Слайд 1Харьковский национальный университет им В.Н.Каразина
Лекция 3
Геометрическое моделирование
Ум заключается не только
в знании, но и в умении применять знания на деле
Аристотель
Кафедра теплофизики и молекулярной физики
Слайд 2Литература
Курс высшей математики: Смирнов В.И. , 1-й т., М., Наука,
1974. – 480с.
Курс высшей математики, Смирнов В.И., 2-й т., М.,
Наука, 1974. – 656с.
Введение в математические основы САПР: Д. М. Ушаков — Санкт-Петербург, ДМК Пресс, 2012 г.- 208 с.
Введение в современные САПР: Владимир Малюх — Москва, ДМК Пресс, 2014 г.- 192 с.
Любые книги по Solid Works
Слайд 3План
Виды геометрического моделирования.
Функции твердотельного моделирования.
Декомпозиционные модели.
Конструктивные модели
Граничные модели. Корректность граничных
моделей
Пакеты геометрического моделирования
Слайд 4Виды геометрического моделирования
Слайд 5Виды геометрического моделирования
Подходы:
каркасное моделирование;
поверхностное моделирование;
твердотельное моделирование;
немногообразное моделирование.
Слайд 6Виды геометрического моделирования
В каркасном моделировании геометрическая
модель строится из ограниченного набора
графических примитивов - отрезки, дуги,
конические кривые.
Особенность:
каркасная модель содержит лишь
скелет
Слайд 7Виды геометрического моделирования
Поверхностное моделирование – описание поверхности
геометрического тела, формирующие
его оболочку.
Применение: проектирование изделий из листового
металла (sheet metal parts)
Преимущества:
Достоверное
представление
любого по сложности объекта;
Контроль взаимно
расположенных деталей;
Подготовка управляющих
программ для станков.
Слайд 8Виды геометрического моделирования
Основной объект твердотельного моделирования –
трехмерное объемное тело,
которое может описываться
разными способами: декомпозиционным, конструктивным
или граничным
Преимущество:
свойство физической корректности – все
твердотельные модели имеют аналоги в реальном мире, т.е.
любую созданную в системе модель можно было бы
изготовить.
Простые тела: прямоугольная призма, сферическое тело,
цилиндрическое тело, коническое тело, торроидальное тело.
Тело на базе поверхностей:
тело в форме листа.
Слайд 9Виды геометрического моделирования
Тела на базе линий:
тело выдавливания, тело вращения,
тело
сдвига, тело заметания,
тело на основе плоских сечений.
Слайд 10Виды геометрического моделирования
Возможные действия над телами:
булево объединение тел;
булево пересечение тел;
булева
разность тел;
резка тела поверхностями;
построение симметричного тела;
построение эквидистантного тела;
построение тонкостенного тела;
скругление
(rounding ) ребер тела;
фаски ребер тела;
построение ребер жесткости;
построение тела с пустотами.
Слайд 11Виды геометрического моделирования
С помощью немногообразного моделирования
(non-manifold) можно описывать
геометрические модели,
которые локально могут быть не только многообразиями
размерности три (объемными телами), но и размерности
два (поверхностями), один (кривыми), нуль (точками).
Слайд 12Функции твердотельного моделирования
Группы функций моделирования:
функции создания примитивов,
перенос и поворот
тела,
булевы операции,
функции заметания (sweeping ) и скиннинга (skinning), конструктивные элементы,
расчет
объемных параметров тела (объема, массы, моментов инерции).
Слайд 13Функции твердотельного моделирования
Твердотельные примитивы Булевы операции
Слайд 14Функции твердотельного моделирования
Конструктивные элементы: скругление, поднятие,
проделывание отверстия.
Важные свойства
систем твердотельного моделирования:
возможность расчета объемных параметров тела –
объема,
центра масс, тензора инерции и пр.;
в большинстве современных CAD-систем пользователь
может создать свой набор конструктивных элементов;
в одной конкретной системе геометрического
моделирования могут поддерживаться не все функции
твердотельного моделирования, а только их часть.
Слайд 15Декомпозиционные модели
ДМ - приближенное представление объемной модели в
виде совокупности непересекающихся простых тел.
Композиционное
Декомпозиционное
моделирование моделирование
Слайд 16Декомпозиционные модели
Различают:
вексельное (voxel) представление;
октантное дерево;
ячеечное представление.
Воксельное (от англ. voxel -
volume pixel) представление
объемного тела является объемным аналогом растрового
представления
плоской фигуры.
Моделируемое тело представляется в виде булевого
трехмерного массива вокселей.
Слайд 17Декомпозиционные модели
Октантное дерево (octree representation ) – развитие
воксельного представления.
Каждый узел
октантного дерева соответствует некоторому
кубу в трехмерном пространстве, который является
либо:
полностью (с заданной точностью) принадлежащим
описываемому телу;
- полностью непринадлежащим описываемому телу;
- частично пересекающимся с описываемым телом.
Слайд 18Декомпозиционные модели
Ячеечное представление (cell representation ) - равномерное заполнение моделируемого объема
узлами сетки, которые соединены между собой регулярным образом, образуя однотипные
ячейки (тетраэдры, треугольных призмы, шестигранники и т.п.).
ЯП чаще всего используется в системах конечно-элементного анализа
Слайд 19Конструктивные модели
CSG (constructive solid geometry)-модели реализуют
конструктивный подход в терминах
булевых операций над
параметрическими твердотельными примитивами
Слайд 20Граничные модели
Информация о границах тела делится на:
геометрические данные;
для вершин -
ее координаты;
для ребра - параметрическое уравнение кривой (прямой);
для грани
- параметрическое уравнение поверхности либо
тип и набор параметров в случае канонической поверхности (плоскости, сферы, цилиндра, конуса, тора).
топологические данные – это информация о смежности вершин и ребер, ребер и граней, а также о внутренних и внешних границах грани, модели:
многогранные (фасетные) модели;
вершинные модели;
полуреберные модели;
крыльевые реберные модели.
Слайд 21Корректность граничных моделей
Важное свойство: при работе с граничными моделями
является обеспечение их корректности.
Для автоматического обеспечения корректности
граничных моделей
используют операторы Эйлера,
основанные на формуле Эйлера-Пуанкаре:
v-e+f=2(s-h)+r,
где v - число вершин, е - число ребер, f - число граней,
s - число тел, h - число сквозных отверстий в телах,
r - количество внутренних границ (колец) в гранях.
Слайд 22Пакеты геометрического моделирования
Пакет геометрического моделирования (геометрическое ядро) – набор библиотек
с программным интерфейсом, с помощью которого можно пользоватьсяч функциями геометрического
моделирования.
Pro/Engineer, Unigraphics NX, CATIA построены на основе собственных геометрических ядер CGM, GRANITE, Parasolid соответственно;
SolidWorks, SolidEdge,T-Flex, Adem построены на основе лицензированных геометрических ядер (Parasolid, ACIS, GRANITE).