6 - 2000

Проблемы автоматизации проектно-реставрационной деятельности

Окончание. Начало в «САПР и графика» № 5’2000

Александр Россоловский

AutoCAD, по существу, является электронным кульманом. В базовом варианте, без дополнительных приложений он не способен самостоятельно создавать готовый результат, однако содержит чрезвычайно мощный набор средств для свободного рисования, точного черчения и редактирования, использования и обработки сканированных и фотографических изображений, объемного моделирования и фотореалистичной визуализации, которых при умелом использовании достаточно для решения всех перечисленных ранее задач. Кроме того, AutoCAD позволяет гибко настраивать рабочую среду вплоть до программирования на встроенных AutoLISP и VBA или более мощных языках высокого уровня собственных утилит, программных модулей либо загрузки внешних готовых специализированных приложений, работающих в его графической среде. Таким образом, выбор AutoCAD наряду с его эффективным использованием в качестве базового графического продукта предполагает возможность параллельного ведения работ по созданию специализированной реставрационной программы для его среды, в случае если на то будут изысканы средства.

Как было сказано выше, имеет смысл выделить в качестве отдельных задач получение подробных плоских чертежей, насыщенных элементами декора, и создание на основе локальных трехмерных моделей фотореалистичных изображений. AutoCAD позволяет выполнить то и другое с помощью ряда входящих в него групп средств. Причем создание плоских чертежей, содержащих элементы декора с любой, практически неограниченной степенью точности, не влечет за собой снижения производительности.

AutoCAD позволяет открывать в отдельных окнах несколько файлов чертежей одновременно и обмениваться между ними графической информацией, что дает возможность более гибко организовать работу. Одно из открытых рабочих окон может служить хранилищем для многократно используемых участков изображений, вставляемых из него в нужные места других чертежей. Можно некоторые трудоемкие операции выполнять параллельно во всех чертежах, что более эффективно, чем последовательная обработка каждого чертежа до полной готовности. Это связано с тем, что переход от операции к операции требует от исполнителя некоторой психологической адаптации; при параллельном выполнении операций количество таких переходов сокращается, снижая утомляемость.

Чрезмерно большой объем графической информации в отдельных файлах, как правило, вызывает снижение общей производительности системы. Чтобы избежать этого, в AutoCAD можно открывать и обрабатывать графическую информацию порциями, подгружая новые порции информации по мере необходимости. Обработка подобных файлов традиционными методами неизбежно сопровождалась бы ощутимыми задержками при выполнении каждой операции.

AutoCAD позволяет очень гибко работать с наборами объектов для их совместного редактирования или изменения состояния видимости. Доступом к объектам можно управлять с помощью структуры слоев, средств интеллектуального выбора объектов на основе их свойств. Единожды сформированные объектные фильтры, основанные на наборах критериев, могут сохраняться для повторного использования. Сами наборы объектов могут сохраняться в виде совместно выбираемых групп отдельных объектов или в качестве объединяющих их сложных объектов-блоков.

Блоки и внешние ссылки позволяют без использования специального интерфейса гибко формировать библиотеки повторно применяемых объектов и модулей. При этом отдельные части чертежей могут редактироваться как в контексте их использования в чертеже, так и в отдельных файлах. В обоих случаях обеспечивается обновление повторяемых модулей в чертеже во всех вхождениях. Организация библиотеки повторно используемых модулей и объектов не требует специальных усилий: это всего лишь наборы файлов, сохраненных в нужных папках. Части изображений и даже настройки могут заимствоваться как из открытых, так и из закрытых чертежей.

В AutoCAD 2000 при работе как с геометрией, так и с элементами файловой системы активно используется технология drag-and-drop, то есть выбор и буксировка объектов с помощью устройства указания. В силу дружелюбности такого способа управления объектами работа с ними чрезвычайно легка, наглядна и предсказуема по результатам.

Элементарные объекты, на основе которых создаются изображения и модели, представлены большим количеством их типов с разнообразными уникальными свойствами и методами применимого к ним специального редактирования. Кроме специальных, AutoCAD содержит богатую палитру средств общего редактирования, применимых к различным типам объектов.

Наряду с построением математически точных изображений AutoCAD допускает свободное рисование от руки. В чертежах вместе с обычной векторной графикой могут использоваться сканированные и фотографические растровые изображения: это могут быть материалы фотофиксации, увражи, нарисованные от руки эскизы и наброски. Они могут применяться для обрисовки по ним изображений стандартными средствами AutoCAD с последующим удалением, а могут быть и сохранены в окончательных чертежах как их части, например для воспроизведения сложных элементов декора, обрисовка которых заняла бы неоправданно много времени. Если известно хотя бы одно расстояние между любыми точками растрового изображения, оно может быть абсолютно точно приведено к любому нужному масштабу.

В чертежах могут использоваться прерывистые линии с различной последовательностью разрывов. Градации толщины линий отображаются как при выводе на печать, так и при экранном представлении чертежей. Для оформления чертежей доступно большое количество образцов штриховок, PostScript-заливок, а также 255 экранных цветов. Возможности визуализации в программе не ограничены экранными цветами: при выводе на печать они могут заменяться любыми цветами, доступными в цветовой палитре Windows.

Наряду с мощными чертежными функциями AutoCAD содержит богатые средства для объемного моделирования. На основании контурных образующих и направляющих произвольной формы можно создавать как стандартные объекты, так и произвольные тела смещения или вращения. AutoCAD позволяет редактировать как в целом созданные трехмерные объекты — с помощью булевых операций, так и отдельные ребра и поверхности путем их выдавливания, поворота или перемещения. Отдельным поверхностям и ребрам объектов могут присваиваться различные цвета, что позволяет впоследствии при фотореалистичной визуализации разным частям объектов присваивать материалы с различными визуальными свойствами.

Наносимые на чертежи размеры автоматически отражают реально измеренные расстояния и углы, ассоциативно связаны с измеряемой геометрией и без участия пользователя обновляются при ее редактировании.

Все это в сочетании с великолепно продуманными и разнообразными средствами обеспечения точности делает возможности программы по работе со статичными изображениями и моделями практически неограниченными. AutoCAD в принципе позволяет смоделировать все что угодно, но разумеется, при наличии соответствующих навыков.

Интерфейс программы в его последней версии великолепно продуман. Он значительно сокращает время доступа к нужным инструментам за счет всплывающих непосредственно под курсором контекстных меню с опциями текущей команды или наиболее часто используемыми командами общего редактирования. Существенно облегчены повторный доступ к ранее использовавшимся командам, повторное позиционирование в ранее указанной точке, выбор последнего созданного объекта или последнего сформированного набора объектов. Эргономичный интерфейс позволяет ощутимо сократить время работы над чертежами по сравнению с традиционными способами обращения к командам, их опциям и объектам редактирования.

Наряду с богатыми графическими возможностями AutoCAD содержит средства для работы с текстовыми и числовыми данными, а также документами различных форматов, созданными другими приложениями. Интерфейс с внешними базами данных позволяет связывать отдельные объекты AutoCAD с отдельными записями из их таблиц, в результате чего возможно как управление внешними данными посредством манипуляций с объектами чертежа, так и наоборот, формирование и обработка наборов объектов чертежа на основании выполнения запросов внешних баз данных. Иначе говоря, обратившись к любому объекту реставрационного чертежа, можно получить доступ для просмотра и редактирования к относящимся к нему историческим или техническим сведениям, которые хранятся вне файла чертежа в специфичном для хранения данных формате, — возможно, даже на другой машине. О необходимости формирования таких баз данных по реставрируемым объектам уже упоминалось вне контекста работы с графикой. AutoCAD позволит лишь облегчить и сделать более наглядным обращение к этим данным. Гиперссылки позволяют путем обращения к отдельным участкам чертежей общих планов, фасадов и разрезов вызывать чертежи или фотографии соответствующих указанным местам фрагментов и деталей или относящихся к ним иных документов. Специальные объекты, называемые атрибутами блоков, позволяют формировать неграфические данные в самом чертеже. На их основе впоследствии можно извлекать из чертежа и обрабатывать в табличном процессоре структурированные текстовые и числовые данные, являющиеся основой для подготовки спецификаций и таблиц объемов, передаваемых затем в качестве заданий для составления смет. Полученные с помощью экспортированных атрибутов ведомости и спецификации могут форматироваться средствами табличного процессора и в готовом виде помещаться в чертежи в качестве внедренных OLE-объектов. Атрибуты могут использоваться также для автоматизации заполнения в чертежах стандартных табличных форм, например штампов.

AutoCAD обладает также великолепными возможностями визуализации созданных в нем или импортированных из других программ объемных моделей. Пользователю доступны создающие тени гибко настраиваемые различные виды источников освещения, включая общее рассеянное. Материалы, основанные на различных локальных цветах или текстурах, а также процедурных эффектах, позволяют оперировать не только видимой текстурой, но и отражением, прозрачностью, деформациями поверхностей, их способностью создавать блики. Возможно назначение материалов объектам напрямую, а также их группам или частям на основе принадлежности слоям или присвоенных им цветов. Направление, способ и масштаб проецирования материалов на объекты гибко настраиваются в каждом отдельном случае. В качестве фона сцены и деталей переднего плана могут использоваться фотографии в наиболее распространенных растровых форматах: пейзажи, растения, люди, автомобили или конные экипажи. При работе с глубокими сценами можно настраивать интенсивность тумана или эффект воздушной перспективы. В сценах может размещаться большое количество настраиваемых камер наблюдения. Различные настройки условий освещения могут сохраняться для последующего восстановления. Для каждой камеры может создаваться собственный набор настроенных источников освещения. Для создания новых материалов нужен цветной сканер, для создания новых элементов ландшафта дополнительно потребуется фотоаппарат. Встроенные возможности визуализации в AutoCAD, разумеется, беднее, чем в специализированных программах, однако, располагая ими, пользователь имеет выбор: покупать ли за дополнительные 700-1200 долл. специальную программу или воспользоваться тем, что есть, приложив к этому свое умение.

За многие годы накоплен богатый опыт использования AutoCAD, выработаны методики. Ни одна проектная программа не может сравниться с AutoCAD по количеству посвященных им книг на русском языке. Если по каждой версии AutoCAD не позднее чем через три месяца с момента ее выхода появляются книги на русском языке, а общее их число по каждой версии достигает пяти и даже больше, то по прочим программам аналогичного назначения литература просто отсутствует.

Немаловажно при ограниченных денежных ресурсах и то, что для создания плоских чертежей можно использовать специальную версию AutoCAD LT, содержащую все функции старшей программы для работы с плоскими изображениями, но имеющую ограниченные возможности объемного моделирования, визуализации и обработки данных. При стоимости 700 долл. за копию этой программой можно оснастить в 7-10 раз больше рабочих мест, чем любой из упоминавшихся ранее специализированных программ. Одно рабочее место, оснащенное полнофункциональной программой AutoCAD 2000 для работы с объемными моделями (стоимость 3900 долл.), может обеспечить потребности 2-4 мастерских в такого рода работах.

Однако, как ранее говорилось, специализированные приложения могли бы с успехом применяться для выполнения проектов приспособления, не предъявляющих специфических ограничений к программному обеспечению. Единственным ограничением в случае выполнения реставрационной части проектов средствами AutoCAD является способность приложений воспринимать созданные его средствами чертежи в качестве исходной информации для их работы. Этому требованию наилучшим образом отвечают AutoCAD-базированные приложения, которые используют его графическую среду, идеологию и формат файлов AutoCAD. Интерес в данном случае главным образом должны представлять комплексные пакеты, содержащие как общестроительные модули, так и средства для разработки инженерных разделов проектов. Из удовлетворяющих перечисленным требованиям программ, представленных на российском рынке, заслуживают внимания модульный программный комплекс «Маэстро» киевских разработчиков (стоимость 1500 долл.), комплекты программ Softdesk Auto-Architect (стоимость 1400 долл.), Softdesk Building Services Suite (стоимость 2000 долл.) от разработчика AutoCAD компании Autodesk. Программный комплекс «Маэстро» можно приобретать и использовать по частям; он включает архитектурный, конструктивные и сантехнический модули и хорошо зарекомендовал себя в традиционном проектировании некрупных и средних по величине зданий. Программы от Autodesk являются чрезвычайно мощными инструментами для традиционного проектирования, однако функциональная специфика и цены делают их приобретение оправданным для проектирования крупных объектов — масштаба музейного или библиотечного комплекса государственного значения. Чаще реставраторы имеют дело с более скромными по величине объектами, для которых «Маэстро» является оптимальным выбором. Архитектурный модуль «Маэстро», приобретение которого специально для реставрационных целей было бы нецелесообразным в связи с уже упоминавшимися ограничениями, будучи приобретенным в составе комплекса для более традиционных задач, оказался бы полезным и здесь. Например, создание проемов, пластическая деформация объемных стен и моделирование сложных крыш в «Маэстро» функционально решены сегодня лучше, чем в любой другой из известных мне архитектурных программ.

В ЦНРПМ AutoCAD использовался при создании обмерных чертежей и выполнении эскизных проектов Петровского путевого дворца, Главного дома усадьбы «Суханово» и Подземной палаты Архангельского собора Московского Кремля. В двух последних случаях создавались только плоские чертежи. Работа над проектом включала наряду с плоскими чертежами объемную упрощенную модель всего комплекса для создания аксонометрического контурного изображения и детальную модель барабана и купола дворца с целью получения с них плоских изображений фасадных проекций для использования при создании чертежей фасадов.

О работе над фасадами Петровского путевого дворца могу рассказать чуть подробнее. Здание имеет квадратную в плане форму. Фасады здания во многом повторяют друг друга и используют общие элементы декора. Из-за большой насыщенности деталями объем файла каждого фасада занимал на диске около 5 Мбайт. Во всех фасадах в качестве повторяемых элементов использовались внешние ссылки на общие для всех файлы-источники общим объемом около 1 Мбайт. Повторяемые во всех чертежах фасадов модули, в числе которых были как отдельные элементы декора, так и все виды проемов с декоративным оформлением, копировались между чертежами через буфер обмена в виде как блоков, так и наборов несвязанных геометрических построений. Каждая специфическая операция или контекстно связанная их последовательность сначала выполнялись в каждом из открытых чертежей, и лишь затем выбиралась новая локальная задача. Этот подход оказался в случае с повторяющимися изображениями более быстрым и удобным, чем последовательная работа до готовности с каждым чертежом отдельно. Одновременно в рабочем сеансе было открыто как минимум восемь фасадов, а как максимум — двенадцать: для каждого фасада открывались обмерный чертеж, обрабатываемый чертеж эскизного проекта, а в некоторых случаях дополнительно открывалась резервная копия проектного чертежа для восстановления некоторых частей изображений в их старой редакции. Задержек в работе на машине с процессором Intel Celeron 300A, оперативной памятью 128 Мбайт, видеопамятью 8 Мбайт и большим запасом дисковой памяти при этом не наблюдалось, несмотря на то что лишь дисковый объем одновременно открытых файлов составлял более 70 Мбайт, а при редактировании открытые файлы занимают в рабочей памяти машины существенно больший объем. Объясняется это тем, что AutoCAD графическую информацию из неактивных чертежей записывает во временный файл быстрого доступа на жестком диске, оставляя в оперативной памяти лишь небольшую ее часть, а почти всю доступную память отводит для работы с одним активным чертежом. Большой выигрыш во времени достигался за счет автоматического обновления всех вхождений блока или внешней ссылки при их редактировании. Основной объем работ был связан с воссозданием средствами AutoCAD рисунка декора. Для его точного воспроизведения использовались увражи, которые сканировались, в растровом формате вставлялись в свободное место одного из чертежей и масштабировались в соответствии с реальными размерами. Для обрисовки декора по сканированным изображениям использовались полилинии с чередованием линейных и радиальных сегментов. Большим подспорьем при выполнении этого вида работ оказалась доступность опций команды в контекстном меню непосредственно под курсором, поскольку обращениями к ним при этой операции приходится пользоваться чрезвычайно часто. Для подобного вида работ может применяться свободное рисование от руки, которое не требует частого обращения к опциям текущей команды, однако обеспечивает меньшую точность. Фасады создавались в виде плоских чертежей средствами контурного черчения, но для точного изображения барабана с куполом была создана полная детальная объемная модель, для которой применялись такие операции, как создание сложных тел методами сдвига, вращения, булевыми операциями соединения, вычитания и пересечения. На цилиндрическом барабане были смоделированы объемные детали и лепной декор для одного повторяемого модуля, которые затем были размножены круговым массивом вокруг оси барабана. Для проектного варианта купола с барабаном дополнительно были созданы объемные модели пенакля и беседки, помещенные затем на копию обмерного варианта барабана. Во время создания объемных моделей часто использовалась постоянная экранная закраска по Гуро для оценки результата. С фасадных проекций двух моделей барабанов в AutoCAD R14 были созданы плоские файлы формата DXB, которые затем были вставлены в специально созданные для этого новые рабочие файлы AutoCAD, косметически в них отредактированы и сохранены для использования в качестве источников внешних ссылок. Работа над проектными фасадами заняла ничтожно мало времени, поскольку они создавались на основе готовых файлов обмерных чертежей и в них вносились лишь технически незначительные изменения. При создании чертежей толщина линий в экранном представлении не использовалась, а назначалась при печати по соответствию экранным цветам. Для того чтобы насыщенные линиями изображения декора не забивали чертежи, для них в экранном представлении использовались неконтрастные цвета, а при печати применялись самые тонкие линии.

Точно оценивать общую экономию времени я не берусь, поскольку сравнивать в данном случае придется вещи несопоставимые. Компьютерные чертежи обеспечивают точность как в размерах, так и в воспроизведении мельчайших деталей, которую достичь при ручном черчении принципиально невозможно. Тем не менее даже с учетом этой поправки разница может оцениваться не в процентах, а в разах. Коэффициент ускорения зависит от множества объективных и субъективных причин, однако все участники эксперимента сходятся на том, что, по самым скромным подсчетам, при самых неблагоприятных обстоятельствах трехкратный эффект имеет место даже в том случае, если в расчет принимается только скорость работы при минимально допустимом графическом качестве ручных чертежей. Это объясняет тот факт, что в нашей мастерской нет исполнителей, которые чертят вручную.

По материалам конференции EVA’99 Москва.

«САПР и графика» 6'2000