Єння різних видів тривимірного моделювання
2.4.1. Каркасне моделювання
Каркасна модель повністю описується в термінах точок та ліній. Каркасне моделювання являє собою моделювання найнижчого рівня і має ряд серйозних обмежень, більшість з яких виникає через брак інформації про межі, укладені між лініями, і неможливості виділити зовнішню і внутрішню область зображення твердого об'ємного тіла. Однак каркасна модель вимагає набагато менше комп'ютерної пам'яті, ніж дві інші моделі, і може виявитися цілком придатною для вирішення інших завдань, що відносяться до простих форм.
Обмеження каркасних моделей
Неоднозначність. Одним із основних недоліків розглянутих моделей є можливість неоднозначно інтерпретувати орієнтацію та видимість граней каркасного зображення. Цей ефект, зумовлений природою каркасної моделі, може призвести до непередбачуваних результатів. На відміну від твердотільної моделі в каркасній моделі не можна відрізнити "видні" грані геометричної форми від "прихованих" (невидимих). Операцію з видалення прихованих ліній можна виконати лише вручну: із застосуванням команд редагування до кожної окремої лінії. Але результат цієї стомлюючої роботи буде воістину катастрофічним, рівносильним "руйнуванню" всієї створеної каркасної конструкції, тому що лінії, невидимі на одних видах, помітні на інших видах. Видалення ж будь-якої лінії на якомусь вигляді неминуче спричинить видалення її на всіх інших видах.
Неможливість розпізнавання криволінійних граней. Бічні поверхні циліндричних форм реально немає ребер, хоча зображенні показуються силуети деяких уявних ребер, які обмежують такі поверхні. Розташування цих" ребер " у просторі змінюється залежно від напрями виду (точки зору), тому ці силуети не розпізнаються як елементи каркасної моделі і зображуються у ньому. Можна спробувати уявити криволінійні грані поздовжніми "тіньовими лініями", розташованими через регулярні інтервали. Однак наявність цих неіснуючих ліній може внести ще більше плутанини в креслення, яке й так уже сповнене неоднозначностей. Ці проблеми виникають також при реалізації уявлень форм із непостійним поперечним перерізом.
Неможливість виявлення взаємного впливу компонентів. Каркасна модель не несе інформації про поверхні, що обмежують форму, що зумовлює неможливість виявлення небажаних взаємодій між гранями об'єкта та суттєво обмежує застосування каркасного моделювання.
Проблеми, що виникають при обчисленні фізичних показників, також є наслідком нестачі даних про поверхні. Існує ймовірність того, що коректно побудована геометрична форма, а отже, і об'єм тіла, що відрізняється від базових стандартних компонентів, можуть бути неточними. Таким чином, значення фізичних характеристик (наприклад, маса, площа поверхні, центр ваги або моменти інерції) будуть недостовірними.
Відсутність засобів виконання тонових зображень. Забезпечення плавних переходів різних кольорів та нанесення світлотіні становлять ту необхідну техніку, якою має володіти не лише кожен художник, а й пакет тривимірного моделювання. Основним принципом цієї техніки і те, що " затіненню " піддаються грані, а чи не ребра. Таким чином, вона не може бути застосована до моделей, які не мають поверхонь.
2.4.2. Поверхневе моделювання
Поверхнева модель визначається здопомогою точок, ліній та поверхонь. Таким чином, її можна розглядати як модель вищого рівня, ніж каркасну модель, а отже, як більш гнучку та багатофункціональну.
2.4.2.1. Поверхневе моделювання має такі переваги в порівнянні з каркасним:
здатність розпізнавати та зображати складні криволінійні грані;
здатність розпізнавати грані та таким чином забезпечувати засіб отримання тонових тривимірних зображень;
здатність розпізнавати спеціальні побудови на поверхнях, наприклад отвори;
можливість отримання якісного зображення та забезпечення зручного виробничого інтерфейсу зі верстатами з ЧПУ при імітації траєкторії руху інструменту у тривимірному просторі для циклу обробки деталей складних форм по кількох осях;
забезпечення ефективніших засобів для імітації функціонування роботів.
Метод поверхневого моделювання найбільш ефективний при проектуванні та виготовленні складних криволінійних поверхонь, таких як корпуси автомобілів.
2.4.2.2.Недоліки поверхневого моделювання
Хоча методи поверхневого моделювання мають багато переваг, в даний час існує ряд обмежень на їх використання, які можуть бути усунені тільки застосуванням методів твердотільного моделювання. Основними є такі обмеження:
виникнення неоднозначності під час спроби моделювання реального твердого тіла;
недостатність точності представлення деяких поверхневих моделей для забезпечення надійних даних про тривимірні об'ємні тіла;
складність процедур видалення прихованих ліній та відображення внутрішніх областей.
Незважаючи на всі ці недоліки, розглянуті методизалишаються поки що і на найближче майбутнє найефективнішим засобом моделювання для низки додатків.
Твердотельная модель описується термінах того тривимірного обсягу, який займає обумовлене нею тіло. Таким чином, твердотільне моделювання є єдиним засобом, який забезпечує повний однозначний опис тривимірної геометричної форми. Цей спосіб моделювання є найсучаснішим і найпотужнішим з трьох розроблених методів. Максимальна ефективність систем твердотільного моделювання досягається при їх реалізації на 32-бітових комп'ютерах.
2.4.3.1.Безперечними перевагами твердотільних моделей є такі:
повне визначення об'ємної форми з можливістю розмежування зовнішньої та внутрішньої областей об'єкта, що необхідне виявлення небажаних взаємовпливів компонентів;
забезпечення автоматичного видалення прихованих ліній;
автоматична побудова тривимірних розрізів компонентів, що особливо важливо під час аналізу складних складальних виробів;
застосування перспективних методів аналізу з автоматичним отриманням зображення точних вагових характеристик та ефективних конструкцій методом кінцевих елементів;
наявність різноманітної палітри кольорів, керування колірною гамою, отримання тонових ефектів маніпуляцією джерелом світла – всього того, що сприяє реалізації якісних зображень форм, компонентів та перерізів;
підвищення ефективності імітації динаміки механізмів, процедур генерації траєкторії руху інструменту та функціонування роботів.
Методи твердотільного моделювання, які зазвичай використовуються в прикладних системах, поділяються на два класи: метод конструктивного уявлення (метод C-Rep) та метод граничного уявлення(Метод B-Rep). Вони відрізняються один від одного способом зберігання моделей у пам'яті комп'ютера.
2.4.3.2.Моделювання методом конструктивного уявлення (C-Rep)
Метод конструктивного уявлення полягає у побудові твердотільних моделей з базових складових елементів, званих твердотілими примітивами та визначених формою, розмірами, точкою прив'язки та орієнтацією.
Булеві операції є істотним інструментарієм для побудови моделі C-Rep щодо взаємовідносин між сусідніми примітивами. Булеві операції базуються на поняттях алгебраїчної теорії множин і мають нормальний зміст, коли застосовуються до твердотільних об'єктів.
2.4.3.3.Твердодільне моделювання методом граничного уявлення (B-Rep)
Моделювання методом B-Rep проводиться тими самими засобами, якими користуються під час створення компонентів методом C-Rep, тобто спочатку будуються примітиви з допомогою лінійної чи кругової розгортки, та був виконується побудова їх із допомогою булевих операцій складових форм.
Однак пакети моделювання C-Rep розпізнають складну форму в термінах складових її твердотільних примітивів, тоді як пакети аналізу B-Rep оперують з моделлю в термінах ребер і граней, які утворюють граничну граничну поверхню об'ємного тіла. Дані про цю поверхню структуруються в термінах її топології (яка описує число граней) та її геометрії (опис форми, а також розміщення у просторі вершин, ребер та граней).
Головною перевагою моделювання методом B-Rep є можливість легкої модифікації граничної поверхні. Однак відповідні системи моделювання методом граничного уявлення вимагають більшого обсягу комп'ютерної пам'яті.
Відмінності міжтипами твердотільного моделювання невеликі, і в деяких системах застосовується комбінація цих двох методів.
Порівняння різних видів тривимірного моделювання можна ілюструвати даними табл.2.5.
Табл.2.5.Порівняльні можливості тривимірних моделей