3D-ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

3D-ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ - ОСНОВНОЕ ЗВЕНО В МОДЕРНИЗАЦИИ
КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ В ВЫСШЕМ
ТЕХНИЧЕСКОМ ОБРАЗОВАНИИ
Сидорук Р.М., к.т.н., профессор, НОЦ НИТ НГТУ им.Р.Е. Алексеева
Райкин Л.И., к.т.н., доцент, заместитель директора НОЦ НИТ НГТУ им.Р.Е. Алексеева
Филинских А.Д., аспирант НОЦ НИТ НГТУ им.Р.Е. Алексеева
В стратегии модернизации компьютерной графической подготовки (КГП) в свете
перехода на федеральные государственные образовательные стандарты ГОСы 3-го
поколения отмечается тенденция к компетентностному подходу подготовки студентов
технических ВУЗов. Принципиально новой особенностью такого подхода является
необходимость обеспечения требований информационной поддержки жизненного цикла
(ЖЦ) изделий (ИПИ-технологии) и инфраструктуры (ИПИН-технологии). Главной
отличительной чертой современной КГП является ЗD-технология. Она значительно
повышает производительность и качество моделирования, его вариантность, быстроту
восприятия созданных проектов последующими разработчиками ЖЦ, что важно в ИПИ- и
ИПИН-технологиях и чего принципиально было невозможно добиться на основе методов
Монжа.
На всех стадиях ЖЦ изделий и инфраструктуры присутствуют информационные
модели, в число которых входят 3D-геометрические и графические модели.
В этой связи основополагающим компонентом КГП представляется 3Dгеометрическая модель (ГМ) – математическое описание структуры изделия или
инфраструктуры, включающая полный набор координат и геометрических характеристик
его элементов. Электронным воплощением ГМ становится электронная модель или
электронный макет (ЭМ) изделия и его составляющих. По существу ЭМ представляет
собой набор данных, однозначно определяющий требуемую форму и размеры изделия.
Именно ЭМ хранится в базе данных проекта изделия и становится звеном, связывающим
все этапы его жизненного цикла (ЖЦ), являясь для них первоисточником.
ЗD-ГМ закладывается и формируется на предпроизводственных этапах ЖЦ. В
ИПИ-технологиях активно развивается идеология создания цифрового прототипа - ЦП
(Digital Prototyping), а в ИПИН-технологиях - цифровой (информационной) модели здания
– BIM (Building Information Model).
В настоящее время перспективен подход, при котором промышленный дизайнер
начинает проработку проекта, используя свой профессиональный опыт и интуицию,
воплощая художественный замысел в предлагаемую идею. Именно он создает эстетически
выверенную и потребительски совершенную исходную ЗD-модель нового изделия, а затем
передает свою проработку конструктору для её воплощения в работоспособную
конструкцию. Смысл подготовки цифрового прототипа состоит в том, чтобы в рамках
технологий одной компании, на основании маркетинговых исследований, быстро и с
минимальными издержками пройти цепочку воплощения идеи – от концептуального
дизайна через проектирование, анализ, виртуализацию и анимацию к информатизации
технологической подготовки производства и далее, к автоматизированному производству.
По существу, ЦП представляет собой цифровой макет изделия, используемый для
испытания его функций и формы. Другими словами, цифровой прототип является
виртуальным опытным образцом готового изделия и служит для оптимизации его
характеристик и проверки. Использование ЦП снижает потребность в изготовлении
дорогостоящих физических опытных образцов, что дает возможность разрабатывать
высококачественные изделия, сокращать затраты на их изготовление и быстрее выпускать
их в производство.
Для освоения студентами технологий создания ЦП до последнего времени
отсутствовали соответствующие информационные обучающие системы (ИОС). В
определенной мере этот пробел восполняет ИОС по созданию цифровых прототипов в
решениях Autodesk, разработанная в Нижегородском областном центре новых
информационных технологий (НОЦ НИТ).
Данная ИОС предназначена для изучения технологий создания и работы с ЦП:
построения 3D-эскизов, концептуального моделирования, проведения
анализа
напряжений, динамического моделирования, работы с проводами и кабелями и др.
Сформированная 3D-ГМ является базой для формирования технологической подготовки
производства (в модуле Autodesk Inventor CAM) и постпроизводственной стадии
эксплуатации - Интерактивные электронные технические руководства (ИЭТР).
В технологиях BIM используется концепция проектирования и управлении
техническими ресурсами здания в течение их полного жизненного цикла. Главным
элементом BIM является 3D- модель здания, а также структурированная база данных
включающая детальное представление всех функциональных составляющих здания:
инженерных систем и коммуникаций, строительных материалов и материалов отделки,
мебели, света и.т.д. Технологии BIM используются для проектирования экологически
рациональных объектов. Информационная модель здания может быть использована для
расчета эффективности использования систем вентиляции и кондиционирования. Одной
из базовых для BIM является Revit-модель от Autodesk.
Revit-модель представляет собой единую 3D-информационную модель здания,
которая включает цельный архитектурно-композиционный образ будущего сооружения.
Она отличается параметризацией: объекты модели связаны друг с другом и постоянно
отслеживают состояние связанных с ними объектов. В процессе проектирования
архитектор автоматически связывает различные объекты: например, фиксирует
расстояние между двумя осями, привязывает высоту стен первого этажа к уровню второго
этажа и т.д. Благодаря таким связям архитектор может варьировать структурой здания, его
формой, объемом, работая над архитектурной композицией в целом. Модель полностью
сохраняет свою параметризацию: например, перемещая оси проекта, мы перемещаем и все
объекты, связанные с этой осью (несущие стены, перегородки и т.д.). Кроме того, Revit
обладает уникальными инструментами для создания свободных форм - можно быть
абсолютно уверенным, что программа позволит построить и продемонстрировать
заказчику любую форму, которую необходимо заложить в основу здания.
Для ВУЗов имеется набор учебных программ (Autodesk Education Master Suite), в
состав которых входят, в частности, Sustainable Design Education (Обучение экологически
рациональному проектированию), Autodesk Revit Architecture BIM - изучение технологии
BIM с помощью Autodesk Revit Architecture, Autodesk Revit Structure BIM - изучение
моделирования строительных конструкций, современных методов выполнения расчетов и
технологии BIM с помощью ПО на платформе Autodesk Revit, AutoCAD Civil 3D BIM изучение инженерного проектирования, выполнения расчетов и создания экологически
рациональных проектов с помощью AutoCAD Civil 3D и др.
Таким образом, технологии ЦП и BIM, использующие 3D-ГМ, позволяют
полнофункционально реализовать моделирование предпроизводственного цикла и
постпроизводственной стадии изделий и инфраструктуры, а разрабатываемые ИОС и
существующие программы обучения позволяют модернизировать образовательный
процесс КГП на основе 3D-ГМ.
Тел./факс: (831) 436-23-03
e-mail: sidoruk@nocnit.ru