Как называется операция 3д моделирования при работе в программах сапр

Обновлено: 07.07.2024

Мощная среда для 3D‑моделирования, востребованная в игровой и киноиндустрии, промышленном производстве и дизайне интерьеров. Она позволяет создавать реалистичные модели и объёмные анимации любого уровня детализации, строить сложнейшие сцены с тысячами объектов, имитировать различные среды и частицы, применять текстуры и выполнять рендеринг с трассировкой лучей во встроенном компоненте Arnold.

2. Autodesk Maya

Цена: от 205 долларов в месяц, есть бесплатная 30‑дневная пробная версия.
Уровень: для профессионалов.
Платформы: Windows, macOS, Linux (Red Hat Enterprise, CentOS).

Популярная среда для подготовки объёмных моделей, анимаций, симуляций, рендеринга сложных сцен. Maya используют прежде всего 3D‑дизайнеры и художники, которые создают игры, спецэффекты и образы для кино. В программе можно моделировать мощные взрывы, реалистичное движение одежды или волос, поверхность воды с мелкими волнами или полёт пули — для этого есть специальные инструменты и модули.

3. Autodesk AutoCAD

Цена: от 210 долларов в месяц, есть бесплатная 30‑дневная пробная версия.
Уровень: для профессионалов.
Платформы: Windows, macOS.

Система автоматизированного проектирования для создания 3D‑моделей и чертежей. В ней удобно создавать сложные проекты, разбивать их на простые составляющие, добавлять обозначения, связывать с реальными координатами на местности.

Программа широко применяется в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности. Стартаперы и энтузиасты создают здесь и небольшие модели для 3D‑печати или лазерной резки. Кроме того, в AutoCAD можно работать с результатами 3D‑сканирования.

4. DesignSpark Mechanical

Цена: бесплатно.
Уровень: для профессионалов и любителей.
Платформа: Windows.

Среда для автоматизированного проектирования, «вдохновлённая» AutoCAD. Возможностей здесь меньше, но и работать в программе проще. За счёт этого даже те инженеры, у которых нет опыта взаимодействия с подобным ПО или традиционными станками для черчения, смогут создать трёхмерную модель или адаптировать готовый проект для собственных нужд. DesignSpark Mechanical популярна среди энтузиастов 3D‑печати.

5. Blender

Цена: бесплатно.
Уровень: для профессионалов и любителей.
Платформы: Windows, macOS, Linux.

Проект с открытым исходным кодом для создания 3D‑графики и 2D‑анимаций. Поддерживает все необходимые инструменты для разработки с нуля — от моделирования и скульптинга до симуляции, рендеринга, постобработки и монтажа видео.

Программа весит менее 200 МБ, при этом у неё весьма достойные возможности. Так, здесь есть даже система волос на основе частиц, инструменты для динамики твёрдых и мягких тел, рисование текстур на моделях, поддержка Python для создания логики в играх и автоматизации задач.

6. ArchiCAD

Цена: от 20 тысяч рублей в месяц; есть бесплатная пробная версия — 30 дней для коммерческого использования или до 2 лет для студентов, преподавателей, учебных заведений.
Уровень: для профессионалов и любителей.
Платформы: Windows, macOS.

Пакет для проектирования зданий и сооружений. Позволяет создавать трёхмерные модели любой сложности и делить их на части для детальной проработки: например, показать многоэтажный дом на ландшафте, планировку отдельных квартир, интерьеры комнат. Также результаты работы можно выгружать в ПО для анализа — это поможет оперативно найти и устранить ошибки в проектировании. Наконец, в ArchiCAD есть средства автоматического создания документации и визуализации проектов.

7. SketchUP

Цена: от 119 долларов в год, есть бесплатные версии для личного использования и обучения.
Уровень: для любителей и новичков.
Платформы: Windows, macOS.

Простой пакет для 3D‑моделирования и архитектурного проектирования. В ней можно за несколько минут набросать чертёж будущего дома, расставить мебель, определиться с планировками и не только. Вместе с тем возможностей SketchUP достаточно и для промышленных нужд: программу используют в строительстве и архитектуре, ландшафтном дизайне и создании мебели, обработке дерева на станках и 3D‑печати.

8. Autodesk Fusion 360

Цена: от 60 долларов в месяц; есть бесплатная пробная версия — 30 дней коммерческого использования или 1 год в личных целях.
Уровень: для профессионалов и любителей.
Платформы: Windows, macOS.

Комплексный облачный пакет для CAD, CAM, CAE и PCB: автоматизированного проектирования, подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ, расчётов, анализа и симуляции физических процессов в трёхмерном пространстве, создания печатных плат. Позволяет разрабатывать машины и механизмы, собирать 3D‑конструкции из деталей, представлять эргономичные обтекаемые формы с помощью сплайнов. Также поддерживает твердотельное моделирование выдавливанием, вращением, сопряжением и другими привычными инструментами.

9. Cinema 4D

Цена: от 60 евро в месяц, есть бесплатная 14‑дневная пробная версия.
Уровень: для профессионалов и любителей.
Платформы: Windows, macOS.

Эту программу изначально разрабатывали для моушен‑дизайна, создания моделей и анимаций для кино и игр. Но благодаря простому интерфейсу и невысоким системным требованиям Cinema 4D завоевала и мир рекламы.

Программа поддерживает моделирование, скульптинг, рисование, создание композиций, трекинг и анимацию, позволяет выполнять качественный рендеринг, реализовать необычные трёхмерные эффекты. Также в среде можно писать код на Python, C++ и не только, внедрять собственные скрипты, плагины и другие инструменты.

10. Houdini

Цена: Houdini Core — от 1 995 долларов в год; Houdini FX — от 4 495 долларов в год; есть бесплатная версия Houdini Apprentice для обучения и хобби.
Уровень: для профессионалов.
Платформы: Windows, macOS, Linux.

Масштабный программный пакет для создания персонажей и сцен для кино, телевидения и видеоигр, в том числе в виртуальной реальности. Его главное отличие — встроенная среда визуального программирования: чтобы моделировать было проще, можно составить код из блоков.

Houdini поддерживает полигональное, сплайновое и физическое моделирование, частицы, вокселы, а также анимацию. В новой версии появилась процедурная генерация персонажей, интерактивные кисти для рисования тканей, проводов и мягких тел, быстрые алгоритмы рендеринга.

11. ZBrush

Цена: от 40 долларов в месяц, есть бесплатная 30‑дневная пробная версия.
Уровень: для профессионалов и любителей.
Платформы: Windows, macOS.

Программа, в которой можно в буквальном смысле вылепить нужную 3D‑модель. Специальных знаний для старта, в общем‑то, не требуется, но при этом ZBrush позволяет профессионально проектировать фигуры людей, животных и другие объекты, а затем экспортировать их для создания трёхмерных анимаций в других пакетах.

Модели в ZBrush состоят из точек, которые хранят 3D‑координаты, а также цвет, глубину, ориентацию и материал. Они помогут создать реалистичный объект и раскрасить его, используя текстуры и штрихи. Программа автоматически добавит естественные тени и блики.

12. SculptGL

Онлайн‑редактор для лепки объектов из виртуальной глины. Привлекает простотой и доступностью: всё, что вам нужно, — это браузер и немного свободного времени.

Возможностей у SculptGL меньше, чем у ZBrush, но и работать с ним проще. Здесь можно создать объект из прототипа, например шара, разделить модель на части, чтобы редактировать каждую из них отдельно, наложить текстуры, выполнить рендеринг. Программа доступна на 10 языках, включая русский и английский.

13. Wings 3D

Цена: бесплатно.
Уровень: для любителей.
Платформы: Windows, macOS, Linux.

Среда с открытым исходным кодом для моделирования и текстурирования. С ней удобно создавать реалистичные прототипы: например, представить заказчику варианты образов персонажей, чтобы определиться с концептом и дальше работать с ним.

В Wings 3D вы также можете писать код на языке Erlang для более точного моделирования. Среда не поддерживает анимацию, поэтому для создания сцен в динамике фигуры придётся экспортировать в другое ПО.

14. FreeCAD

Цена: бесплатно.
Уровень: для любителей.
Платформы: Windows, macOS, Linux.

Параметрическая среда для технического моделирования и автоматизированного проектирования. В её основе — граничные представления, то есть модели показываются с помощью их границ. Но можно использовать и полигональные сетки, если для вас такие привычнее.

Значительная часть FreeCAD написана на Python. Если вы знаете этот язык программирования, сможете добавить функции, чтобы расширить возможности среды. Также есть менеджер дополнений: в нём можно обогатить выбор модулей и макросов для работы в различных областях — от архитектуры до проецирования объёмных моделей на плоский чертёж.

15. Sweet Home 3D

Цена: бесплатно.
Уровень: для новичков.
Платформы: веб, Windows, macOS, Linux.

Программа с открытым исходным кодом, в которой можно быстро составить новый интерьер и рассмотреть его с разных сторон. Очень актуально перед ремонтом, перепланировкой или даже перестановкой мебели.

В Sweet Home 3D вы сможете создавать плоские и объёмные планы помещений, экспортировать их в различные форматы, генерировать видеоролики для презентации проекта. Также на официальном сайте доступны каталоги готовых объектов (мебели, техники и так далее).

16. LEGO Digital Designer (LDD)

Цена: бесплатно.
Уровень: для профессионалов, любителей и новичков.
Платформы: Windows, macOS.

Программа для создания любых моделей и сцен из кубиков LEGO. Поможет найти идеальную форму и просчитать количество деталей, чтобы затем собрать проект из конструктора.

В базе — готовые блоки разного размера, в том числе части фигурок людей, деревья, лестницы, окна, двери и не только. При создании новой модели можно выбрать стандартный режим, Mindstorms (чтобы были доступны детали только из наборов этой серии) или Extended (без ограничений по цвету и типам блоков).

17. 3D Slash

Цена: от 2 долларов в месяц, есть бесплатная пробная версия с ограниченным набором функций.
Уровень: для новичков.
Платформы: веб, Windows, macOS, Linux, Raspbian.

Очень лёгкая и нетребовательная в освоении программа для создания моделей из блоков. Позволяет быстро разрабатывать простые прототипы с чистого листа или из заготовок, убирая или добавляя отдельные фрагменты. Подойдёт для знакомства с миром 3D‑моделирования, позволит быстро набросать трёхмерную сцену или модель — прототип для печати на 3D‑принтере, обсуждения и дальнейшего улучшения.

18. Paint 3D

Графический редактор, который с 2017 года входит в состав Windows 10. Но если вы по каким‑то причинам удалили его из ОС или не обновляли систему, можно загрузить его с официального сайта.

Интерфейс программы предельно прост, а набор инструментов поможет быстро создать несложную фигуру, надпись и так далее. Также можно выбрать готовый объект, чтобы использовать в рамках сцены или доработать. Наконец, Paint 3D позволяет наложить цифровые объекты на картину реального мира и получить смешанную реальность.

19. Autodesk Tinkercad

Максимально простой и яркий 3D‑редактор, разработанный для обучения трёхмерному моделированию. Он доступен онлайн, так что производительность вашего ПК не имеет значения, устанавливать плагины или расширения не придётся.

В веб‑приложении можно создавать сложные объекты из простых примитивов, генерировать фигурки для Minecraft. Кроме того, в Tinkercad поддерживается блочное программирование вроде Scratch. Вы можете составить последовательность из готовых блоков кода, и этот алгоритм будет применяться для создания модели. Также программа позволяет экспортировать работы для 3D‑печати или лазерной резки. Наконец, есть готовые уроки и планы обучения — будут полезны для преподавателей.

20. Autodesk Meshmixer

Цена: бесплатно.
Уровень: для любителей и новичков.
Платформы: Windows, macOS.

Популярный пакет, в котором удобно готовить mesh‑файлы, например с расширениями вроде .stl и .obj, для печати на 3D‑принтере. В программу можно загружать готовые модели и оптимизировать их, чтобы достичь максимального качества итоговой фигуры.

Meshmixer позволяет улучшить поверхность, создать в модели пустоты, чтобы ускорить печать, измерить формы отдельных частей, выполнить трансформацию и не только. Кроме того, можно проанализировать объект, узнать его ключевые параметры (толщину, стабильность и другие) и доработать фигуру перед отправкой на 3D‑принтер.

21. Autodesk ReCap Pro

Цена: от 20 долларов в месяц, есть бесплатная 30‑дневная пробная версия.
Уровень: для любителей.
Платформа: Windows.

Программа для 3D‑сканирования объектов и лазерного исследования пространств. Позволяет установить камеру или прибор для определения расстояний с помощью лазера: они просканируют пространство, и вы получите точную 3D‑модель для дальнейшей работы.

Autodesk ReCap Pro используют, если хотят напечатать на 3D‑принтере объект реального мира, получить схему помещения для планирования интерьера, улучшить механизм. Программа также умеет создавать трёхмерные ландшафты по фото с дронов.

Сегодня я расскажу вам о том, что такое 3D-моделирование, каким оно бывает, где его применяют и с чем его едят. Эта статья в первую очередь ориентирована на тех, кто только краем уха слышал, что такое 3D-моделирование, или только пробует свои силы в этом. Поэтому буду объяснять максимум «на пальцах».

Сам я технический специалист и уже более 10 лет работаю с 3D-моделями, поработал более чем в 10ке различных программ разных классов и назначений, а также в различных отраслях. В связи с этим накопился определенный helicopter view на эту отрасль, с чем и хотел с вами поделиться.

3D-моделирование прочно вошло в нашу жизнь, частично или полностью перестроив некоторые виды бизнеса. В каждой отрасли, в которую 3D-моделирование принесло свои изменения, имеются как свои определенные стандарты, так и негласные правила. Но даже внутри одной отрасли, количество программных пакетов бывает такое множество, что новичку бывает очень трудно разобраться и сориентироваться с чего начинать. Поэтому, для начала давайте разберем какие же бывают виды 3D-моделирования и где они применяются.

Можно выделить 3 крупные отрасли, которые сегодня невозможно представить без применения трехмерных моделей. Это:

Индустрия развлечений
Медицина (хирургия)
Промышленность

Полигонами называются вот эти треугольники и четырехугольники.

Чем больше полигонов на площадь модели, тем точнее модель. Однако, это не значит, что если модель содержит мало полигонов (low poly), то это плохая модель, и у человека руки не оттуда. Тоже самое, нельзя сказать про то, что если в модели Over999999 полигонов (High poly), то это круто. Все зависит от предназначения. Если, к примеру, речь идет о массовых мультиплеерах, то представьте каково будет вашему компьютеру, когда нужно будет обработать 200 персонажей вокруг, если все они high poly?

Полигональное моделирование происходит путем манипуляций с полигонами в пространстве. Вытягивание, вращение, перемещение и.т.д.

Пионером в этой отрасли является компания Autodesk (известная многим по своему продукту AutoCAD, но о нем позже).
Продукты Autodesk 3Ds Max, и Autodesk Maya, де-факто стали стандартом отрасли. И свое знакомство с 3D моделями, будучи 15-летним подростком, я начал именно с 3Ds Max.

Что же мы получаем на выходе сделав такую модель? Мы получаем визуальный ОБРАЗ. Геймеры иногда говорят: «я проваливался под текстуры» в игре. На самом деле вы проваливаетесь сквозь полигоны, на которые наложены эти текстуры. И падение в бесконечность происходит как раз потому, что за образом ничего нет. В основном, полученные образы используются для РЕНДЕРА (финальная визуализация изображения), в игре / в фильме / для картинки на рабочем столе.

Собственно, я в свое время и пытался что-то «слепить», чтобы сделать крутой рендер (тогда это было значительно сложнее).
Кстати о лепке. Есть такое направление как 3D-sсulpting. По сути, тоже самое полигональное моделирование, но направленное на создание в основном сложных биологических организмов. В ней используются другие инструменты манипуляций с полигонами. Сам процесс больше напоминает чеканку, чем 3D моделинг.

Если полигональная модель выполнена в виде замкнутого объема, как например, те же скульптуры, то благодаря современной технологии 3D-печати (которая прожует почти любую форму) они могут быть воплощены в жизнь.

По сути, это единственный путь для полигональных 3D моделей оказаться в реальном мире. Из вышеописанного можно сделать вывод, что полигональное моделирование нужно исключительно для творческих людей (художников, дизайнеров, скульпторов). Но это не однозначно. Так, например, еще одной крупной сферой применения 3D моделей является медицина, а именно- хирургия. Можно вырастить протез кости взамен раздробленной. Например, нижняя челюсть для черепашки.

У меня нет медицинского образования и я никогда ничего не моделил для медицины, но учитывая характер форм модели, уверен, что там применяется именно полигональное моделирование. Медицина сейчас шагнула очень далеко, и как показывает следующее видео, починить себе можно практически все (были бы деньги).

Конечно, используя полигональное моделирование, можно построить все эти восстанавливающие и усиливающие элементы, но невозможно контролировать необходимые зазоры, сечения, учесть физические свойства материала и технологию изготовления (особенно плечевого сустава). Для таких изделий применяются методы промышленного проектирования.

По правильному они называются: САПР (Система Автоматизированного ПРоектирования) или по-английский CAD (Computer-Aided Design). Это принципиально другой тип моделирования. Именно на нем я специализируюсь уже 8 лет. И именно про него я буду вам в дальнейшем рассказывать. Чем этот метод отличается от полигонального? Тем, что тут нет никаких полигонов. Все формы являются цельными и строятся по принципу профиль + направление.

Базовым типом является твердотельное моделирование. Из названия можно понять, что, если мы разрежем тело, внутри оно не будет пустым. Твердотельное моделирование есть в любой CAD-системе. Оно отлично подходит для проектирования рам, шестеренок, двигателей, зданий, самолётов, автомобилей, да и всего, что получается путем промышленного производства. Но в нем (в отличии от полигонального моделирования) нельзя сделать модель пакета с продуктами из супермаркета, копию соседской собаки или скомканные вещи на стуле.

Цель этого метода — получить не только визуальный образ, но также измеримую и рабочую информацию о будущем изделии.

CAD – это точный инструмент и при работе с CAD, нужно предварительно в голове представлять топологию модели. Это алгоритм действий, который образует форму модели. Вот, как раз по топологии, можно отличить опытного специалиста от криворукого. Не всегда задуманную топологию и сложность формы можно реализовать в твердотелке, и тогда нам на помощь приходит неотъемлемая часть промышленного проектирования — поверхностное моделирование.

Топология в поверхностях в 10 раз важнее, чем при твердотельном моделирование. Неверная топология – крах модели. (напоминаю, что это статья обзорная и для новичков, я не расписываю тут нюансы). Освоение топологии поверхностей на высоком уровне, закрывает 70% вопросов в промышленном моделировании. Но для этого нужно много и постоянно практиковаться. В конечном итоге, поверхности все равно замыкаются в твердотельную модель.

Со временем приходит понимание наиболее удобного метода при моделировании того или иного изделия. Тут полно лайф-хаков, причем у каждого специалиста есть свои.

ВАЖНО: использование CAD без профильного образования не продуктивно! Я сам много раз наблюдал, как творческие люди, или мастера на все руки пытались проектировать. Да, конечно они что-то моделировали, но все это было «сферическим конем в вакууме».
При моделировании в CAD, помимо топологии, необходимо иметь конструкторские навыки. Знать свойства материалов, и технологию производства. Без этого, все равно, что подушкой гвозди забивать, или гладить пылесосом.

В CAD мы получаем электронно-геометрическую модель изделия.

(Напоминаю, что при полигональном моделировании мы получаем визуальный образ)

Система автоматизированного проектирования (САПР) – сложный комплекс средств, предназначенный для автоматизации проектирования.

Согласно принятым в 1980-х годах стандартам, САПР – это не просто некая программа, установленная на компьютере, это информационный комплекс, состоящий из аппаратного обеспечения (компьютера), программного обеспечения, описания способов и методов работы с системой, правил хранения данных и многого другого.

Однако, с приходом на отечественный рынок иностранных систем, широкое распространение получили аббревиатуры CAD (Computer Aided Design), которую можно перевести, как проектирование с применением компьютера, и CAD-system, которую можно перевести, как система для проектирования с помощью компьютера.

В настоящее время в среде специалистов по САПР многие термины утратили свой первоначальный смысл, а термин САПР теперь обозначает программу для автоматизированного проектирования. Другими словами, то, что раньше называлось ПО САПР или CAD-системой, теперь принято называть системой автоматизированного проектирования (САПР). Также можно встретить названия CAD-система, КАД-система, система САПР и многие другие, но все они обозначают одно – некую программу для автоматизированного проектирования.

На современном рынке существует большое количество САПР, которые решают разные задачи. В данном обзоре мы рассмотрим основные системы автоматизированного проектирования в области машиностроения.

Базовые и легкие САПР

Легкие системы САПР предназначены для 2D-проектирования и черчения, а также для создания отдельных трехмерных моделей без возможности работы со сборочными единицами.

Безусловный лидер среди базовых САПР – AutoCAD.

AutoCAD

AutoCAD — это базовая САПР, разрабатываемая и поставляемая компанией Autodesk. AutoCAD – самая распространенная CAD-система в мире, позволяющая проектировать как в двумерной, так и трехмерной среде. С помощью AutoCAD можно строить 3D-модели, создавать и оформлять чертежи и многое другое. AutoCAD является платформенной САПР, т.е. эта система не имеет четкой ориентации на определенную проектную область, в ней можно выполнять хоть строительные, хоть машиностроительные проекты, работать с изысканиями, электрикой и многим другим.

Система автоматизированного проектирования AutoCAD обладает следующими отличительными особенностями:

Стандарт “де факто” в мире САПР
Широкие возможности настройки и адаптации
Средства создания приложений на встроенных языках (AutoLISP и пр.) и с применением API
Обилие программ сторонних разработчиков.

Кроме того, Autodesk разрабатывает вертикальные версии AutoCAD - AutoCAD Mechanical, AutoCAD Electrical и другие, которые предназначены для специалистов соответствующей направленности.

Bricscad

В настоящее время на рынке появился целый ряд систем, которые позиционируются, как альтернатива AutoCAD. Среди них можно отдельно отметить Bricscad от компании Bricsys, которая очень активно развивается, поддерживает напрямую формат DWG и имеет целый ряд отличий, включая инструменты прямого вариационного моделирования, поддержку BIM-технологий.

САПР среднего уровня

Средние системы САПР — это программы для 3D-моделирования изделий, проведения расчетов, автоматизации проектирования электрических, гидравлических и прочих вспомогательных систем. Данные в таких системах могут храниться как в обычной файловой системе, так и в единой среде электронного документооборота и управления данными (PDM- и PLM-системах). Часто в системах среднего класса присутствуют программы для подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ (CAM-системы) и другие программы для технологического проектирования.

САПР среднего уровня – самые популярные системы на рынке. Они удачно сочетают в себе соотношение “цена/функциональность”, способны решить подавляющее число проектных задач и удовлетворить потребности большей части клиентов.

Autodesk Inventor

Профессиональный комплекс для трехмерного проектирования промышленных изделий и выпуска документации. Разработчик – компания Autodesk.

Среди особенностей Inventor стоит отметить:

Продвинутые инструменты трехмерного моделирования, включая работу со свободными формами и технологию прямого редактирования
Поддержку прямого импорта геометрии из других САПР с сохранением ассоциативной связи (технология AnyCAD)
Тесную интеграцию с программами Autodesk - AutoCAD, 3ds Max, Alias, Revit, Navisworks и другими, что позволяет использовать Inventor для решения задач в разных областях, включая дизайн, архитектурно-строительное проектирование и пр.
Поддержку отечественных стандартов при проведении расчетов, моделировании и оформлении документации
Обширные библиотеки стандартных и часто используемых элементов
Обилие мастеров проектирования типовых узлов и конструкций (болтовые соединения, зубчатые и ременные передачи, проектирование валов и колес и многое другое)
Широкие возможности параметризации деталей и сборок, в том числе управление составом изделия
Встроенную среду создания правил проектирования iLogic.

Для эффективного управления процессом разработки изделий, управления инженерными данными и организации коллективной работы над проектами, Autodesk Inventor может быть интегрирован с PLM-системой Autodesk Vault и схожими системами других разработчиков.

SolidWorks

Трехмерный программный комплекс для автоматизации конструкторских работ промышленного предприятия. Разработчик – компания Dassault Systemes.

Черты системы, выгодно отличающие ее от других CAD-систем:

Продуманный интерфейс пользователя, ставший образцом для подражания
Обилие надстроек для решения узкоспециализированных задач
Ориентация как на конструкторскую, так и на технологическую подготовку производства
Библиотеки стандартных элементов
Распознавание и параметризация импортированной геометрии
Интеграция с системой SolidWorks PDM

SolidEdge

Система трехмерного моделирования машиностроительных изделий, которую разрабатывает Siemens PLM Software.

Среди преимуществ системы можно выделить:

Комбинацию технологий параметрического моделирования на основе конструктивных элементов и дерева построения с технологией прямого моделирования в рамках одной модели
Расчетные среды, включая технологию генеративного дизайна
Поддержку ЕСКД при оформлении документации
Расширенные возможности проектирование литых деталей и оснастки для их изготовления
Встроенный модуль автоматизированного создания схем и диаграмм
Тесную интеграцию с Microsoft SharePoint и PLM-системой Teamcenter для совместной работы и управления данными

Компас-3D

Компас-3D – это система параметрического моделирования деталей и сборок, используемая в областях машиностроения, приборостроения и строительства. Разработчик – компания Аскон (Россия).

Преимущества системы Компас-3D:

Простой и понятный интерфейс
Использование трехмерного ядра собственной разработки (C3D)
Полная поддержка ГОСТ и ЕСКД при проектировании и оформлении документации
Большой набор надстроек для проектирования отдельных разделов проекта
Гибкий подход к оснащению рабочих мест проектировщиков, что позволяет сэкономить при покупке
Возможность интеграции с системой автоматизированного проектирования технологических процессов ВЕРТИКАЛЬ и другими системами единого комплекса.

T-FLEX

Отечественная САПР среднего уровня, построенная на основе лицензионного трехмерного ядра Parasolid. Разработчик системы – компания ТопСистемы (Россия).

Отличительные черты системы:

Мощнейшие инструменты параметризации деталей и сборок
Продвинутые средства моделирования
Простой механизм создания приложений без использования программирования
Интеграция с другими программами комплекса T-FLEX PLM
Инструменты расчета и оптимизации конструкций.

“Тяжелые” САПР

Тяжелые САПР предназначены для работы со сложными изделиями (большие сборки в авиастроении, кораблестроении и пр.) Функционально они делают все тоже самое, что и средние системы, но в них заложена совершенно другая архитектура и алгоритмы работы.

PTC Creo

Система 2D и 3D параметрического проектирования сложных изделий от компании PTC. САПР PTC Creo широко используется в самых разных областях проектирования.

Выгодные отличия системы от конкурирующих решений:

Эффективная работа с большими и очень большими сборками
Моделирование на основе истории и инструменты прямого моделирования
Работа со сложными поверхностями
Возможность масштабирования функциональности системы в зависимости от потребностей пользователя
Разные представления единой, централизованной модели, разрабатываемой в системе
Тесная интеграция с PLM-системой PTC Windchill.

NX – флагманская система САПР производства компании Siemens PLM Software, которая используется для разработки сложных изделий, включающих элементы со сложной формой и плотной компоновкой большого количества составных частей.

Ключевые особенности NX:

Поддержка разных операционных систем, включая UNIX, Linux, Mac OS X и Windows
Одновременная работа большого числа пользователей в рамках одного проекта
Полнофункциональное решение для моделирования
Продвинутые инструменты промышленного дизайна (свободные формы, параметрические поверхности, динамический рендеринг)
Инструменты моделирования поведения мехатронных систем
Глубокая интеграция с PLM-системой Teamcenter.

CATIA

Система автоматизированного проектирования от компании Dassault Systemes, ориентированная на проектирование сложных комплексных изделий, в первую очередь, в области авиастроения и кораблестроения.

Стандарт “де факто” в авиастроении
Ориентация на работу с моделями сложных форм
Глубокая интеграция с расчетными и технологическими системами
Возможности для коллективной работы тысяч пользователей над одним проектом
Поддержка междисциплинарной разработки систем.

Облачные САПР

В последнее время активно начали развиваться “облачные“ САПР, которые работают в виртуальной вычислительной среде, а не на локальном компьютере. Доступ к этим САПР осуществляется либо через специальное приложение, либо через обычный браузер. Неоспоримое преимущество таких систем – возможность их использования на слабых компьютерах, так как вся работа происходит в “облаке”.

Облачные САПР активно развиваются, и если несколько лет назад их можно было отнести к легким САПР, то теперь они прочно обосновались в категории средних САПР.

Fusion 360

САПР Fusion 360 ориентирована на решение широкого круга задач, начиная от простого моделирования и заканчивая проведением сложных расчетов. Разработчик системы – компания Autodesk.

Особенности Fusion 360:

Продвинутый интерфейс пользователя
Сочетание разных методов моделирования
Продвинутые инструменты работы со сборками
Возможность работы в онлайн и оффлайн режимах (при наличии и отсутствии постоянного подключения к сети Интернет)
Доступная стоимость приобретения и содержания
Расчеты, оптимизация, визуализация моделей
Встроенная CAM-система
Возможности прямого вывода моделей на 3D-печать.

Onshape

Полностью “облачная” САПР Onshape разрабатывается компанией Onshape.

На что стоит обратить внимание при выборе Onshape:

Доступ к программе через браузер или мобильные приложения
Работа только в режиме онлайн
Узкая направленность на машиностроительное проектирование
Полный набор функций для моделирования изделий машиностроения
Контроль версий создаваемых проектов
Поддержка языка FeatureScript для создания собственных приложений на основе Onshape.

Заключение

В настоящее время на рынке присутствуют самые разные современные CAD системы, которые отличаются между собой как по функциональности, так и по стоимости. Выбрать подходящую систему автоматизированного проектирования среди многих CAD – непростая задача. При принятии решения необходимо ориентироваться на потребности предприятия, задачи, которые стоят перед пользователями, стоимость приобретения и содержания системы и многие другие факторы.

Если вы столкнулись с такими страшными словами "полигональная модель" или "твердотельное моделирование" и не понимаете смысла этих слов - то я вам сейчас попробую объяснить на пальцах.

Речь идет о том как сохранить в цифровом виде, внутри компьютеров, трехмерные объекты нашего мира. На сегодняшний день успешно сосуществуют два принципиально разных подхода: полигональный и твердотельный. И что б никого не обидеть, можно упомянуть еще третий вариант - облака точек. И все эти три способа хранения 3D-данных поддерживает формат файлов dwg.

В чем разница?

Если мы просто измерим расстояния до отдельных точек на окружающих нас предметах и сохраним их координаты, то мы получим "облако точек". Облако - это просто модное слово, с небом оно не связано, имеется ввиду, что точек много. Ничего, кроме координат точек и (может быть) ее цвета, у нас нет. По такой записи невозможно восстановить все поверхности предметов, но можно приближенно представить себе как оно выглядело. Именно облако точек составляют современные Лидары (лазерные радары на самоуправляемых авто), 3D-сканеры, Face-id в яблочных телефончиках. Автокад тоже уже умеет хранить эти данные не в виде неудобных отдельных точек, а целым облаком (Point Cloud). Это полезная информация, но по ней не нарисуешь мультик и не сделаешь чертежи. Если смотреть из далека, то точки сливаются в сплошной фон. И это похоже на то, что видели наши глаза. Но как только в приближаете это облако по ближе на экране - точки расползаются в пространстве и вы видите, что между ними ничего нет - мы сохранили слишком мало точек. И их всегда будет мало, как ни старайся.

И теперь нам предстоит по этим точкам построить модель, которую уже можно будет и приближать, и по крутить. Самый простой способ - заполнить пространство между точками плоскостями. Плоская фигура, ограниченная несколькими точками на языке математиков называется полигон. Но на самом деле из всех возможных полигонов в 3D графике используется только один, самый простой - треугольник. Берем ближайшие 3 точки на поверхности нашего объекта и чисто условно говорим - а вот между ними я буду считать, что тут все плоское и это это сплошной треугольник, без дырок и выступов. И вот мы уже чудесным образом получили Полигональную модель. Для хранения в компьютере такой модели нам достаточно запомнить координаты вершин треугольников. Это просто и быстро. Пересчитать эти координаты для различных точек зрения - тоже просто. Исходное облако точек можно очень сильно подсократить - ведь многие точки оказались на одной плоскости. Если не заморачиваться раскраской, то на экране мы увидит множество линий соединяющих точки по типу рыбацкой сети. Вот так и называют полигональные модели в Автокад - Сеть = Mesh или устаревший вариант Многогранная сеть = Polyface Mesh.

Для полноценного фотореализма нам конечно понадобиться сохранить картинки для раскраски каждого треугольника (текстуры), научиться скруглять углы, научиться рисовать шероховатые поверхности и еще много чего. Но все это умеют делать современные видеокарты и поэтому процесс прорисовки и вращения происходит настолько быстро, что можно делать интерактивные 3d-игры. Именно такие Полигональные модели используются для всех фотореалистичных картинок и мультиков. Их легко искажать, трансформировать, анимировать. Да, в них не может быть гладкой сферы, но это и не важно - хитрые приемы "замылят" глаза публике и никто почти не заметит сети и грани. А что будет если разрезать полигональную модель? Внутри-то у нее ничего нет! Мы просто увидим обратные стороны треугольников - то же тело изнутри. Хм, но в реальном мире так не бывает. И тут мы подходим к концепции твердого тела.

Само название "твердотельное" моделирование (solid modeling) происходит от идеи, что программа при любом разрезе такой модели, должна опять замкнуть поверхности и изобразить какое-то однородное внутренне заполнение этой модели. Но на самом деле концепция твердотельного моделирования немного сложнее. Дело не только в том, что мы видим внутри, а дело в том что теперь поверхности каждого объекта мы запоминаем, не как множество треугольников, не как Сеть, а как сплошную непрерывную поверхность, описываемую математически. Надо запомнить плоский полигон? Нет проблем - описание будет состоять из математической формулы плоскости в 3d и плюс еще такими же формулами записанные 3d-контуры границ этой поверхности - линии или кривые. Для каждого типа поверхностей свои формулы, для каждого типа кривых - свои. AutoCAD знает формулы для плоскости (объект Region), для цилиндра, конуса, сферы, тора (объект Surface) и для произвольно изогнутых поверхностей - хоть волны, хоть спирали - все можно описать формулами. При этом в файле dwg сохраняются только коэффициенты из этих формул. Все точки поверхности программе надо рассчитывать, используя сложные формулы. Каждое "твердое тело" может состоять из множества поверхностей (граней), которые должны быть идеально состыкованы кривыми линиями (ребрами). А точки стыковки ребер, называются вертексами. Принципиальное отличие твердотельной модели от полигональносй, не в том что программа создаст новые грани на разрезе, а в способе описания поверхностей, в поверхностях сложной формы, которые теоретически можно приближать бесконечно долго - и вы всегда будете видеть плавные формы, а не ломаные полигоны. Правда, жизнь накладывает свои ограничения. но в теории так. Возможность построить модель с любой заданной точностью - это именно то, что и надо инженерам. Это позволит делать точные расчеты массы и прочности. Это позволит изготавливать детали на высокоточном оборудовании и получить реально работающие механизмы.

Достоинства и недостатки

Теперь вы знаете, что "твердотельный" - это не про замороженные трупы :) Теперь можно разобраться, почему используются обе системы моделирования.

Полигональная модель - это прежде всего упрощенная модель. Быстрота отображения здесь на первом месте. Абсолютно все 3d-программы могут хоть как-то работать с полигональными моделями. С полигонами (и только с ними) работают все программы для дизайнеров и аниматоров. Всем известные 3DS-Max, Maya, Blender - это чисто полигональные программы, никакой инженерной логикой и твердотельностью там и не пахнет. И не надо - задачи там другие. К сожалению есть программы, которые "косят" под инженерные, но работаю только с угловатыми полигонами. Например, SketchUp. Вполне пригодны полигональные модели для печати игрушек на 3d-принтерах. Для таких задач их точности вполне достаточно.

Программы полигонального моделирования как правило содержат простые средства для искажения формы объектов. У них всегда много способов наложения текстур, тонкие и сложные настройки рендеринга для достижения максимального фотореализма. Есть возможности делать анимации.

Недостаток полигональной модели - низкая точность. Можно конечно наращивать количество треугольников. Но тогда простота и скорость отрисовки пропадает. Серьезные расчеты делать на такой модели нельзя. Описать процесс изготовления детали, по ее форме тоже не получится - тут вообще нет ни цилиндров ни конусов - сплошные треугольники.

В AutoCAD можно открыть модели, импортированные из 3DS-Max и тому подобных программ. Но результат вас не порадует. Как правило пользователи этого класса программ не заботится о точности размеров, рисуют, тыркая в произвольные места экрана, без привязок, и не напрягаются, когда объекты заезжают друг внутрь друга, оставляют щели между полигонами. Это все происходит из-за отношения к полигональной модели как к эскизу. Чисто для красоты картинки, но не для дела. Для CAD-программ полигональные модели инородны, работа с ним не оптимизирована. Сложные сети из тысяч и сотен тысяч полигонов прекрасно крутятся в Max, но дико тормозят в AutoCAD. Старые "Многогранные сети" вообще даже нельзя нормально обмерить - привязки на них не работают. Преобразовать штатными средствами в твердое тело тоже не получится. Кстати, насчет преобразования - обратите внимание на мою программу "Сеть в солид" - во многих случаях это спасение.

Преимущества твердотельного (то есть математического) моделирования очевидны - точность, возможность расчетов, экспорт в CAM для точного изготовления на ЧПУ. Они гораздо ближе к законам физики поэтому только их используют для автоматизации инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов, проверки и оптимизации изделий.

Недостатков тоже хватает. Прежде всего это вычислительная сложность. Формулы для расчета положения каждой точки могут быть неимоверно сложными. Даже простые операции требуют много расчетов. Например, когда мы отображаем на экране полигональную модель, то на всех краях в любом ракурсе мы видим ее ребра. Это простые линии, которые очень легко рисовать. Но у твердого тела могут быть выпуклости, которые мы видим в некоторых ракурсах как край тела. Там нет ребра! Например, у сферы вообще нет ребер, но мы же ее видим, видим четкий край - окружность. Такие "виртуальные" края называются силуэтами. Вращая модель, вы заставляете программу очень быстро пересчитывать формулы поверхности, чтоб вычислять все новые и новые силуэты.

Еще одна проблема проистекает из того, что все 3d-игры сделаны, конечно, на полигональной графике. Поэтому все видеокарты, 3d-ускорители работают только с ней. И значит, чтобы показать любую твердотельную модель на экране программа должна сначала полностью рассчитать все формулы, ребра, силуэты; затем преобразовать все это в треугольники-полигоны и только после этого можно передать работу вашей дорогой видеокарте. Видеокарта справится мгновенно, картинка сразу появится у вас перед глазами - для нее это пустяк. Но вся подготовительная работа ляжет на центральный процессор. А в случае AutoCAD - на одно единственное ядро этого процессора. Это долго. Именно по этому ваш компьютер так легко крутит неимоверно сложные проекты в 3Ds-Max и так тяжело, с тормозами, рывками, глюками, проворачивает маленький твердотельный кусочек этого проекта в AutoCAD. И кроме того в полигональной графике придумано множество ухищрений для ускорения отрисовки - сразу отбрасываются слишком мелкие полигоны, легко отсеять задние (невидимые) объекты и их грани. А в твердотельной модели надо просчитать по честному все-все, что вы напихали в модель, каждый невидимый крошечный винтик.

Вспомните об этом, когда будете выдавливать спиральную резьбу на саморезах, конусы в глухих отверстиях. Весь этот мусор никогда не виден и ничего не дает для удобства и точности изготовления модели. Но он непрерывно грузит процессор и тормозит вашу работу. Оно вам точно надо? Расчет конуса в 100 раз дольше, чем плоского дна отверстия. А расчет солида вытянутого из сплайна вообще неописуем формулами - приходится прибегать к методу постепенных приближений. И чем больше размер изделия, тем больше итераций (приближений) надо для достижения заданной точности. Подумайте дважды, прежде чем прорисовывать внутренности профилей и труб, вставлять модели фурнитуры из сотен и тысяч поверхностей, моделировать каждую дырочку на перфорированных решетках.

Какие программы используют твердотельное моделирование.

Все, что я тут писал про AutoCAD, в полной мере касается и всех его клонов: BricsCAD, NanoCAD, ZWCad, GStarCAD. Но не только. Все полноценные инженерные программы используют твердотельный подход к моделированию. Параметрические программы, такие как SolidWorks, Inventor, CATIA, T-FLEX- тоже конечно твердотельные. В параметрическом проектировании полигональный подход вообще не возможен. А в чем тогда разница прямого и параметрического моделирования? О! Это отличная темя для бесконечных споров! Я думаю посвятить этому отдельную статью.

Читайте также: