Брой 6 (брой 6 - декемри 2009 г.)

И двата вида моделиране имат своите предимства и недостатъци – съчетавайки ги, може да се постигнат гениални резултати.

Mike Hudspeth  

Фигура 1: При повърхнинното моделиране външната геометрия е определяща. Всичко останало е с по-малко значение. Тези конструктори са моделиери в пълния смисъл на думата. Снимка Alias

Ние всички сме наблюдавали поне един или два пъти странни двойки. Погледнете Майкъл Джексън и Лиса Мари Пресли.
Както казват, противоположностите се привличат, но тези двамата са от съвсем различни светове. Нещата около противоположности се свеждат до това, че трябва да имат някои общи точки на припокриване, иначе никога няма да се получи. И без това има толкова много препятствия. Както при интуитивното (или директно) и параметричното моделиране.
Могат да работят заедно? Но дали трябва? Да кажем - защо не.

Какво е значението на историята?

В зората на конструирането, единственият начин за моделиране е бил чрез интуитивни средства. 3D моделирането се състои от графични рамки. Ако сте виждали оригинала на Star Wars, знаете какво имам предвид. Графиката на въстаналите пилоти в този филм от 1977 г. е генерирана на компютри от онази епоха, което по това време било въпрос на художествено умение. Очевидна е липсата на каквото и да е защриховане.
Няколко години по-късно, повърхнинното моделиране се появява, за да позволи новият начин да се правят нещата. Той предоставя огромни предимства пред полигоналното моделиране. От една страна, наистина можете да получите точното пресичане на кривите - нещо, което беше много трудно без повърхнините - когато изпъкналата част срещне стена или отвор.

Фигура 2: Когато въвеждате модел от друга програма, понякога остават отвори. Интуитивните моделиери като цяло са по-добре оборудвани да обработват импортирана геометрия.

Alias на Autodesk е добър пример (виж. фигура 1) и се превръща в превъзходен промишлен конструкторски софтуер, защото може да моделира буквално всичко, което бихме могли да си представим. По същата причина (и поради малкия файлов размер), програмите за повърхнинна обработка са все още лидер в индустрията за развлечения и игри. Но все още са нужни подобренията. Обработката на повърхнините е досадна. Трябва да се съобразявате с това доколко са точни повърхнинните ръбове. Ако те не са в рамките на допустимите отклонения, трябва да пробивате отвори в моделите и те няма да бъдат "водоустойчиви" (виж. Фигура 2).
Нещата стават значително по-добри, след дебюта на твърдотелните модели  и света на конструирането на детайли вече не е същият. Предимството на твърдотелните модели, освен повърхнината е, че компютърът познава модела отвътре.
Една добра работна дефиниция на „солид” е просто - един напълно затворен обем. Ако вземете набор от повърхнини, които са водоустойчиви и ги пришиете заедно, приключвате с твърдотелното моделиране. С твърдотелното моделиране обикновено не трябва да се тревожите за превръщане/отваряне/ на модела отвътре навън, което е най-трудно. Това ми се е случвало много пъти (не ме питайте как - всеки път е различно).
Друго предимство на този тип моделиране е по-малкия брой стъпки за създаването на нещо. Чрез повърхнините, трябва да се моделира всяка повърхност и да се направят разрази. При твърдотелния моделиер, само го докосвате и той вече знае къде ще свърши всичко. Ако трябва да поставите бленда на ръба на куба, просто изберете ръба и вмъкнете радиуса вместо да създавате гранична повърхност и след това да орязвате четирите краища, както и четирите повърхнини на куба. (Разбира се, за да бъдем честни, най-модерните повърхнинни моделиери сега правят доста повече от това).

Тогава се появи функцията - моделиране. Преди това, всичко, което се правеше имаше свое собствено начало и край. Каквото било било. Но с функцията за моделиране запазвате това, което сте направили, за да създадете своята геометрия. Функцията е много подобна на макро, която изгражда конкретна геометрия. Да кажем, например, че искате да направите изпъкналост на повърхността. Казвате на компютъра, че искате това, указвате къде искате да бъде, колко ще бъде висока, и какви са диаметрите на върха и на основата. Можете дори да контролирате процеса чрез ъгъла. Компютърът ще знае какво да прави. Лесна работа.

Фигура 3: Ако не сте настроили ограниченията, за да се контролира това, което искате да промените, понякога се получават произволни резултати.

Параметричност

Всичко до този момент може да се счита за интуитивно моделиране (макар че може да се поспори, че моделирането на функции не е). Както виждате, цялата информация, която въвеждате е пряко свързана с това, което правите в момента. Истинският недостатък на интуитивното моделиране е, че това е почти като фотокопие. Забравя всичко, което е вече създадено. Няма реална история. Въведете параметри.
Параметричното и интуитивното моделиране много си приличат в началото, но бързо се появяват разликите. Създавате структурна геометрия, от която са получени характеристиките и моделите. Основната разлика е, че вашите функции си остават свързани с кривите, от които са получени. Това ви позволява да правите промени във функциите като променяте кривите. Параметричните моделиери ви помагат да създадете т.нар. скици. Това са набор от почти планарни геометрии, които използвате при създаването на вашия модел. Можете да създавате повърхнинни или твърдотелни модели по този начин. По-голямата част от съвременните твърдотелни моделиери използват някакъв вид скици и параметри. Първият широко приет параметричен моделиер, озарил пътя на историята е Pro/ENGINEER на PTC.
Това, по което скиците се различават от интуитивното моделиране е, че можете да добавяте ограничения (виж. Фигура 3). Има два вида ограничения, които може да се прилагат: геометрични и математически.
Геометричните ограничения диктуват неща като: дали дадена линия винаги ще бъде успоредна на друга или дали този кръг винаги ще бъде концентричен спрямо другия кръг. Те са много удобни за привеждане в съответствие. Можете да се уверите, че единия край на една линия е с абсолютно същата ориентация като другия й край - макар никога да не се е допирала до другата.
Ограниченията в размерите, както подсказва името им - прилагат размерите към геометричния чертеж. Можете просто да зададете геометрията, такава, каквато винаги трябва да бъде и без значение какви промени ще направите - тя ще остане такава. Можете дори да създавате формули. Да кажем, например, искате дължината на чертежа винаги за бъде три пъти по-голяма от ширината му. Можете да направите и това.

И така, кое е по-добре?

Зависи. Какви са вашите цели? Какво искате да правите с вашите модели? Къде ще отидат и каква ще е функцията им там? Добре е тези неща да диктуват какви методи ще използвате.
Интуитивните моделиери са особено подходящи за „онаследени/наследствени” данни, особено такива, който идват от различни 3D моделиери. Такава геометрия рядко може да се преобразува във вашия софтуер за моделиране, като запази неговите ограничения непокътнати. Има различни причини за това. (Аз често се чудя, как бихте направили това с доставчици, които наистина не искат да ви улеснят при смяната на софтуера ви за моделиране.) По принцип, когато въвеждате (или отваряте) геометрия, това, което виждате, е това, което се получава. Повечето транслатори правят компромис с екстериорната топология само на въведения модел. Това може да бъде добре за изпращане на данни към външен доставчик. Може да им се доверите да работят за вас, но не искайте от тях да бъдат като оригиналния ви файл с вградената му информация.
Може би трябва да представя някои аргументи за това, но виждам, че интуитивното моделиране е изначално по-сигурно от параметричното. Можете да го експортирате, в каквато резолюцията поискате. Да, можете да направите това и с параметричните моделиери, но интуитивното моделиране стартира на първо място с по-малко информация.
Едно от най-добрите приложения на интуитивните моделиери е по отношение на понятията. Интуитивното моделиране е бързо и лесно за разбиране. Ако все пак не ви харесва нещо, изрязвате го и го заменяте. Този метод често се нарича „кръцни – срежи”. Ако сте се заели с модели, които трябва да се приключат за кратко, интуитивно моделиране ще ви помогне. Няма по-бърз начин да се изгради или редактира един модел.
Преди един от моите бивши работодатели да закупи програма за цифрово проектиране всичко, което правехме беше на ръка. Момчетата, които работеха в нашата конструкторска фирма бяха истински магьосници в ръчното физическо моделиране. Ако бе необходимо да се обере някой ъгъл, те просто вземаха пилата и го изпилваха. Интуитивното моделиране определено е най-доброто, което можете да постигнете на това ниво на интуитивен подход. Ето защо редактирането при него очевидно става бързо.
Разбира се, параметричните моделиери предлагат собствен набор от предимства: несравнима повторяемост и контрол/управление. Когато сте конфигурирали правилно, можете да възпроизвеждате всеки модел и да въвеждате лесно цялата продуктова линия. Ако направите семейства от компоненти, параметричните моделиери са превъзходни. Може да се изградят модели, които са идентични по отношение на дължина и ширина (или всякакви други атрибути).
Можете да настроите конструкторските таблици да контролират всеки параметър, който поискате - често от електронна таблица в Excel. Редактирането на параметричния файл може да бъде реално предимство. Наистина можете да направите много промени само чрез промяна на един или два основни размера. Можете дори да изтриете ограниченията и да ги зададете на чертежа по съвсем различен начин, за да получите по-добри резултати. Превизуализирането на моделите е може би най-важното предимство на една, базирана на историята система.

Фигура 4: Ограниченията съхраняват неща, където сте ги оставили. Ограниченията в оразмеряването ви казват какви са височината, диаметъра или ъгъла. Между другото, някои интуитивни моделиери използват ограничения и сега. Снимка Kubotek, САЩ

Параметрично моделиране обхваща всички аспекти на взаимоотношенията в моделирането. Как една част от геометрията се отнасят спрямо другите? Вие указвате как да бъде изпълнена всяка една част геометрията. Вие настройвате всичко да действа по указания начин. Предимството е, че с параметричния моделиер, моделът винаги ще се държи по предвидим начин, който можете да контролирате. Ако искате да промените ъгълът на част от модела, може просто да отидете на чертежа и да промените размера му. Ако сте задали ограниченията по подходящ начин, то ъгълът ще се промени точно както очаквате. (Ако не сте задали правилно ограниченията, ще ви даде да разберете и то по най-забавния начин за вашите колеги, както е показано на Фиг.4)
Обмисляте начин за сглобяване. Ако не сте задали връзка, която винаги да действа като връзка, когато започнете да движите сглобената единица чрез нейния набор от движения, връзките могат да направят непредсказуеми неща. Недостатък при параметричното моделиране е, че трябва да прекарвате време (понякога доста дълго), за да задавате параметрите, които желаете.

Беше ли гений DaVinci?

Днес, аргументите за и против интуитивно или параметрично...... са някак академични. Интуитивните моделиери започват да се използват при някои типично параметрични функционалности, а параметричните моделиери предлагат интуитивни начини за справяне (виж. Фигура 5).

Фигура 5: Точно както някои интуитивни моделиери използват ограничения, така и някои параметрични моделиери могат да правят някои много интуитивни неща. Снимка  Siemens PLM Software  

Един велик подход, който се използва при моделирането е т.нар. "ренесансов" подход. Какво имам предвид? Замислете се за Leonardo DaVinci. Той държеше в ръцете си почти всичко, което е било възможно. Работил е усърдно при откриването и изработката на толкова много неща. Резултатът е, че той е изпреварил времето си в много отношения и с много от изобретенията си. Може да направите същото. Научете няколко начина да направите едно и също нещо – проучете предимствата и недостатъците на всеки метод. По този начин ще знаете не само какви технически похвати ще са най-подходящи за дадена ситуация, но и защо.
Както е с всичко, един гуру с интуитивни или параметрични убеждения, винаги ще бъде в състояние да моделира по-бързо и по-добре, отколкото начинаещ или случаен конструктор. За прилагане на Ренесансовия подход е нужен гуру по 3D моделиране. Трябва да се стремим именно към това.
От началото на моята кариера в областта на моделирането, внимателно избирах методите, които ползвам. Трябва да използвате техники, чрез които ще получите желаните резултати по най-гъвкав начин. Да се постигне възможно най-голяма гъвкавост. Ако това означава интуитивно, използвайте го! Ако пък опира до параметрично моделиране, гмуркайте се смело! Не забравяйте, че градите собствено наследство по отношение на моделирането. Ще бъде известни с качеството на моделите, които сте конструирали. Така че, направете услуга на себе си и на всички останали. Не си позволявайте да се ограничавате само с един начин. Познавайте инструментите си и избирайте разумно.