Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«петербургский государственный университет путей сообщения»

Н. А. Елисеев Ю. Г. Параскевопуло, Д. В. Третьяков

3D - моделирование

для студентов-заочников механических и инженерно-технических специальностей

Учебное пособие

Санкт-Петербург 2008


УДК 681.3.06.(075)

ББК3.973я73

3D-моделирование для студентов-заочников механических и инженерно-технических специальностей / Н.А. Елисеев, Ю.Г. Параскевопуло, Д.В. Третьяков – СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2008. – с.

Представлены основные понятия и общие вопросы по теории дисциплин «Компьютерная графика» и «CAD/CAM технологии». Рассмотрены современные методы 3D-моделирования объектов на ПЭВМ. В качестве инструментального средства используются пакеты КОМПАС-3D, AutoCAD, Top-FLEX CAD, Autodesk 3ds Max.

УДК 681.3.06.(075)

ББК3.973я73

Введение
В основу учебного пособия положен разработанный авторами материал для обучения будущих специалистов применению в инженерной практике графических пакетов КОМПАС, AutoCAD, Top-FLEX CAD для работы с векторными изображениями.

Целью настоящего пособия является оказание помощи студентам в ознакомлении с современными возможностями CAD-систем для построения 3D-моделей; сведениями о векторной графике; основами визуализации графических изображений, а также изложение понятий и общих вопросов для получения студентами навыков использования векторной графики в практической деятельности.

При подготовке будущих инженеров большое значение приобретает обучение их способам рационального построения геометрических моделей машиностроительных деталей и других объектов с последующим выполнением конструкторской документации, визуализации результатов инженерных расчётов, моделирование сложных процессов и явлений.

В пособии рассматриваются примеры изображения деталей на машиностроительных чертежах при помощи графических пакетов AutoCAD, КОМПАС, Top-FLEXCAD и др.

Графический редактор AutoCAD, широко распространённый на мировом и российском рынках, предназначен для автоматизации инженерно-графических работ и включает в себя модули плоского черчения и трёхмерного твёрдотельного моделирования [1].

---

Пакеты КОМПАС последних версий позволяют при помощи чертёжно-конструкторского редактора строить ассоциативные виды, которые постоянно сохраняют связь с построенными в них твёрдотельными моделями (при изменении формы, размеров и конфигурации элементов геометрической 3D-модели изменяется и отображение этих параметров во всех связанных с ней видах проекций) [2].

При работе с модулем трёхмерного твёрдотельного моделирования создаётся виртуальная математическая модель, которая, тем не менее, обладает вполне реальными физическими свойствами: плотностью, объёмом, массой, моментом инерции и т. д. и может визуализироваться как двухмерная или трёхмерная модель [3].

Трёхмерное моделирование даёт возможность наглядно представить проектируемый объект, его функциональную тектонику и технологию промышленного изготовления, преобразовать в 2D-модель и подготовить конструкторские документы.

Важную роль в процессе конструирования играет геометрическое моделирование новых объектов, и особого внимания требует задача компьютерной разработки сложных поверхностей новых технических форм [4].

Всё выше перечисленное делает трёхмерное моделирование неотъемлемой частью совместной работы САПР (систем автоматизированного проектирования)/АСТПП (автоматизированных систем технологической подготовки производства) – CAD (ComputersAidedDesign)/CAM (ComputersAidedManufacturing) систем.

Примечание: программные продукты разработчиков САПР помимо выполнения задач в областях CADи CAM, включают в себя программные системы, решающие задачи в областях CAE (ComputersAidedEngineering) – поддержка инженерных решений при проектировании различных объектов и PDM (ProductDataMenegment) поддержка жизненного цикла изделий, управление проектами и техническим документооборотом. Все эти системы полностью интегрированы между собой и могут работать как в комплексе, так и автономно.

1. 
   Общие сведения
   

«Компьютерная графика» и «CAD/CAM технологии» является важными дисциплинами в системе подготовки современных специалистов и обеспечивают получение знаний о применении компьютерных технологий в области создания 3D-моделей и конструкторской документации.

Компьютерная графика

---

являются одной из подсистем САПР

САПР – это человеко-машинная система, позволяющаяся на базе ЭВМ автоматизировать определённые функции, выполняемые человеком, с целью повышения темпов и качества проектирования.

важнейшим достоинством САПР при выполнении проектно-графических работ по сравнению с традиционными методами: высокая скорость, точность и качество выполнения чертежей, возможность многократного использования готового чертёжа или его частей и т.д.

Современная САПР имеет следующие основные признаки: стандартизованный интерактивный интерфейс; широкий набор приложений – библиотек и прикладных систем автоматизированного проектирования; возможность создания плоскостных моделей объектов (2D-системы), полноцветных трёхмерных твёрдотельных моделей (3D-системы), параметрических моделей, среды программирования; поддержку распространённых форматов обмена и др.

Это определило ряд важнейших достоинств САПР при выполнении проектно-графических работ по сравнению с традиционными методами: высокая скорость, точность и качество выполнения чертежей, возможность многократного использования готового чертёжа или его частей и т. д.

Компьютерная графикапозволяет повысить производительность труда человека на стадии геометрического конструирования и графической подготовки конструкторской документации, а также освободить исполнителя от выполнения однообразных, трудоёмких графических операций.

дисциплин «CAD/CAM технологии» включает в себя современные технологии создания геометрических моделей изделий с помощью аппаратных и программных средств компьютера, отображения их на экране монитора и затем сохранения в файле или печати на принтере.

Системы автоматизированного проектирования условно можно разделить по широте круга решаемых инженерных задач на две группы:

- «тяжёлые» – Pro/ENGINEER (США), EUCLID QUANUM (Франция), Mechanical Desktop (фирма Autodesk ) Solid Works (фирма Solid Works);

- «лёгкие» – AutoCAD (фирма Autodesk ), MiniCAD (США), Top-FLEX CAD (Россия), КОМПАС (Россия, фирма АСКОН);

Строго говоря, первые версии «лёгких» систем имели отношение только к начальным этапам развития САПР, т.к. эти графические редакторы, предназначенные для автоматизации инженерно-графических работ, позволяли использовать ЭВМ в основном как «электронный кульман» – 2D системы [5].

---

«Тяжёлые» системы и последние версии «лёгких» – AutoCADV2002-2009, КОМПАС-3DV6-9 включают в себя модули плоского черчения и трёхмерного твёрдотельного моделирования с привлечением мощных конструкторско-технологических библиотек и современного математического аппарата для проведения необходимых расчётов.

Важно значение в инженерной деятельности имеет создание геометрических моделей при помощи CAD-технологий.

графический редактор Autodesk 3dsMax используется при создании инженерно-технических плакатов, презентаций, выполнении разработок фирменного стиля, создании логотипов или иных элементов оформления, изготовлении рекламных буклетов, и других изображений.

редактор Autodesk 3dsMax при помощи средств анимации позволяет имитировать перемещение созданных моделей в пространстве, отслеживать траекторию их движения и т.д.

При работе в графической системе выбираются соответствующие команды графического интерфейса, которые формируются в процессе обращения к меню и панелям инструментов.¹


2. 3D-моделирование
2.1 Средства геометрического моделирования: AutoCAD, КОМПАС, Top-FLEX CAD и др.
Трёхмерное моделирование можно разделить на три вида: каркасное, поверхностное, твёрдотельное (сплошное).

Каркасная геометрическая модель полностью описывается в терминах точек и линий. Каркасное моделирование имеет ряд серьёзных ограничений из-за недостатка информации о гранях объекта, заключённых между рёбрами, и отсутствия возможности выделить внешнюю и внутреннюю области изображения. Главным фактором, ограничивающим применение каркасных моделей, является неоднозначность распознавания ориентации и видимости граней изображения. Этот эффект может привести к непредсказуемости результата, т.е. нельзя будет отличить видимые грани геометрической формы от невидимых (рис. 1).




рис. 1
Поверхностная геометрическая модель определяется с помощью точек, линий и поверхностей. Поверхностное моделированиенаиболее эффективно при проектировании сложных криволинейных поверхностей, изготовляемых из листовых материалов, например, различные кузова, ёмкости и т.д.

---

Поверхности в компьютерной графике могут быть получены как элементарные геометрические поверхности, поверхности вращения (рис. 2), аналитические поверхности и поверхности произвольной формы.

К элементарным поверхностям относятся поверхности, например, поверхности, образующиеся параллельным переносом линии вдоль перпендикулярной к ней оси (рис. 3).


рис. 2 рис. 3
Твёрдотельная геометрическая модельописывается в терминах того трёхмерного объёма, которое занимает тело. При твёрдотельном моделированиииспользуется набор трёхмерных твёрдотельных примитивов, находящихся в библиотеках системы (шар, цилиндр переменного сечения, параллелепипед и т.д.).

Процесс создания трёхмерной твёрдотельной конструкции включает различные способы: булевые операции, выдавливание, вращение, кинематические операции по заданной траектории или сечениям.

Довольно часто геометрические модели формируются с использованием булевых операций, которые базируются на понятиях алгебраической теории множеств: объединение, вычетание и пересечение (рис. 4).
Булевые операции² Операции с примитивами
а. Объединенеие



б. вычетание



в. Пересечение

рис. 4


Для выполнения операций 3D-моделирования в редакторе AutoCAD необходимо ознакомиться с основными рабочими панелями и наиболее часто употребляемыми командами при графических построениях (рис. 5).

для построения «теоретических» твёрдых тел применяются геометрические примитивы Рабочей панели Твёрдые: Бокс, с

---

Смотрите также файлы

• Кредит xls. Уровень A.doc

• Это предполагает общий подход к.docx

• Итархитектура и итстратегия Тема 1 Актуальность проблематики связана с.pptx

• Всероссийская научнопрактическая конференция "Национальная безопасность России актуальные аспекты".pdf

• А. В. Ялаев 2018г.pdf