модель состоит из одной, единой поверхности, однако такая удача выпадает редко.

Первоначально мы использовали несколько путей построения, которые дали нам довольно точные, но сложные варианты модели. Они состояли из трех­четырех поверхностей, что было недопустимо для столь простой задачи. Потом мы решили пойти более простым путем. Мы построили кривую продольного сечения, провели через нее Draft­плоскость, построив своеобразную поверхность контура. Обрезали по виду сверху кривой, соответствующей контуру скейта, а затем, вызвав «ручки» управления — контрольные вершины поверхности, увеличили уровень кривизны поверхности — повысили ее гладкость. Тем самым мы добавили деления и возможности по плавному изменению поверхности. Выбрав вершины, лежащие внутри предполагаемой выемки, мы потянули их вниз — тем самым добившись нужного прогиба. Затем, контролируя процесс со стороны, тщательно выверили контуры поверхности. Тут стоит отметить, что обрезанная поверхность при виде сверху сохранила свой абрис, несмотря на все модификации. Это произошло благодаря тому, что в NURBS­моделировании поверхности не обрезаются в прямом смысле этого слова, а просто скрываются из видимого пространства по спроецированному контуру. Поэтому если мы сохранили историю обрезки — нашу кривую, то как бы мы ни меняли нашу поверхность, ни гнули ее и ни модифицировали, контур, обрезанный кривой в проекции, останется таким же.

Alias является уникальным инструментом в моделировании во многом именно благодаря возможности сохранять историю формирования модели — при изменении первой кривой вся геометрия формы перестраивается. Чтобы увидеть это воочию, советую зарегистрироваться на ближайших вебинарах по Alias либо прийти на один из семинаров, которые регулярно проходят в нашем офисе. Даты проведения семинаров можно узнать на нашем сайте: www.csoft.ru.

Полученная поверхность отвечает всем требованиям гладкости по G2 и даже G3, так как, увеличивая гладкость, мы подняли курватуру поверхности до 6­го порядка (рис. 7).

Рис. 7. Проверка кривизны поверхности

Сохраненный файл легко можно открыть напрямую в Inventor, придать объем, скруглить края, получить заветный изгиб. Стоит отметить, что импортированная геометрия сохраняет полную взаимосвязь с Alias и перестроенный в среде поверхностного моделирования файл перестроится и в Inventor.

Перейдем к следующему этапу.

Оказавшись в Inventor, мы не отказали себе в удовольствии создать сборку с базовым элементом — доской, чтобы уже на местах создать все остальные компоненты, например приемные места мостов и наждачную накладку.

Для начала мы решили создать приемные места мостов. Сфотографировав со всех сторон изделие, мы создали базовый эскиз на плоскости XZ доски, воспользовавшись подложкой из полученных снимков. Далее — быстрые Fillet на твердое тело, создание внутреннего объема и формирование посадочных отверстий, проходящих сквозь ответную деталь и наполовину пронзающих доску.

Весьма сложным оказалось формирование тисненого рисунка на поверхности изделия, так как контуры букв были созданы в Adobe Illustrator, а он, в отличие от CorelDraw, кривые выдает разорванными и несвязными, что не позволяет использовать их массив в Inventor. Поэтому обрисовывать контуры пришлось заново стандартными средствами эскизирования. Конечно, можно было решить данную задачу обратным экспортом в Alias и работой с кривыми в этой среде, более лояльной к неапроприарным форматам, однако наш путь показался нам проще.

Следующим шагом в формировании модели стало моделирование накладки на корпус, но эту задачу мы решили в Alias буквально за несколько минут: копирование поверхности, офсетная обрезка и очередной импорт в Inventor, быстрое создание подобия/объема и совмещение по предварительным меткам, выставленным в обоих файлах. Именно тут можно увидеть адаптивность файлов Inventor: добавленная метка для совмещений в файле поверхности доски оказалась доступна в Inventor и позволила создать точную сборку.

Следующая деталь — мост скейта — оказалась самой сложной и трудной в формировании за счет своей совершенно нестандартной формы. В конечном счете мы построили как минимум три варианта возможных поверхностей, разных по сложности и точности, но в конце концов выбрали самый быстрый в построении вариант. Именно об этом пути мы расскажем в данной статье (рис. 8).

Рис. 8. Создание модели моста

Итак, что такое анализ детали на составляющие поверхности? Именно этот этап является ключевым при построении поверхности. Для себя мы должны выделить те самые базовые кривые, базовые поверхности, которые сформируют нашу модель. Научиться выделять верные поверхности — это первый этап, пройти через который приходится каждому NURBS­моделлеру. Давайте посмотрим на нашу деталь, из каких поверхностей она состоит?

Как видите, порой обилие инструментов моделирования заставляет тратить множество сил на поиск оптимального пути, однако, получив базовую модель, в будущем построить такую поверхность уже не составит труда.

Теперь откроем файл в Inventor и, совместив со сборкой, добавим все необходимые элементы, а также уберем всё то, чего не должно быть в нашей детали. Как видите, любая работа в среде твердотельных моделей выполняется куда быстрее.

Посмотрим на нашу сборку. Всё, что осталось, — это добавить колеса и демпферы, лежащие в основании осей.

Великолепные возможности для проектирования метизов предоставляет библиотека компонентов Inventor, благодаря которой создать сборку можно гораздо проще: гайки сами подбираются по размеру, «нащупав» резьбу нужного диаметра, болты без проблем встают в отверстия, а шайбы легко крепятся под гайками.

Моделирование колес не заняло у нас много времени, так как, решив не создавать точные модели подшипников, мы сэкономили массу времени и сделали визуально верную модель. Теперь осталось только сохранить файл и открыть его в Showcase для создания визуализации (рис. 9).

Рис. 9. Сборка в Inventor

Как видно на рисунке, модель полностью импортировалась в Showcase, остались даже материалы, назначенные в Inventor. Но, решив поработать над визуальным образом, мы выбрали другие варианты оформления. Библиотека материалов Showcase огромна, и выбор внешнего вида изделия ограничивает только фантазия. В качестве фона к модели мы выбрали высвеченное источником направленного света пространство, где и разместили скейт, подвинув под него плоскость пола. Несколько назначений материалов, подбор света — и первая модификация скейтборда готова. Стоит сказать, что при этом можно нанести любую фактуру и текстуру — например такую, как на рис. 10.

Рис. 10. Раскрашивание в Showcase

Сергей, ведущий дизайнер компании­заказчика, — о внедрении продуктов Autodesk: «В рамках проекта по внедрению 3D­моделирования в нашей компании на примере проектирования скейтборда хотелось бы отметить некоторые особенности программного обеспечения, предоставленного компанией Autodesk. Это ПО имеет как положительные, так и отрицательные стороны.

Сложности возникли на стадии проектирования уже готовой детали (подвески скейтборда). Подробнее хотелось бы поговорить именно о ней. Проблема заключалась в том, что деталь делали “на коленке” — ни о каких прочностных расчетах или 3D­моделировании, судя по всему, производители скейтборда даже не слышали. А задача состояла в том, чтобы сделать точную 3D­копию объекта. Alias — уникальная в своем роде программа — позволяет решить практически любые задачи по 3D­моделированию. Естественно, для решения сложных задач требуется не только глубокое знание программы, но и техническая смекалка. Что касается подвески скейтборда, то эта деталь, элементарная с первого взгляда, оказалась абсолютно нереализуемой с точки зрения построения NURBS­кривых и математически точно описанных поверхностей. Мы перепробовали множество способов решения задачи, но каждый раз двигались в неверном направлении и оказывались в глухом тупике. Естественно, время шло, и, чтобы в конце концов все­таки построить необходимую деталь, нам пришлось принять некое упрощение геометрии. Наконец­то мы достигли “станции назначения”, причем времени на решение задачи — формирование основы модели — ушло около часа, то есть 90% работы было сделано примерно за час. А на поиск нужного решения понадобилось около трех дней. В этом и особенность Alias: чтобы работать в нем быстро и четко, необходимы опыт и знание полного инструментария и, конечно же, не стоит рассматривать Alias как отдельный продукт. Некоторые операции проще и быстрее выполнять путем импорта модели в Inventor с целью дальнейшей доработки. Что касается нашего случая, то такая доработка потребовалась для цепного скругления граней нашей поверхности, так как Alias не смог адекватно решить эту задачу: поверхности, образованные операцией скругления, потом пришлось бы долго дорабатывать. Очень порадовал инструментарий Inventor по части выреза отверстий, нарезки резьбы, снятия разного рода и сложности фасок. Ну и, конечно же, импорт в Showcase как из Inventor, так и из Alias очень удобный. На высоте оказалась настройка самой визуализации. Результат поражает. Для статической картинки возможен RAY tracing высокого уровня, а для презентации в режиме реального времени визуализация весьма реалистична.

Подводя итог, хотелось бы отметить, что с поставленными задачами эта тройка (Alias, Inventor и Showcase) справилась на «отлично». Если бы не некоторые проблемы инструментария Alias, всё было бы просто замечательно. В Alias встроен модуль рисования, но мы, к сожалению, им не пользовались, так как нам вполне хватило сцены, выстроенной по четырем фотографиям с разных ракурсов, — этого, в общем­то, достаточно для получения практически любой 3D­модели с помощью названных программ».

***

На этом я закончу первую статью о проектировании в Alias. В следующей статье читайте о создании модели ботинка со сложным рисунком протектора.

САПР и графика 12`2011