Autodesk Fusion 360 — 3D под контролем

Александр Стремнев, к.т.н., доцент кафедры информационных технологий Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова

Концепция универсальных решений в области САПР нашла отражение в новом продукте Autodesk — комплексе Fusion 360. Эта программа позиционируется как CAD/CAM/CAE-система для небольших конструкторских бюро. Во Fusion 360 разработчики постарались воплотить богатейший опыт Autodesk не только в области технического проектирования, но и трехмерного дизайна. Именно о возможностях работы в 3D с помощью этого приложения пойдет речь в данном материале.

Компания Autodesk представляет на рынке широкую гамму программных продуктов для работы с 3D­контентом. Многие из этих систем имеют чрезвычайно богатый функционал, ориентированный на определенную специализацию, будь то конструирование, дизайн, анимация или технологическое проектирование. Сегодня мы поговорим еще об одном достаточно интересном решении Autodesk — комплексе Fusion 360 (http://www.autodesk.com/products/fusion­360/overview).

Эта система позиционируется как универсальное средство, ориентированное на небольшие группы конструкторов­разработчиков. Особенностью Fusion 360 является тесная интеграция с сетевым хранилищем Autodesk. После установки программы и создания учетной записи пользователь получает возможность работать с содержимым проектов, практически не заботясь об их локальном расположении (хотя оно предусмотрено). Такой подход позволяет организовать эффективную коллективную работу и контроль версий проектов. Собственно управление проектами осуществляется посредством несложного инструментарияData Panel, открываемого соответствующей кнопкой из панели быстрого доступа (рис. 1).

Рис. 1

После создания проекта (кнопка New Project в Data Panel) и открытия его папки можно приступать к созданию файлов компонентов. Интересная особенность Fusion 360 — добавление компонента любого типа осуществляется универсальной командой New Design из панели быстрого доступа. Что будет представлять собой компонент — решит в дальнейшем пользователь­конструктор. Это может быть деталь, сборка, визуализация, анимация, прочностной расчет или проект станочной обработки. Доступ к соответствующему инструментарию предоставляет меню Change Workspace ленты (рис. 2).

Рис. 2

Знакомство с Fusion 360 имеет смысл начать с «рабочего пространства» MODEL для трехмерного моделирования. Здесь в специальных группах команд пользователь найдет практически все необходимые инструменты для эскизного черчения (SKETCH), создания (CREATE) и редактирования (MODIFY) объемных элементов, работы со сборками (ASSEMBLE) и вспомогательной геометрией (CONSTRUCT) — рис. 3.

Рис. 3

Если речь идет о цифровом прототипировании объектов, имеющих сложную геометрическую форму, то дизайнеру не обойтись без такого средства, как Attached Canvas, — это изображение­подложка, по которой удобно контролировать форму 3D­модели. При создании объекта Canvas ему задается плоскость расположения, уровень прозрачности и размеры (рис. 4).

Рис. 4

«Вылепить» по объекту Canvas необходимую форму позволяет набор инструментов SCULPT, доступ к которому открывает команда Create Form из группы MODEL. Базовым инструментом «скульптинга» является Face — грань, для которой указывается плоскость размещения и количество сторон (Number of Sides). Для удобства конструирования формы плоскость грани выбирается параллельной объекту Canvas (рис. 5).

Рис. 5

При создании грани требуется последовательно указать ее вершины в соответствии с количеством сторон. Вершины задаются по контуру подложки (Canvas), причем после завершения построения первой грани можно начать создавать следующую, выбрав в качестве начальной вершины одну из уже имеющихся (рис. 6).

Рис. 6

Для корректировки расположения вершин служит универсальный инструмент трансформации Edit Form. Манипуляторы Edit Form позволяют выбрать направление и величину смещения (поворота). Окно настройки Edit Form дает возможность выбрать режим использования команды (Transformation Mode) — смещение, вращение, масштабирование или их сочетание, установить расположение осей манипулятора (Coordinate Space) в локальной, экранной или глобальной системе координат. Здесь же устанавливаются фильтры выбора объектов трансформации (Selection Filter) для работы с выделенными вершинами, ребрами, гранями (рис. 7).

Рис. 7

После выбора объектов точную величину их трансформации в указанном направлении позволяют задать поля ввода (рис. 8).

Рис. 8

Многие моделируемые объекты обладают симметрией, реализовать которую помогает инструмент Mirror­Duplicate. Особенность этой команды в том, что она не только создает зеркальную копию выбранных объектов относительно указанной плоскости, но и поддерживает симметрию при трансформациях (рис. 9).

Рис. 9

В случаях, когда необходимо соединить между собой вершины несмежных граней, следует воспользоваться средством Weld Vertices (рис. 10).

Рис. 10

После объединения двух предварительно выделенных вершин Weld Vertices позволяет до нажатия OK в окне команды продолжать «сваривание» указываемых пар точек (рис. 11).

Рис. 11

При реализации сложной геометрии обычно рекомендуется изначально не использовать большого количества граней согласно принципу «низкой полигональности». Но по мере уточнения формы может возникнуть необходимость создания, например, дополнительных вершин командой Insert Point (рис. 12).

Рис. 12

Рис. 13

При этом указываемые вершины автоматически соединяются в цепочки ребер (рис. 13).

Если в создаваемой модели использовалась команда­настройка Mirror­Duplicate, то объекты (вершины, ребра), добавляемые с «одной стороны», будут автоматически генерироваться и с «другой». Еще раз подчеркнем, что свойства «зеркала» будут распространяться, например, и на перемещения элементов геометрии (рис. 14).

Рис. 14

Для более точного контроля формы имеющиеся ребра можно разделять на указанное количество командой Bevel Edge. При этом расстояние между ребрами­клонами устанавливается (посредством манипулятора или поля ввода) в виде относительного значения длины ребер, поддерживающих редактируемое (рис. 15).

Рис. 15

Во Fusion 360 команда, аналогичная соединению вершин, существует и для ребер. Она называется Bridge и требует указания двух наборов ребер (Side One и Side Two), между которыми будут созданы соединяющие грани (рис. 16).

Рис. 16

Поле Faces окна команды Bridge позволяет задать количество сегментов, на которые будет разбита каждая из соединяющих граней (рис. 17).

Рис. 17

Рис. 18

Используя переключатели команды Display Mode или соответствующие горячие клавиши, можно проанализировать, каким образом будет выглядеть модель в «сглаженном» виде (Smooth) по сравнению с исходным «фасеточным» (Box). Несложно заметить, что «открытые» ребра во Fusion 360 по умолчанию интерпретируются как жесткие (рис. 18).

Добавить жесткости «закрытому» ребру позволяет классический прием полигонального моделирования — создание ребра (ребер) поддержки. Для этого к выделенным ребрам необходимо применить команду Insert Edge. В окне команды следует также определить направление добавления ребра (Insertion Side) и его расположение (Insert Location) — рис. 19.

Рис. 19

Рис. 20

Контроль уточненной формы модели удобно вести в комбинированном режиме отображения (Control Frame Display) команды Display Mode (рис. 20).

Конвертировать поверхностную модель в твердотельную позволяет команда Thicken. Она добавляет к выбранным граням (Faces) толщину (Thickness). При этом добавление объема производится по нормали к каждому участку поверхности, что в местах «перегибов» может привести к образованию «круток» (рис. 21). Одним из вариантов борьбы с этим явлением является коррекция расположения вершин или поворот «выгнутых» ребер. Но не нужно забывать о том, что можно буквально разрубить этот узел проблем соответствующей булевой операцией.

Рис. 21

Рис. 22

Для этого на подходящей плоскости достаточно изобразить эскизный контур, например, в виде прямоугольника (2­Point Rectangle) — рис. 22.

Контур необходимо расположить и образмерить так, чтобы его проекция пересекала ненужные части объема (рис. 23).

Рис. 23

И наконец, к созданному контуру следует применить команду выдавливания Extrude с опцией вырезания (Cut) и заданием направлений выдавливания (Direction) и расстояний (Distance) вдоль каждого из них. В качестве расстояния можно указать не конкретную величину (высоту выдавливания), а все пространство модели по варианту All (рис. 24).

Рис. 24

Итак, по мере работы над моделью к ней применялись различные команды с множеством опций. Что делать, если необходимо обратиться к их настройкам для внесения каких­либо изменений? Для этого в системе Fusion 360 фирмой Autodesk был реализован интересный инструментарий — Design History. Это интерактивная история создания модели, визуально выполненная в виде «плеера», кнопки которого позволяют перейти к любой стадии работы над проектом. Выбрать интересующий этап (команду или объект) можно также непосредственно на линейке Design History. После этого в контекстном меню объекта станут доступны команды его редактирования, например Edit Feature (редактировать элемент) или Edit Profile Sketch (редактировать эскиз) — рис. 25.

Рис. 25

Вообще после знакомства с подсистемой трехмерного моделирования Fusion 360 нетрудно заметить ее сходство с соответствующим функционалом более «тяжелых» приложений от Autodesk, а именно 3ds Max и Inventor. По всей видимости, такой «самоповтор» или «перекомпиляция» имеет смысл. Во­первых, почему бы не использовать в новых продуктах действительно сильные стороны уже существующих? Во­вторых, анализ рынка САПР и мультимедиа, проведенный маркетологами Autodesk, показал потребность широкого круга пользователей в универсальных программных средствах, которые, с одной стороны, эффективны, а с другой — просты в использовании. Насколько правильным окажется такой подход Autodesk, покажет время. Сейчас степень интереса к Fusion 360 можно оценить по количеству пользователей программы и уровню их проектов, представленных в online­галерее (https://gallery.autodesk.com/fusion360).