PhotoWorks и SolidWorks Animator, или Способ достижения гармонии между формой и содержанием

Творениям природы присуще органичное единство внешней формы и внутреннего содержания. Достаточно вспомнить птиц — в них как ни в ком сочетаются рациональная «конструктивно-силовая схема», грациозные внешние формы и изысканная окраска оперения. Таких примеров можно привести очень много. А что же в технике? Как правило, и творения рук человеческих, созданные со знанием дела и с любовью, столь же красивы, как и их «живые» аналоги. Истории авиации, например, известны примеры, когда красивый самолет летал гораздо лучше своего «страшненького» собрата. Или когда авиаконструкторам, не обладавшим достаточным объемом знаний, удавалось создать конструкции новых самолетов, руководствуясь исключительно интуицией и чувством гармонии. И лишь потом, по окончании летного эксперимента, созданная на его основе теория подтверждала правильность их решения, давая возможность «поверить алгеброй гармонию»…

В данной статье мы не ставим перед собой задачу осмысления неких философских принципов мироздания. Мы лишь попытаемся разобраться — как с наименьшими затратами провести дизайнерскую проработку будущего изделия и «красиво» представить его на всеобщее обозрение.

Формирование внешнего реалистичного облика будущего изделия и необходимость выгодно представить его уже на самых ранних этапах работы над проектом (еще до начала моделирования) — также очень важные моменты. Очень часто от этого зависят такие важные стороны дела, как последующее финансирование, получение кредита или победа в тендере. Нередко взыскательный заказчик готов немедленно высказать свои пожелания по модернизации и улучшению облика будущего изделия. Чем раньше будут конкретизированы все требования, тем меньше усилий придется на этап проектирования изделия и тем успешнее оно будет продвигаться на рынок, и т.д. Рынок компьютерных технологий давно оценил важность этой задачи, предлагая серию программных продуктов по дизайнерской проработке изделия. Назначением этих пакетов является формирование внешнего вида будущего изделия и обеспечение его максимально эффектной демонстрации. Хотя уровень цен и требования к системным ресурсам для подобных программ (в зависимости от решаемых задач) весьма различны, нельзя сказать, чтобы эти технологии отличались дешевизной. Кроме того, по окончании таких работ мы получим красивую картинку или анимационный ролик, дающий представление о внешнем облике и функциональных возможностях будущего изделия. Чаще всего изделие в таких пакетах описывается набором сложных free form-поверхностей, которые практически невозможно использовать в дальнейшей работе при моделировании изделия. Поясним это: художнику или промышленному дизайнеру удобно работать в режиме Nurbs-технологий, когда, занимаясь внешним обликом изделия, он не задумывается в полной мере о его «начинке». Не говоря уже о том, что задачи и методы художника-дизайнера, как правило, отличаются от тех, что стоят перед конструктором изделия, и зачастую их практическое воплощение в реальную конструкцию невозможно.

Реальная жизнь подсказывает множество путей для выхода из данной ситуации, но обычно все это сводится к дополнительным работам, связанным с изменением уже одобренного внешнего вида.

Альтернативным решением, позволяющим объединить усилия конструктора и дизайнера, является обеспечение возможности быстрого формирования облика изделия в ориентированной на конструктора системе и последующее изготовление дизайнером рекламных материалов на основании этой конструкторской разработки. Данное решение уже доказало свою эффективность и постепенно завоевывает все большую популярность. В настоящей статье мы постараемся показать особенности и рассмотреть возможности, предоставляемые в рамках подобных технологий, на примере CAD-системы SolidWorks и ее опциональных модулей — PhotoWorks и SolidWorks Animator. (Кстати, все слайды для рекламы компании SolidWorks-Russia в журналах «САПР и графика» за 2000 год произведены в PhotoWorks, а модели для них созданы в SolidWorks.)

Основой всей совместной работы при подобном подходе является модель, созданная в CAD-системе. Система твердотельного параметрического моделирования SolidWorks хорошо известна и достаточно популярна в конструкторских кругах. Уникальное сочетание простого, интуитивно понятного интерфейса и больших возможностей по моделированию, ощутимое сокращение сроков разработки нового изделия — вот подтвержденные практикой достоинства этой системы.

Конечно же, речь не идет о том, что вы обязаны смоделировать все изделие, прежде чем за дело примется дизайнер. Если перед вами стоит задача сформировать облик изделия, то вся будущая сборка может упроститься до нескольких деталей, которые отражают общие принципы и особенности этого облика. Конструктор до определенного времени может работать лишь с общим видом и габаритными размерами проекта, не заботясь о простановке всех размеров или доскональном прорисовывании мелких деталей. У вас всегда остается возможность доработать модель, которая при необходимости может быть упрощена или усложнена.

Главное в другом — изделие не вырывается из общей канвы процесса проектирования. Все то время, которое понадобится для работы дизайнеру, конструктор может параллельно совершенствовать модель, причем действия одного специалиста не оказывают видимого влияния на работу другого. По такой модели, параллельно с дизайнерской разработкой или в будущем — принимая эту модель в качестве некоторой теоретической основы, может быть начат широкомасштабный процесс рабочего проектирования с разбиением изделия на узлы, агрегаты и т.д. Благодаря тому что источник геометрических данных един для всех, дизайнер всегда может проверить, не увела ли его творческая мысль слишком далеко от реальности, и вовремя произвести необходимую коррекцию своих наработок.

Как правило, полученная конструктором модель полностью отражает только геометрию будущего продукта. Такая модель создается быстро, и ее достаточно для обсуждения самой идеи, но недостаточно для рекламы. Чтобы из твердотельной модели (все равно — детали или сборки) сделать фотографию несуществующего пока изделия, предлагается воспользоваться опциональным модулем PhotoWorks. Для передачи модели в его среду не требуется никакого транслятора — все расчеты вы ведете, не выходя из рабочего окна SolidWorks.

Первое, что отличает фотореалистическое изображение от просто тонированного в системе геометрического моделирования, — это качество проработки поверхностей и теней. Вы можете назначить любую понравившуюся текстуру на всю деталь или на выбранную группу поверхностей — эти поверхности будут отображаться в соответствии с назначенным материалом. Это может быть определенная порода дерева, металл с полированной или шершавой поверхностью, камень, стекло и т.д. PhotoWorks предлагает большой набор простых и сложных текстур, вплоть до текстур, имитирующих металлическую сетку, которая обеспечивает видимость расположенных за ней объектов.

Обычно система автоматически oпределяет масштаб такой текстуры для различных участков модели, но вы можете также внести изменения в предлагаемые стандартные параметры. Для изменения отражающих и поглощающих свойств материалов существуют стандартные установки по типам материалов, но для более подробной настройки возможна и индивидуальная корректировка каждого из атрибутов. Если вы хотите придать материалу объемную фактуру, это можно сделать посредством параметра «смещение». Благодаря этому можно реально имитировать накатку, литьевые неровности, ямочки, выпуклости и пр. При этом частота, качество проработки, высота неровностей также являются настраиваемыми параметрами. Большинство сложных текстур имеет и сложную структуру цвета. В стандартных установках дается лишь один из возможных вариантов, однако можно, например, из синего светопроводящего стекла мгновенно получить оранжевое, а частично-корродированную текстуру легко превратить в защитно-маскировочную раскраску. Понравившийся вариант может быть сохранен, расширив уже имеющийся набор стандартов. Комбинируя текстуры различных поверхностей и деталей, можно добиться не только необходимого внешнего отображения, но и имитации различных физических эффектов, таких как преломление света или его распространение в световодах и пр.

Оформление надписей и эмблем на модели удобно производить с использованием механизма наложения картинки. На модели выбирается лоскут поверхности, грань, ограниченная тем или иным образом (например, созданной в SolidWorks кривой разъема) зона, и на этот лоскут накладывается имеющаяся картинка из файла. При необходимости под картинку может быть сделана цветовая подложка. Чтобы достичь максимального подобия, можно корректировать форму и масштаб отображения картинки вдоль любой из осей, получать ее отражение и переопределять исходную точку. Кроме того, картинка может быть использована для имитации выпуклого или вдавленного рельефа (эмблемы) на поверхности изделия или для получения нужной фактуры поверхности.

Все текстуры и деколи принадлежат модели и сохраняются в одном с ней файле для последующего использования или редактирования. Данную особенность можно использовать для облегчения работы с большими сборками. Например, на этапе предварительных дизайнерских проработок выгоднее задавать и редактировать текстуры на отдельные детали или узлы не в окончательной сборке, а в отдельных окнах с упрощенной постановкой декораций и света.

Существует несколько способов формирования обстановки или фона для будущей картинки. Первый — настроить параметры «комнаты». Комната — это условное пространство, состоящее из стен, пола и потолка. На стены, потолок и пол также могут быть наложены текстуры; можно изменять и их геометрические параметры. Стены, закрывающие от нас модель и потолок, — прозрачны, но наложенные на них текстуры отражаются на модели. В качестве альтернативного варианта можно использовать модели, создающие обстановку, окружающую объект вашей рекламы, и назначить для них необходимые параметры и текстуры. Вместо комнаты можно использовать только пол либо вообще отказаться от нее, подставив в качестве заднего плана (фона) текстуру или градуированный переход цвета. В качестве стандартных вариантов прилагается целый ряд комбинаций подсветки, комнат, пола.

Модель будет смотреться более эффектно, если удачно скомбинировать параметры источников освещения. Основные источники света определяются уже в SolidWorks, и даже там благодаря освещению деталь выглядит в более «выгодном свете». В распоряжении художника имеется три основных типа источников: общее (или директивное) освещение, конус света и точечный источник. Для каждого из них могут быть определены свой цвет, положение (направление), способность поглощаться и отражаться от поверхности; источник может быть закреплен относительно направления взгляда (экрана) или относительно модели. Игра света и тени делает объект более реальным и привлекательным. Для усиления этого эффекта можно изменить характер виртуальной среды, например имитировать туман, чтобы были видны «снопы света» от источников освещения. Такое изобилие естественных и понятных инструментов предоставляет дизайнеру большие возможности по работе с моделью и формированию на ее основе рекламной продукции.

Расчет готовой картинки может осуществляться на экран либо в файл выбранного формата. Кроме собственного формата данных (который может быть просмотрен в PhotoWorks), PhotoWorks поддерживает все наиболее известные графические форматы: *.tiff, *.gif, *.bmp, *.pcx… Для полиграфической печати требуется высокое разрешение картинки, не менее 300 пикселов на квадратный дюйм будущей рекламы, и о простом перехвате экрана здесь говорить не приходится. Не часто, но иногда все-таки требуется расчет картинки до 10 тыс. пикселов по одной стороне. Такой расчет производится достаточно долго. Время расчета также зависит от сложности (насыщенности) модели, количества источников света, от необходимого качества проработки теней и от многого другого. Для предварительного просмотра можно включить отображение текстур в окне SolidWorks.

При помощи PhotoWorks вы можете рассчитать целую серию слайдов. В общем случае для каждого нового варианта счета, как уже говорилось, вам не потребуется перенастройка параметров. Такую серию слайдов можно превратить в анимационный ролик посредством, например, Adobe Premiere. Но, на наш взгляд, более удобно воспользоваться другим опциональным модулем SolidWorks — SolidWorks Animator. Результатом работы этого приложения может стать серия слайдов или анимационный ролик. Самыми простыми вариантами работы SolidWorks Animator являются:

• создание анимации по кадрам с полным определением каждого кадра пользователем;
• простое вращение объекта;
• переход сборки из собранного состояния в распущенное и обратно;
• любые комбинации этих режимов во времени.

Наиболее эффективным и интересным способом является создание анимационного ролика по собственному сценарию. Инструмент управления этим процессом достаточно прост. На основе задаваемого интервала времени вы определяете несколько положений детали или агрегата в механизме. Любые движения деталей механизма синхронизируются посредством взаимосвязей, наложенных в сборке SolidWorks. Все промежуточные положения в рамках заданной частоты кадров и временного интервала рассчитываются автоматически. Возможен вариант совмещения во времени движения различных частей механизма. Если такое совмещение входит в противоречие с возможностями реальной работы механизма, система предупредит вас об этом. Особого внимания заслуживает анимация работы деталей, созданных в контексте сборки или с определенной через уравнения геометрией. Для каждого из промежуточных кадров модель сборки пересчитывается, соответственно будет изменяться и геометрия зависимых деталей. Благодаря этому вы можете получить картину реальной работы узла с такими элементами, как пружины, гибкие шланги, резиновые манжеты и т.д. Если вы хотите показать работу механизма с разных сторон, увеличить или уменьшить определенный фрагмент конструкции, то можете задать переход от одного вида к другому (с промежуточными положениями или без них) за нужный промежуток времени. Работа всего механизма при таком перемещении может продолжаться.

Во всех случаях вы можете получить *.avi-ролик с учетом только тоновой раскраски, создаваемой самим SolidWorks, или рассчитать в автоматическом режиме каждый кадр с учетом текстур и постановки света. При этом вы самостоятельно назначаете размер экрана, время или темп воспроизведения, контрольные кадры, необходимое качество — словом, все, что только может потребоваться для вашей работы.

Удобство и наглядность подобных демонстраций привлекают потенциальных заказчиков, и совсем скоро это станет обязательным условием не только для обеспечения маркетинговых шагов, но и для сопровождения изделия в эксплуатации. На сегодня *.avi-формат официально признан базовым для создания электронных инструкций в рамках CALS-технологий. Так что с уверенностью можно сказать, что эти технологии приобрели билет в будущее.

«САПР и графика» 1'2001