Изпълнение на различни видове 3D моделиране
2.4.1. Рамково моделиране
Рамковият модел е напълно описан от гледна точка на точки и линии. Рамковото моделиране е най-ниското ниво на моделиране и има редица сериозни ограничения, повечето от които произтичат от липсата на информация за ръбовете, затворени между линиите, и невъзможността да се разграничат външните и вътрешните области на изображението на твърдо обемно тяло. Въпреки това моделът с телена рамка изисква много по-малко компютърна памет от другите два модела и може да бъде доста подходящ за решаване на някои други проблеми, свързани с прости форми.
Ограничения на Wireframe
Неяснота. Един от основните недостатъци на разглежданите модели е възможността за нееднозначно тълкуване на ориентацията и видимостта на ръбовете на теленото изображение. Този ефект, поради естеството на каркасния модел, може да доведе до непредвидими резултати. За разлика от солиден модел, каркасният модел не може да прави разлика между "видими" лица на геометрична форма и "скрити" (невидими). Операцията за премахване на скрити редове може да се извърши само ръчно: чрез прилагане на команди за редактиране към всеки отделен ред. Но резултатът от тази досадна работа ще бъде наистина катастрофален, равносилен на "унищожаване" на цялата създадена структура на рамката, тъй като линиите, които са невидими в някои изгледи, се виждат в други изгледи. Премахването на който и да е ред от който и да е изглед неизбежно ще доведе до премахването му във всички останали изгледи.
Невъзможност за разпознаване на криволинейни лица. Страничните повърхности на цилиндричните форми всъщност нямат ребра, въпреки че изображението показва силуетите на някои въображаеми ребра, които ограничават такива повърхности. Местоположението на тези"ръбовете" в пространството се променят в зависимост от посоката на изгледа (гледната точка), така че тези силуети не се разпознават като елементи на телената рамка и не се рисуват върху нея. Човек може да се опита да представи извитите лица като надлъжни "сенчести линии", разположени на равни интервали. Наличието на тези несъществуващи линии обаче може да добави още повече объркване към чертеж, който вече е пълен с неясноти. Тези проблеми възникват и при прилагане на представяне на форма с непостоянно напречно сечение.
Невъзможността за откриване на взаимното влияние на компонентите. Каркасният модел не носи информация за повърхностите, които ограничават формата, което прави невъзможно откриването на нежелани взаимодействия между лицата на обекта и значително ограничава използването на каркасно моделиране.
Трудностите, възникващи при изчисляването на физическите характеристики, също са следствие от липсата на повърхностни данни. Съществува възможност една правилно изградена геометрична форма, а оттам и обемът на тяло, което се различава от основните стандартни компоненти, да бъде определено неточно. По този начин стойностите на физическите характеристики (например маса, повърхностна площ, център на тежестта или моменти на инерция) ще бъдат ненадеждни.
Липса на средства за изпълнение на тонови изображения. Осигуряването на плавни преходи на различни цветове и прилагането на светлина и сянка са необходимите техники, които не само всеки художник, но и пакет за 3D моделиране трябва да овладее. Основният принцип зад тази техника е, че лицата са тези, които са "засенчени", а не ръбовете. По този начин не може да се прилага за модели, които нямат повърхности.
2.4.2. повърхностно моделиране
Повърхностният модел се дефинира сточки, линии и повърхности. По този начин той може да се разглежда като модел от по-високо ниво от каркасния модел и следователно като по-гъвкав и многофункционален.
2.4.2.1 Повърхностното моделиране има следните предимства пред каркасното моделиране:
способност за разпознаване и изобразяване на сложни криволинейни лица;
способността да се разпознават ръбове и по този начин да се осигури средство за получаване на триизмерни тонални изображения;
способност за разпознаване на специални конструкции върху повърхности, като дупки;
възможността за получаване на висококачествено изображение и осигуряване на удобен производствен интерфейс с CNC машини при симулиране на траекторията на инструмента в триизмерно пространство за цикъла на обработка на части от сложни форми по няколко оси;
осигуряване на по-ефективни средства за симулиране на функционирането на роботи.
Методът за повърхностно моделиране е най-ефективен при проектиране и производство на сложни извити повърхности, като каросерии на автомобили.
2.4.2.2 Недостатъци на повърхностното моделиране
Въпреки че методите за повърхностно моделиране имат много предимства, понастоящем съществуват редица ограничения за тяхното използване, които могат да бъдат елиминирани само чрез използването на методи за моделиране на твърдо тяло. Основните ограничения са:
появата на двусмислие при опит за симулиране на реално твърдо тяло;
недостатъчната точност на представянето на някои повърхностни модели за осигуряване на надеждни данни за триизмерни твърди тела;
сложността на процедурите за премахване на скрити линии и показване на вътрешни зони.
Въпреки тези недостатъци, разглежданите методиостават в обозримо бъдеще най-ефективният инструмент за моделиране за редица приложения.
Твърдият модел се описва от гледна точка на триизмерния обем, зает от тялото, което определя. По този начин солидно моделиране е единственият инструмент, който предоставя пълно недвусмислено описание на триизмерна геометрична форма. Този метод на моделиране е най-модерният и най-мощен от трите разработени метода. Максималната ефективност на системите за солидно моделиране се постига, когато се внедряват на 32-битови компютри.
2.4.3.1 Безспорните предимства на твърдите модели са следните:
пълно дефиниране на триизмерната форма с възможност за разграничаване на външните и вътрешните области на обекта, което е необходимо за откриване на нежелани взаимни влияния на компонентите;
осигуряване на автоматично премахване на скрити линии;
автоматично конструиране на триизмерни сечения на компоненти, което е особено важно при анализиране на сложни монтажни продукти;
прилагане на съвременни методи за анализ с автоматично изобразяване на точни тегловни характеристики и ефективни проекти по метода на крайните елементи;
наличието на разнообразна палитра от цветове, контрол на цветовата гама, получаване на тонални ефекти чрез манипулиране на източника на светлина - всичко това допринася за реализирането на висококачествени изображения на форми, компоненти и сечения;
повишаване на ефективността на симулиране на динамиката на механизмите, процедурите за генериране на траекторията на инструмента и функционирането на роботите.
Методите за моделиране на твърдо тяло, които обикновено се използват в приложните системи, са разделени на два класа: метод на конструктивно представяне (метод C-Rep) и метод на представяне на граници.(метод B-Rep). Те се различават един от друг по начина, по който моделите се съхраняват в паметта на компютъра.
2.4.3.2. Моделиране на C-Rep
Методът на конструктивно представяне се състои от изграждане на солидни модели от основни градивни елементи, наречени солидни примитиви и дефинирани чрез форма, размери, опорна точка и ориентация.
Булевите операции са основен инструмент за изграждане на C-Rep модел при определяне на връзки между съседни примитиви. Булевите операции се основават на концепциите на алгебричната теория на множествата и имат обичайното значение, когато се прилагат към твърди обекти.
2.4.3.3. Твърдо моделиране на представяне на граници (B-Rep)
Моделирането по метода B-Rep се извършва със същите средства, които се използват при създаване на компоненти по метода C-Rep, тоест примитивите първо се изграждат с помощта на линейно или кръгово почистване и след това се изграждат с помощта на булеви операции на съставни форми.
Пакетите за моделиране на C-Rep обаче разпознават сложна форма по отношение на твърдите примитиви, които я съставляват, докато пакетите за анализ на B-Rep работят върху модела по отношение на ръбовете и лицата, които образуват триизмерната гранична повърхност на твърдо тяло. Данните за тази повърхност са структурирани по отношение на нейната топология (която описва броя на лицата) и нейната геометрия (описание на формата, както и разположението на върховете, ръбовете и лицата в пространството).
Основното предимство на B-Rep моделирането е възможността за по-лесна модификация на граничната повърхност. Въпреки това, съответните системи за моделиране на представяне на граници изискват повече компютърна памет.
Разлика междуразглежданите видове солидно моделиране са малки и в някои системи се използва комбинация от тези два метода.
Сравнението на различни видове триизмерно моделиране може да се илюстрира с данните в таблица 2.5.
Таблица 2.5 Сравнителни възможности на триизмерни модели