Програмни системи за 3d моделиране и използването им в учебния процес

• 
  област на приложение;
  
• 
  операционна среда: продукти, работещи под Windows, или под Linux или мултиплатформени;
  
• 
  цена на продукта за учебни цели: напълно безплатни (над 90% от продуктовата гама на фирма Autodesk), намаление от 20% до 75% от цената за комерсиални цели или продукти, при които липсва каквото и да е намаление;
  
• 
  акценти в технологията на изграждане на модела: CAD системи (базират се основно на използването на базови геометрични обекти) и freeform modeling системи, които предоставят мощни и удобни средства за моделиране на свободни форми. Обикновено в системите за 3D моделиране двата подхода са комбинирани. Въпросът е кой от тях доминира. Естествено при инженерните модели за предпочитане са CAD системите. В последните години се заговори и за трети подход, респективно още една категория системи за „скулптуриране” (sculpting modeling системи), позволяващи да се работи с нещо като „дигитална глина”, която да се изтегля, притиска и оформя. Те са адресирани главно към развле­кателната индустрия.
  

Една от най-важните характеристики и в същото време определяща до голяма степен избора на софтуерен продукт е неговото предназначение и областта му на приложение. И тъй като системите за тримерно модели­ране намират приложение в почти всички области на човешкия живот, то категориите тук биха били много. В настоящата статия се предлага класифициране само при CAD системите, тъй като основно те намират приложение в инженерната дейност. Освен това по-мощните от тях предоставят и средства за създаване на свободни форми.

1. 
   Системи с общо предназначение. Нямат специа–лизирани средства за моделиране в конкретна предметна област. Съдържат базов инструментариум за създаване, редактиране и визуализация на тримерни обекти. Преимуществото им е по-ниската цена. Използването им за проектиране на специални сложни 3D обекти е затруднено. Имат ограничени средства за изчисления, средно добри инструменти за визуализация и презентиране на модела и по правило липсват каквито и да било средства за симулации и анализ. Най-разпространен в световен мащаб продукт от тази категория е AutoCAD на американската фирма Autodesk. Той е и в основата на почти всички останали продукти на фирмата. Подобни системи, но със значително по-малко разпространение, особено в България, са ZWCAD, T-FLEX CAD и др.
   

1. 
   Системи за проектиране в машиностроенето. Това е областта, в която най-напред се въвеждат системи за тримерно моделиране, а и броят на подобни системи е най-голям в сравнение с всички останали сфери на приложение. Класически пример за такива системи от среден клас са Inventor на фирмата Autodesk и Solidworks на френската фирма Dassault Systems. Двата конкурентни продукта имат сходна функционалност по отношение създаването на модела. И двата продукта (както и повечето системи от тази категория) са базирани на параметричното проектиране, основано на използване на така наречените фичъри. Inventor се предлага и в пакет с други модули на Autodesk за цялостно проектантско решение, което предоставя на потребителите по-развити и мощни средства за разнообразни анализи на проекта и фотореалистична визуализация. Продуктът включва:
   
• 
  инструменти за генериране на сложни детайли и сглобени единици както от точни геометрични обекти, така и от „свободни форми” (обекти, получени от правилни тела и повърхнини чрез така нареченото „дърпане” на някои (произволни) техни точки ;
  
• 
  богата база от машинни елементи, отговарящи на повечето международни стандарти;
  
• 
  богат набор от материали със зададени якостни свойства, както и възможност за дефиниране на нов материал по зададени свойства;
  
• 
  автоматизирано генериране на асоциативна конструктивна документация от 3D моделите;
  
• 
  динамични симулации и анализ на механизми;
  
• 
  линеен и нелинеен якостен анализ за контрол на избора на материал;
  
• 
  термичен анализ и анализ за определяне на дълготрайността на детайла, както и проверка за стабилността при натоварване;
  
• 
  автоматично окабеляване и опроводяване, съпроводено с изготвяне на документация с таблица на връзките, спецификация на кабелите и проводниците и скрепителните елементи, като тази информация на практика автоматично се прехвърля в AutoCAD Electrical;
  
• 
  мощни и удобни средства за визуализация и презентиране;
  
• 
  подготовка за производство (на машини с ЦПУ или 3D плотери).
  

3. 
   Системи за архитектурно проектиране и строителство. Един от най-популярните в България продукти от тази сфера е Autodesk Building Design Suite. Това е пакет, който в пълния си обем включва над 15 продукта, предоставящи възможности за:
   

• 
  създаване на интелигентен, динамичен 3D модел на сгради, включващ както конструкции, така и ВиК, ОВК и електро инсталации;
  
• 
  статичен и динамичен анализ на строителните конструкции и оразмеряване на елементите им;
  
• 
  автоматизирано създаване на строителна документация по модела, включително количествени сметки;
  
• 
  бързо създаване на модела въз основа използването на голяма параметрична архитектурна библиотека;
  
• 
  симулация и фотореалистична 3D визуализация с цел откриване на конфликтни точки от една страна и презентиране на модела – от друга;
  
• 
  координиране работата на екипите по проекта и създаване на графици за строителните дейности.
  

4. 
   Системи за инфраструктурно проектиране. Безспорният лидер в тази категория е пакетът на Autodesk Infrastructure Suite. Основният модул в него е CIVIL 3D, приложим за геодезически дейности, вертикално планиране, регулация, транспорт, пътно проектиране, проектиране на санитарна канализация и отводнителни системи, околна среда. В пакета влизат и други модули, така че потребителят разполага с възможности за:
   

• 
  бързо и лесно създаване на повърхнини;
  
• 
  създаване на вертикална планировка и изчисляване и балансиране на обемите в изкоп и насип;
  
• 
  пътно проектиране: нови улици и пътища, реконструкция и рехабилитация, обикновени и кръгови кръстовища и др.;
  
• 
  моделиране на мостове и техните компоненти на база пътна ос и теренен модел;
  
• 
  външно ВиК планиране чрез библиотека с тръби и връзки за изграждане на ВиК трасета, зададени на определена дълбочина под теренната повърхнина;
  
• 
  инструменти за ускоряване проектирането на железопътни трасета;
  
• 
  анализ на канализационната мрежа и ВиК съоръженията за проверка на техническите и геометрични показатели на проектираната тръбна мрежа спрямо гранични стойности на валежите в района.
  
• 
  растерно редактиране и конвертиране от растер във вектор в AutoCAD среда;
  
• 
  създаване на интелигентни 3D модели от снимки и данни от лазерно сканиране;
  
• 
  прочитане, използване и документиране на данните от сондажи и създаване на повърхнини по тях;
  
• 
  моделиране и анализиране на реки, речни корекции и анализи на заливните райони, автоматично генериране на план за заливните райони, анализи на водни повърхности
  
• 
  средства за анимация и създаване на фотореалистични визуализации;
  
• 
  възможности за създаване на графици, планиране на разходите и отделните етапи на работа;
  

• 
  Системи, приложими в електротехниката и електрониката: AutoCAD Electrical – насочен към разработване на проекти за електрически и управляващи системи, Altum Designer и Protel за разработване на печатни платки ;
  
• 
  Системи за моделиране на минно-геоложки обекти: DATAMINE, VULCAN, MINESCAPE, “GEMCOM”, MINEFRAME и др.
  
• 
  Системи, използвани основно в развлекателната индустрия (игри, специални визуални ефекти, анимация): Autodesk 3ds Max, Modo, Blender, Lightwave, Cinema 4D, Autodesk Maya и др.;
  
• 
  ГИС системи – основният пазарен дял в тази ниша е на американските фирми Autodesk и ESRI.
  

Горният списък може да бъде продължен. Има и системи (като Rhino), които са компактни, не са много взискателни по отношение на хардуера, нямат конкретна предметна насоченост, обикновено не съдържат инструменти за анализ на модела, но поради удобните си средства за тримерно моделиране, включително и създаване на „интуитивни” тримерни модели без предварително зададена точна геометрия чрез така нареченото „моделиране на ръка”, се използват от редица специалисти от най-различни области.

• 
  Инструменти за симулация. Ръстът в тази тенденция през изминалата година е надхвърлил двойно очакванията на експертите, като през следващите 3-5 години се прогнозира растеж от 58%;
  
• 
  Методология за паралелизация на задачите. Очаква се до 2018-2020 г. да се увеличи с 63%;
  
• 
  Инструменти за подобряване на визуализацията и създаване на виртуална реалност;
  
• 
  Увеличаване на дела на мобилните CAD приложения, както и на 3D принтирането;
  
• 
  Увеличаване на броя на облак-базираните CAD платформи;
  
• 
  Създаване на Responsive софтуер „високо–чувствителен” и бързо реагиращ на новите технологии чрез навременно осъвременяване на входно-изходните модули.
  

http://www.academy.3ds.com

http://www.haycad-infotech.bg

сп. „Инженеринг ревю”, брой 4, 2015