Вариационное прямое моделирование

Зарождение классических систем трехмерного моделирования происходило в о второй половине 80х годов. Именно тогда в мир пришел пионер этой отрасли, система Pro/Engineer. Все конкурирующие системы от прочих мировых вендоров, такие как CATIA, NX, SolidWorks, Inventor, Solid Edge унаследовали основную идеологическую концепцию прародителя: информация о геометрических характеристиках модели в этих системах сохраняется в неком подобии сценария, который сегодня мы называем историей построения. Эта технология сохраняла доминирующее положение на рынке в течение четверти века. Действительно, за довольно короткий промежуток времени концепция истории построения была дополнена возможностями параметрического моделирования, для многих пользователей эти понятия, по сути, равноценны. Модель на основе истории построения достаточно легко параметризовать, связав с каждым этапом построения набор определенных параметров. В дальнейшем, для модификации модели достаточно изменить значения нужных параметров и выполнить сценарий построения заново. Однако, если взглянуть глубже, работа с подобной параметрической моделью несет в себе ряд сложностей. Для изменения параметра его нужно найти в дереве истории построения модели, а для моделей сложной конфигурации это может быть достаточно трудоемким. А иногда и невозможным, если возможность изменения данного параметра не была заложена в модель изначально. Кроме того, сам процесс «проигрывания» сценария для сложных моделей занимает достаточно продолжительное время и требует значительных вычислительных мощностей. Еще одной проблемой является работа с разнородными и устаревшими данными, происходящими из различных CAD-систем, в том числе из устаревших, отсутствующих на сегодняшнем рынке. Безусловно, современные системы позволяют выполнять импорт из конкурирующих форматов либо читать обменные форматы, но при этом информация об истории построения обычно теряется, загружается только «немая геометрия».

Мало кто помнит сейчас, но спустя всего несколько лет после дебюта Pro/ Engineer, компанией HP был выпущен продукт SolidDesigner , реализовавший принципы динамического моделирования. Данная технология позволяла пользователю взять одну или несколько граней модели и повернуть или переместить ее. При этом уже тогда были реализованы элементы интеллектуального поведения – система позволяла выделять смежные грани или целые конструктивные элементы. Параметризация же в этом случае была реализована за счет наложения локальных размерных ограничений. Однако заметного интереса на рынке к данной технологии не наблюдалось.

Повторный всплеск интереса к динамическому моделированию (к тому времени термин трансформировался в «Прямое моделирование») с выпуском SpaceClaim в 2007 году. В это же время новосибирская компания ЛЕДАС работала над реализацией вариационной параметризации, согласно которой накладывались равноправные параметры с двусторонней связью, без разделения на входящие и выходящие. В результате уже в 2008 году ЛЕДАС презентовал первую реализацию системы вариационного прямого моделирования для Google SketchUp, а чуть позже – для Rhino. Самую эффективную на сегодня реализацию технологии вариационного прямого моделирования можно наблюдать в BricsCAD.

Предложенная технология позволяет обойти все вышеперечисленные проблемы моделирования с историей построения. Поскольку информация о процессе построения модели является избыточной для данной технологии, существенно снижается потребность в вычислительных мощностях, а процесс внесения изменений в модель не вызывает задержек. Инженер всегда работает с текущим состоянием модели и может отслеживать ее изменение в реальном времени, оценивая результаты той или иной операции на лету. Сам процесс создания и редактирования модели представляется прозрачным, интуитивно понятным и доступным даже начинающим пользователям, ведь степень редактируемости модели в данном случае не зависит от последовательности ее создания. За счет автоматического наложения ограничений между характерными элементами сохраняется конструктивная концепция проектируемого изделия. Так, система может распознавать отверстия равного радиуса, компланарные грани, параллельные и перпендикулярные плоскости, соосные цилиндры и прочие элементы, и их модификация выполняется синхронно. В отличие от классических систем, модель в любой может быть дополнена требуемыми параметрами, не ограничиваясь созданными на этапе построения. И, в конце концов, с помощью вариационного прямого моделирования можно без проблем работать с любой импортированной моделью вне зависимости от породившей ее системы – ведь для выполнения любой операции достаточно информации о текущих геометрических характеристиках модели.

Итак, подводя итоги, следует сказать, что вариационное прямое моделирование реализует параметрическое редактирование 3D модели, не используя информацию об истории её построения. В отличие от традиционных методов прямого моделирования, позволяет сохранять концепцию модели за счет геометрических и размерных ограничений, в том числе, формируемых неявно.