Объемное моделирование конструкций в ADEM CAD/CAM

Часть II. Модификация объемных тел

Любые объекты, созданные в CAD/CAM-системе или импортированные из других систем, как правило, подвергаются редактированию. Это происходит и в процессе создания проекта, и при исправлении ошибок, и при внесении изменений.

Возможность модификации объемных моделей — одна из главных функций современного программного обеспечения для конструкторско-технологической подготовки производства. Эффективность методов редактирования напрямую ведет к снижению времени и затрат на проектирование.

Первое, что научились делать CAD-системы в области редактирования, это осуществлять изменение положения тел в пространстве путем перемещения и поворота. Одновременно появились функции масштабирования, зеркального отражения и копирования. Но этого было явно недостаточно — требовалось научиться вносить изменения в геометрию самого объекта.

Еще совсем недавно единственным способом внесения изменений в геометрию модели было построение модели заново, то есть любое изменение требовало повторения всего процесса моделирования. Поэтому изменения вносились обычно не по мере поступления, а после их накопления до некоторой «критической массы» или «критической даты».

Серьезным шагом к оптимизации процесса редактирования стало проведение локальных операций. При локализации выделяется та часть модели, которая подвергается изменениям, и лишь этот фрагмент перестраивается заново, а затем присоединяется к модели.

Для реализации указанного метода требовалось разработать процедуры разделения и сшивки, не нарушающие геометрию нередактируемой части. Недостатками метода локализации являются:

• сложность (очень часто — невозможность) определения и выделения независимой области;
• проблемы с соблюдением граничных условий на стыке редактируемой и нередактируемой зон;
• трудоемкость процесса моделирования заново редактируемой части.

По этой причине данный метод эффективно применяется в основном в системах с развитыми функциями поверхностного моделирования.

Еще одним серьезным шагом к автоматизации редактирования стал метод, использующий историю создания модели.

Вначале применялась его простая разновидность — откат до некоторого состояния, когда создавалась исправляемая часть модели, а потом начиная с этого этапа производилось моделирование с учетом изменений. Это позволяло исключить повторение работы, проделанной до момента создания редактируемой части.

Данная разновидность метода довольно широко применяется пользователями практически всех систем в случаях, когда результата можно добиться откатом на несколько шагов. Если же для внесения изменений необходимо вернуться далеко назад, то метод становится более трудоемким.

Более эффективной является другая разновидность этого метода — восстановление по измененной истории создания с автоматическим восстановлением геометрии модели по данным дерева истории. При этом система сама восстанавливает геометрию модели на основе информации, записанной в истории создания, что позволяет исключить повторение всех действий пользователя, кроме, конечно, внесения самих изменений.

Возможность регенерации геометрии по истории создания сегодня является одним из самых распространенных способов автоматизации внесения изменений; этот метод также очень часто называют параметрическим. Рассмотрим более подробно механизм его работы.

В отличие от геометрической и топологической модели дерево истории содержит в себе не столько сами объекты, сколько ссылки на процедуры, производимые пользователем, а также на объекты и используемые при создании модели параметры, вводимые пользователем. Этих данных вполне достаточно, чтобы полностью восстановить геометрию изделия. Система должна лишь выполнить все действия согласно записанному протоколу, используя ссылки и параметры.

Если в истории изменить параметры, например значения радиуса скругления или высоту смещения профиля, то в результате регенерации будет создана геометрия, отличная от исходной. То же произойдет, если изменить геометрию профилей, на базе которых строились объемные тела.

Для упрощения процесса выхода в нужную точку дерева истории применяются визуализаторы дерева, представляющие историю в графическом виде. В системе ADEM выйти в нужную точку можно как через визуализатор, так и просто указав на модели элемент, который будет подвергнут изменениям.

При высокой сложности моделей регенерация может занимать довольно долгое время, так как система выполняет все действия заново, хотя и автоматически. Для оптимизации этого процесса в системе ADEM применен метод, схожий с методом локализации изменений, когда регенерируются только части, в которых происходит изменение. Остальные части берутся в готовом геометрическом виде.

Редактирование с использованием истории создания является эффективным методом, применяемым в системах поверхностного и твердотельного моделирования. Однако и этот метод имеет два серьезных недостатка.

Первым недостатком является то, что регенерация модели не всегда возможна после внесения изменений, когда это изменение требует отличного от записанного в историю протокола воссоздания. В этом случае система восстановит геометрию лишь частично. Иногда исправить ситуацию можно перестановкой действий в протоколе или заменой одних процедур на другие. Порой нельзя обойтись без введения дополнительных событий в историю.

Второй очень серьезный недостаток — невозможность обмена историями между различными системами. Читатели наверняка сталкивались с проблемами передачи геометрии из системы в систему, несмотря на то, что стандартам типа IGES, VDA, STEP, DXF и пр. уже много лет. Реального же стандарта хранения дерева истории сегодня, к сожалению, вообще не существует, да и создать его значительно сложнее, чем геометрический. Ведь этот стандарт должен отражать функциональность систем, что имеет отношение скорее к конкуренции, нежели к кооперации.

Проблема модификации модели, полученной из другой системы, сегодня является сверхактуальной. Например, конструкторские и технологические задачи решаются на разных типах систем. Производители штампов, пресс-форм и прочей оснастки тоже работают в иных системах, чем их заказчики. В итоге, для того чтобы сделать модель пресс-формы, необходимо поменять в исходной модели изделия многие параметры. Короче говоря, в мире существует множество различных подходов к объемному моделированию, и при этом есть необходимость в кооперации.

Возможен ли другой способ редактирования чужих моделей, кроме как строить их заново или тщательно заниматься локальными изменениями? Начиная работу над 6-й версией системы ADEM, разработчики понимали условия, в которых будут работать пользователи. Понятно, что далеко не все проекты решаются в рамках одной системы, а большинство пользователей являются, образно говоря, «подрядчиками», которые получают исходные данные из систем любых уровней (верхнего, среднего, легкого) и даже из дизайнерских программных продуктов, которые CAD-системами и назвать-то сложно.

Одним из методов, предназначенных для редактирования импортированных моделей в системе ADEM, является восстановление по измененному каркасу.

Геометрическая модель в простейшей интерпретации состоит из поверхностей, ребер и вершин. Если модель твердотельная, то присутствует еще и топология, описывающая взаимосвязи между этими объектами. Идея метода проста: производить изменение положения вершин в пространстве, а затем по ним восстанавливать модель. Вносить изменения можно двумя способами: корректируя положение вершин вручную, например посредством процедуры переноса, или корректируя вершины параметрически, изменяя значения размеров.

Указанный метод применим для широкого класса деталей и типов изменений, удобен и понятен для пользователей, но тоже имеет ряд ограничений. Например, его невозможно использовать для редактирования скруглений, так как после процедуры скругления теряются данные об исходном ребре и его вершинах.

Для редактирования «чужих» скруглений в системе ADEM применяют функции восстановления каркаса. Одна из таких процедур называется «Острый угол» (Sharp corner). Пользователь указывает поверхности, принадлежащие скруглению, и система восстанавливает угол в том виде, в каком он был до скругления. Теперь можно задать новое значение радиуса и получить измененный результат.

Функция «Острый угол» довольно проста в применении, но весьма сложна в реализации, как и любая задача, связанная с восстановлением утраченной информации, ведь очень часто имеется не одно, а несколько решений. Однако во многих случаях эта функция позволяет получить хороший результат.

Еще более серьезные проблемы имеет модный сегодня метод восстановления истории распознаванием фичерсов (Feature Recognition Method): по исходной импортированной геометрии предполагается распознать историю создания и построить дерево истории. Не останавливаясь подробно на этом методе, скажем только, что сегодня не существует ни одного продукта, который бы удовлетворял реальным задачам. На деталях, которые можно описать кубиками и цилиндрами, еще можно получить какие-либо результаты, но не более того.

Распознавание фичерсов имеет вероятностный характер, вследствие чего невозможно создание рационального с точки зрения пользователя представления модели. Так, любой объект в пределе может быть описан системой сфер, но что будет делать пользователь со множеством этих шариков при редактировании модели?

Omega technologies ltd со своими партнерами работает над другим методом, который называется восстановлением истории назначением фичерсов (Assigned Feature Representation, AsFR). Суть метода состоит в том, что пользователь сам назначает фичерс перед редактированием. Например, если он хочет отредактировать скругление, то указывает на поверхности, входящие в это скругление, и назначает им фичерс «скругление». После этого данные поверхности редактируются как скругление заданного радиуса.

Подобная методика внедрена в плоскую часть системы ADEM довольно давно. С ее помощью можно, в частности, параметрически редактировать чертежи, импортированные из других систем через формат DXF. Однако для задач объемного моделирования, безусловно, требуется значительно более сложный механизм.

В случае успеха в разработке этого метода пользователи получат уникальный инструмент внесения изменений в объемные модели. Предполагаемый срок реализации — середина 2002 года (ADEM v 8.0).

Итак, мы рассмотрели основные методы автоматизации внесения изменений в объемные модели, каждый из которых имеет свои достоинства и недостатки. Тем не менее в совокупности они создают универсальный аппарат редактирования трехмерных моделей, который постоянно развивается и совершенствуется изо дня в день, от версии к версии.

«САПР и графика» 6'2001