7 - 2003

Концептуальный дизайн — первый шаг к новому изделию!

Александр Лягушкин

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Уважаемые читатели! Это первая статья из цикла, посвященного конструкторско-дизайнерским работам в программных продуктах, поставляемых отделением RAND Worldwide в СНГ.

Итак, к вам пришел курьер DHL и торжественно вручил посылку с блестящими коробками долгожданного программного продукта. Вы осторожно вскрываете упаковку, извлекаете CD и задаетесь вопросом: «И что же теперь со всем этим делать?» Ответ зависит от того, как именно вы приобрели тот или иной программный продукт.

И задать себе такой вопрос стоило раньше.

Давайте рассмотрим несколько стандартных ситуаций, складывающихся в ходе технического перевооружения предприятия.

Вариант 1

Как правило, на первом этапе средствами CAD/CAM оснащаются конструкторские бюро, КБ технологической оснастки, подразделения техбюро и станочники ЧПУ. Это понятно и в условиях острейшего дефицита средств, наверное, даже оправданно. Однако зачастую процесс перевооружения идет бессистемно, по принципу: «В этот отдел два компьютера (заметьте, компьютера (!), а не набора тех или иных специализированных программных средств), в тот — три, тем тоже дадим два компьютера, чтобы не было обидно». Но рано или поздно руководство начинает понимать, что наличие программного продукта (даже самого передового) в виде разрозненных рабочих станций не дает ожидаемого эффекта. По сути дела, это просто совокупность высокопродуктивных электронных кульманов.

В начало В начало

Вариант 2

Руководители предприятия формируют некую технологическую цепочку из нескольких рабочих мест с программным продуктом, соблюдая (или, по крайней мере, стараясь соблюсти) сложившийся на предприятии рабочий цикл передачи информации от подразделения к подразделению. Цикл обработки информации становится более-менее непрерывным, уменьшается количество перекодировок. Типовая цепочка: конструкторское бюро — технологическое бюро — станки ЧПУ.

В начало В начало

Вариант 3

Руководители предприятия стараются выстроить непрерывную цепочку создания, передачи и обработки информации. В этом случае затрагивают даже самые ранние стадии создания изделия — концептуальное и эскизное проектирование, которые часто несправедливо забываются. Однако именно на этих начальных этапах, как правило, формируются потребительские и функциональные свойства проектируемого изделия, определяется его успех или поражение на рынке. Об этой стадии разработки изделия и пойдет речь в данной статье.

Арифметика проста: чем тщательнее изделие будет проработано на стадии концептуального дизайна, чем больше вариантов может быть предложено экспертной комиссии или отделу маркетинга для исследования спроса и чем реальнее прорабатываемый образец будет выглядеть, тем точнее вы попадете в цель, тем более выгодное и прочное место займет ваш продукт на рынке.

Возникает вопрос: каково же положение дел в дизайнерских отделах и отделах перспективного проектирования? Кто, как и на чем там работает? Как поставщики программных продуктов могут помочь «труженикам фломастера и пластилина»?

Традиционно дизайнер (речь идет о промышленном дизайне) пользуется карандашами и фломастерами. Он создает предварительную компоновку изделия с использованием «габариток» (бумажных или картонных шаблонов) тех или иных агрегатов, двумерную компоновку на чертежной доске, компоновку в проекциях; кроме того, от него может требоваться выпуск плаката и т.п. Причем схема работы не сильно отличается, даже если художник-дизайнер работает в какой-либо «рисовальной» программе, то есть в двумерном растровом или векторном редакторе. В этих программах он тоже оперирует карандашами и аэрографом — только бумага экономится и не нужно заниматься перерисовкой. В итоге получается, что вид создаваемого изделия напрямую зависит от мастерства художника. Представьте, дизайнер отлично проработал внешний вид изделия, компоновку и эргономику, подобрал окраску, идеи отличные, но по каким-то причинам плакат не удался: или ракурс не тот, или цвета, или искажение перспективы произошло и форма изделия изменилась до неузнаваемости! В итоге результат отрицательный, но идеи-то были хорошие!

Кстати, бывает и наоборот — просят сделать красивую картинку. И в результате получают непроработанную конструкцию, непроверенную компоновку, недодуманные переходы формы — все это скрывается за выгодным ракурсом, правильно поставленным бликом и хорошо наложенной тенью. Принимается решение о запуске «красивой картинки» в производство, а когда приходит время конструкторской проработки, наступает час расплаты. Или того хуже — товарный вид готового изделия не оправдывает ожидания сотрудников отделов маркетинга и продаж, сложившиеся под впечатлением от «красивой картинки».

Каков же выход из этой ситуации? Нужно экономить силы, а в конечном счете и средства при работе над любой стадией проекта. Для дизайнера экономия сил заключается в быстром и простом получении трехмерной модели и трехмерной компоновки агрегатов, в оперативном наложении цвета и текстур, в быстром создании сцены и получении фотореалистичного изображения (рендеринге), в получении анимационного ряда, позволяющего рассмотреть объект с нескольких ракурсов при различном освещении, в простом редактировании формы и свойств объекта и сцены.

Совершенно не претендуя на экспертную оценку, могу поделиться опытом работы с программами, предназначенными для конструкторов-дизайнеров. Вам судить, подойдут ли описанные мной в данных статьях продукты и методы работы с некоторыми программными продуктами для решения задач вашего предприятия. Прошу рассматривать описываемые методы как некий очень обобщенный подход. Безусловно, каждое предприятие имеет свои особенности, но из кирпичиков типовых решаемых задач можно сформировать практически любой алгоритм работы. Кроме того, хочу отметить, что не могу сопоставить по функциональности программные продукты от различных поставщиков — для того чтобы сравнение было достоверным, необходимо на них поработать.

Итак, давайте проанализируем типовую цепочку работы дизайнерского отдела: заказ от отдела маркетинга — идея — предварительный эскиз (скетч) — компоновка («габаритками» и шаблонами) — уточненный эскиз (по результатам компоновки) — проработка деталей и цветового оформления — уточненные проекции — демонстрационная модель (этот этап изображен на рис. 1 голубым цветом).

А что дальше? Давайте заглянем немного вперед, хотя это темы следующих статей. Дальше наступает очередь конструкторов: образмеривание (сканирование модели) — создание геометрии — проверка корректности форм — проработка «обойденных» и «неясно выраженных» дизайнером мест — объемная компоновка агрегатов — снова корректировка форм — показ дизайнеру для утверждения (этап отмечен светло-желтым цветом на рис. 1) — корректировка дизайна (!) и новый цикл (показан розовым цветом на рис. 1).

Ничего вас в изложенной схеме не смущает? Правильно, большое количество повторяющихся действий и обнаружение ошибки на очень поздней стадии разработки изделия, потом возврат практически к началу и повтор, повтор… Причем проверки-то ведутся непрерывно (например, и дизайнер, и конструктор проверяют компоновку), но на разных технологических уровнях, без какой-либо информационной оперативной связи между группами разработчиков (бумага, телефон и служебные записки не в счет)! И только потом, после нескольких циклов проработки, вы можете передать изделие в рабочее проектирование (этап отмечен зеленым цветом на рис. 1). Если вдуматься, то выход из данного положения прост — взять и выполнить один раз, но хорошо. В нашем случае — если и разрабатывать дизайн, то «по полной программе», сразу компоновать в пространстве агрегат, увязывать формы, прорабатывать детали, подбирать цвет и фактуру отделки. И стараться не возвращаться к уже пройденным этапам.

Понятно, что растровые или векторные 2D-редакторы не реализуют такую схему. В них нельзя вставить виртуальный электромотор в корпус виртуального фена, да еще определить зазоры от корпуса мотора до конструкции. Более того, вы не сможете реально оценить, как будет смотреться пластик «шагрень» голубого цвета при освещении вашего изделия ртутной лампой!

Художник-дизайнер привык работать карандашами и фломастерами, и ему не хочется осваивать новые приемы работы. Обидно, что опыт, накопленный за годы обучения и практической работы за доской с фломастером в руке, станет ненужным. Но так ли это? На самом деле ваш опыт будет лишь подкреплен современными инструментами, которые позволят уменьшить количество ошибок, освободят от рутинной работы и переделок, то есть возьмут на себя ремесленную работу и освободят вас для творчества!

Давайте рассмотрим функциональность и особенности работы пакета Pro/CONCEPT, разработанного компанией PTC и поставляемого RAND Worldwide (рис. 2).

Pro/CONCEPT является дальнейшим развитием известного ранее продукта 3DPaint, поставляемого с середины 90-х годов. 3DPaint был и до сих пор остается вполне достойным дизайнерским пакетом, если не считать двух недостатков:

• долгое время он был доступен только на платформе Silicon Graphics. Затем появились версии и под Windows NT, но работа данной программы требовала большой мощности видеосистемы. Стоимость видеоадаптеров, сертифицированных РТС для работы данной программы на платформе Windows NT, превышала 1000 долл.;

• он представляет собой, по сути дела, удобный растровый редактор. Превосходная работа со слоями, масками, инвертирование масок, трассировка кистью кривых, зарисовка выделенных зон (Friskets) и т.д. Но единственное, что эта программа позволяла, — это рисовать (не накладывать, а именно рисовать!) текстуры на трехмерных моделях. Полезность пакета 3DPaint, в отличие от остальных редакторов, заключалась в том, что при работе с системой Pro/Designer (Pro/CDRS) пакет давал возможность производить импорт модели (точнее, ее полигонального представления) для подготовки текстур и обратную передачу текстур и трассировочных кривых в редактор текстур и моделер Pro/CDRS в фоновом режиме.

Таким образом, алгоритм работы был таким: нарисовать картинку в 3DPaint, сохранить ее в необходимом формате, импортировать в программу-моделер (в данном случае в Pro/CDRS) в качестве «подложки» на проекционную плоскость или плоскости, если есть несколько картинок ортогональных проекций. Просмотреть картинки и выложить кривые границы поверхностей. Создать поверхностную геометрию модели и импортировать полигональное представление модели в 3Dpaint, раскрасить в трехмерном пространстве, передать обратно в Pro/CDRS и выполнить рендеринг. Все отлично работало и работает, только переходы из пакета в пакет немного утомляют.

Использование мощного и сверхточного поверхностного моделера Pro/CDRS на предварительных стадиях разработки концептуального дизайна, когда хочется увидеть вчерне будущий объект и немного его доработать, когда еще очень далеко до финальной отработки, а просто идет поиск формы, концепции, не всегда было оправданно. С появлением Pro/CОNСЕРТ ситуация кардинально изменилась. Этот продукт является законченным решением для художника-дизайнера. Для того чтобы получить модель объекта и его фотореалистические изображения, вам не надо теперь метаться из пакета в пакет (даже если они глубоко интегрированы друг в друга). Вы делаете все в одном месте, с одним интерфейсом, с минимально необходимым набором операций, с оптимальными скоростью и качеством.

Прошу вас обратить внимание на то, что поскольку этот продукт предназначен для художника-дизайнера, то созданная в нем модель не пригодна в прямом виде для запуска в производство. Это демонстрационная модель, позволяющая провести достаточно точную объемную компоновку и отработать концепции форм любой сложности.

Итак, какие же возможности предоставляет Pro/CONCEPT? Прежде всего давайте рассмотрим один из компонентов этого пакета — растровый редактор, оснащенный всем необходимым для рисования. Рисовать можно и на цветном фоне, и на прозрачной пленке (будет записан альфа-канал), и на бумаге с текстурой. Все инструменты для рисования находятся под понятными иконками; некоторые иконки могут раскрываться, предоставляя доступ к другим инструментам из данной группы. Из инструментов имеются: карандаш, аэрограф, ластик, маркер (рис. 2, левая вертикальная группа иконок). Необходимо отметить, что

Pro/CONCEPT обеспечивает очень удобную работу с изображением: вы можете рисовать любым инструментом при помощи беспроводной, чувствительной к нажиму (pressure-sensitive) ручки на специальном планшете. От силы нажатия на ручку (как в реальной жизни) зависит толщина или насыщенность линии, отображаемой на экране монитора. Конечно, вы можете рисовать и мышью, но такой непрофессиональный подход мы рассматривать не будем. Некоторые иконки интерфейса Pro/CONCEPT раскрывают редакторы, позволяющие корректировать свойства тех или иных инструментов (рис. 2, правая вертикальная группа меню), например толщину линий при минимальном и максимальном нажатии ручки, интенсивность цвета, прозрачность (рис. 2, правый верхний угол).

Далее следует отметить очень полезную возможность работы со сплайновыми кривыми и простыми геометрическими фигурами, такими как окружность и квадрат, которые путем простого масштабирования по различным осям могут быть преобразованы в эллипс или в прямоугольник (рис. 3, границы фигур). Форма сплайновых кривых может быть отредактирована путем перемещения их узловых точек или редактирования входящих и выходящих из узла тангенсов.

Сплайновые кривые могут быть использованы для двух видов работ:

• трассировки инструмента по кривой. Как вы знаете, нарисовать точную гладкую кривую от руки очень сложно. Поэтому сначала нужно создать кривую, отредактировать ее форму, а потом любым инструментом рисовать по этой кривой как по траектории. Очень удобно, а главное — точно. При удерживании клавиши Shift инструмент (аэрограф, маркер, карандаш или ластик) следует точно по кривой;

• создания маски, а точнее зоны действия инструмента или зоны выбора, — Frisket. Можно создать замкнутую фигуру из кривых, и тогда работать с зоной только внутри или только снаружи фигуры. Получается своеобразная маска, которую очень удобно модифицировать и точно настраивать под необходимую геометрию. В зоне действия маски можно работать инструментами, не боясь затронуть соседние части рисунка (рис. 3, геометрические фигуры и правая половина бокала нарисованы с применением маски Frisket).

Помимо Frisket существует и стандартная маска (рисунок на отдельном слое), которая будет прикрывать другие слои при работе тем или иным инструментом (рис. 3, левая сторона бокала нарисована с применением стандартной маски, стандартная маска изображена слева от бокала коричневым цветом). В отличие от Frisket маска может быть с различной степенью прозрачности, то есть на затененных маской зонах рисовать будет можно, но интенсивность рисунка под маской будет зависеть от степени ее прозрачности. Маску можно инвертировать, то есть прозрачные зоны на слое маски станут непрозрачными, и наоборот.

Следует особо отметить удобство работы со слоями. Каждый слой имеет иконку, которая является копией рисунка на нем (рис. 2 и 3, в нижнем правом углу находится редактор слоев и масок), что облегчает навигацию. Слои можно менять местами, очищать, сливать несколько слоев вместе для экономии места и вычислительных ресурсов компьютера.

Пользователю предоставляется стандартный набор средств трансформации изображения, таких как увеличение/уменьшение, перемещение и вращение, операции модификации (фильтры) рисунка: Blur (размывание), Sharpen (увеличение резкости), Smage (размазывание), Lighten (осветление), Darken (затемнение). На один рисунок можно наносить другой с выбранного слоя операциями Clone (клонировать слой), Stamp (рисовать копией слоя) и Pattern (многократно копировать содержимое слоя).

В числе прочих полезных инструментов следует отметить возможности сплошной заливки цветом, определение цвета с точки на рисунке и построение сложной маски, ограниченной кривыми (Frisket), при помощи «волшебной палочки» (Magic Wand). Этот инструмент строит кривую, проходящую через пикселы с одинаковыми показателями цвета (RGB или HLS), и делает ее активной. Что, собственно, и создает сложную по форме маску — Frisket.

Все перечисленные инструменты доступны, как правило, и в других подобных растровых редакторах, например в Adobe Photoshop. Но в Pro/CONCEPT количество команд, необходимых для выполнения рисунка, сведено к оптимальному минимуму, редакторы свойств инструментов наглядны и легко управляемы, а самое главное — рисунок, полученный в редакторе Pro/CONCEPT, является первой, но неотъемлемой частью единого непрерывного технологического процесса создания дизайна изделия.

В следующих статьях мы коснемся вопросов полигонального моделирования в Pro/CONCEPT для быстрого построения дизайн-модели и вопросов рендеринга, операций получения фотореалистичного изображения виртуального прототипа будущего перспективного изделия.

В настоящей статье мы рассмотрели оснащение подразделений предприятия новыми высокоэффективными инструментами, обобщенную схему работы дизайнерско-конструкторских подразделений и постарались выявить факторы, мешающие высокоэффективной работе, а также начали знакомиться с одним из программных продуктов, который может быть эффективно использован как первое звено в комплексе инструментальных средств для решения задач построения законченного технологического цикла проектирования изделия на предприятии.

В начало В начало

«САПР и графика» 7'2003