CONCEPT - система концептуального дизайна: Методические указания к выполнению лабораторных и курсовых работ по дисциплинам ''Компьютерная графика'', ''Автоматизация конструкторского и технологического проектирования''

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет" УТВЕРЖДАЮ Ректор ______________ И.В. Абрамов "_____"________________ 200__г.

УДК

CONCEPT – система концептуального дизайна Методические указания к выполнению лабораторных и курсовых работ по дисциплинам "Компьютерная графика", "Автоматизация конструкторского и технологического проектирования" для студентов специальностей 220200 Автоматизированные системы обработки информации и управления, 220300 Системы автоматизированного проектирования, 552800 Информатика и вычислительная техника Форма обучения очная и заочная

Ижевск 2004

2

Кафедра "Автоматизированные системы обработки информации и управления".

Составители: Кучуганов В.Н., д.т.н., профессор кафедры АСОИУ, Ложкин А.Г., к.т.н., доцент кафедры АСОИУ, Голосов А.Н., ведущий инженер кафедры АСОИУ, Ермилов В.В., аспирант кафедры АСОИУ.

Методические указания составлены на основании государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования и утверждены на заседании кафедры Протокол от "____" ________________ 200__ г. № ______.

Заведующий кафедрой

____________________ В.Н. Кучуганов "____" ________________ 200__ г.

СОГЛАСОВАНО: Председатель учебно-методической комиссии по специальности ____________________ В.Н. Кучуганов "____" ________________ 200__ г.

Методические указания предназначены для выполнения лабораторных и курсовых работ по дисциплинам "Компьютерная графика", "Автоматизация конструкторского и технологического проектирования" студентами специальностей 220300 Системы автоматизированного проектирования, 220200 Автоматизированные системы обработки информации и управления, направления 552800 Информатика и вычислительная техника.

Начальник учебно-инженерного отдела

____________________ А.М. Ефимова "____" ________________ 200__ г.

3

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ

4

1. ЯЗЫК ОПИСАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ СЦЕН (ОТС) 2. CONCEPT – СИСТЕМА КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

5 8

2.1. Для чего нужен редактор Rhythmer 2.2. Внешний вид системы KG 2.3 Базовые понятия системы эскизирования 2.3.1. Слои 2.3.2. Рабочий Стол 2.3.3. Свойства 2.4. Главное меню 2.4.1. Задачи 2.4.2. Файл проекта 2.4.3. База знаний 2.4.3 Свойства 2.4.3.1. Рабочий стол 2.4.3.2. Свойства слоев 2.4.3.3. Дополнительные свойства слоев 2.4.4. Помощь 2.5. Общие инструменты 2.5.1. Указка 2.5.2. Лупа 2.5.3. Лупа по региону 2.5.4. Перемещение 2.5.5. Центровка 2.5.6. Подгонка границ 2.5.7. Подгонка границ по выделенному 2.6. Рисование 2.7. Редактирование 2.8. Особенности создания блок-схем в редакторе Rhythmer 2.9. Описание эксперимента 2.9.1. Набросок 2.9.2. Первичная прорисовка 2.9.3. Вторичная прорисовка 2.9.4. Проработка деталей 2.10. Параметрическое конструирование 2D геометрических моделей (замкнутых контуров). 2.10.1. Задание структуры ГМ. 2.10.2. Определение размерных параметров ГМ. 2.10.3. Создание параметрической ГМ. 2.10.4. Запись в БГД параметрической 2D ГМ. 2.10.5. Параметризация (модификация) ГМ.

8 9 10 10 10 10 11 11 11 12 12 12 13 13 13 13 14 14 14 14 14 15 15 15 16 17 17 17 18 18 18 19 19 19 21 21 22

3. ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ТРЕХМЕРНЫХ СБОРОК

23

4. КОНСТРУИРОВАНИЕ ИЗОМОРФНЫХ ОБЪЕКТОВ

24

5. КОНСТРУИРОВАНИЕ АМОРФНЫХ ОБЪЕКТОВ

25

4

ВВЕДЕНИЕ Современные системы геометрического моделирования предлагают большой выбор способов конструирования трехмерных объектов. По принципу действия их можно разбить на три класса: 1. Комплексирование объекта из набора базовых трехмерных тел (призма, цилиндр, конус, шар, клин, пирамида и т.п.). 2. Кинематический принцип получения трехмерных тел путем вращения или поступательного перемещения плоского контура. 3. Линейная интерполяция последовательности поперечных сечений или кривых, образующих поверхности. В наиболее развитых системах трехмерной графики используются все три класса, поскольку каждый из них обладает своими достоинствами и недостатками. В частности, базовые примитивы и тела, полученные кинематическим способом, применимы для относительно простых форм. Сложные поверхности чаще всего строят с помощью аппарата неоднородных рациональных В-сплайнов (NURBS), что весьма трудоемко. Не смотря на то, что пользовательский интерфейс постоянно совершенствуется, до сих пор отсутствуют средства, приемлемые на этапах концептуального проектирования, т.е. средства, с которыми легко мог бы обращаться конструктор-идеолог, дизайнер, математик. Два существенных достоинства системы CONCEPT – близкий к естественному графический диалог и сквозная объектно-ориентированная информационная технология - обеспечивают эффективность ее применения в концептуальном проектировании. Язык описания трехмерных сцен системы CONCEPT основан на самом простом из вышеперечисленных - кинематическом принципе, для расширения области применения которого в процессе формообразующего движения плоского контура осуществляются его изоморфные преобразования (сдвиг, поворот, масштабирование) либо динамическая размерная параметризация - подстановка на каждом шаге новых значений для построительных размеров и перерасчет контура. За счет этого создаются геометрические модели объектов со сложными поверхностями. Работа происходит в среде и под управлением банка конструкторских данных, который обеспечивает, практически, предельную компактность хранения графической информации за счет того, что: • все объекты, включая и сложные, строятся кинематическим способом; • любой объект может быть модифицирован путем изменения размеров; • унификация и заимствование элементов ранее созданных конструкций осуществляется автоматически, без дублирования информации. В мире существует порядка 50 трехмерных САПР, отличающихся видами геометрических моделей, пользовательским интерфейсом, набором прикладных инженерных расчетов. Система CONCEPT наиболее эффективна на этапах эскизного проектирования: отработка концепции нового изделия, промышленный дизайн, оценка эргономичности; технологический анализ, расчет трудоемкости. В то же время, она хорошо сочетается с широко распространенными CAD/CAE/CAM системами, в частности, с AutoCAD и 3D-STUDIO, что позволяет избежать дублирования по задачам при комплексировании САПР для нужд конкретного заказчика.

5

1. ЯЗЫК ОПИСАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ СЦЕН (ОТС) Язык ОТС предназначен для описания деталей, узлов, сборок и иных пространственных компоновок (трехмерных сцен), составленных множества соприкасающихся, пересекающихся или расположенных на некотором удалении друг от друга объектов. Трехмерная конструкция представляется в виде совокупности твердотельных 2,5D-объектов, полученных кинематическим способом и связанных между собой размерными и функциональными отношениями (линейные и угловые размеры, способы соединения и т.п.). Простыми (одноконтурными) объектами считаются: тело вращения (вал); призмоцилиндрическое тело (призма); торообразное тело (кольцо). Простые объекты задаются по кинематическому принципу, т.е. вначале описывается порождающий контур, а затем указывается толщина или вращение. Порождающий контур - это последовательность отрезков прямых и дуг, образующих плоский замкнутый контур и связанных между собой размерными отношениями. Призма представляет собой объект, полученный параллельным переносом замкнутого плоского контура на заданное расстояние вдоль нормали к плоскости контура (рис. 1.1а). Вал - это объект, полученный вращением замкнутого плоского контура относительно некоторого элемента этого контура (рис. 1.1б). Кольцо представляет собой объект, полученный вращением замкнутого плоского контура вокруг оси, проходящей вне этого контура (рис. 1.1в). Производные (многоконтурные) объекты - это изоморфный, динамически параметризуемый, винтовой, наклеиваемый и групповой объекты. Они задаются по кинематическому принципу путем указания параметров движения плоского контура, а также параметров топологических преобразований контура в процессе движения (кручение, сжатие и др.). Для задания параметров формообразующего движения, траекторий профилей, а также местоположения групповых объектов применяется СХЕМА. В качестве схемы может быть использован фрагмент чертежа, контур, график и пр. Изоморфный объект - это объект, в процессе формирования которого плоский порождающий контур подвергается преобразованиям переноса, поворота, масштаба (рис. 1.2). Динамически параметризуемый объект (ДПО) - это объект, полученный путем размерной параметризации и перемещения плоского замкнутого контура по заданной траектории, т.е. одновременно с перемещением контура осуществляется модификация по некоторому закону одного, нескольких или всех построительных размеров этого контура (рис. 1.3). Траектория движения порождающего контура изоморфного и динамически параметризуемого объектов может быть задана следующими способами:

6

7

•

по нормали к плоскости контура;

•

вокруг оси Х контура;

•

по кратчайшему пути к конечному положению;

•

по пространственной траектории;

•

по ребру детали в пространстве (сглаживание ребра).

Объект “Винт” создается вращением плоского контура вокруг одной из его координатных осей с одновременным поступательным перемещением вдоль этой оси. Наклеиваемый объект - это объект, в процессе формирования которого порождающий контур, т.е. первый слой объекта "наклеивается” на поверхность какого-то другого объекта так, что он принимает форму этой поверхности, а каждый последующий слой наклеивается на предыдущий. Групповой объект - это множество одинаковых объектов, местоположение которых определено некоторым законом (схемой). Составной объект - конструируется из нескольких объектов различного типа, в том числе, и из составных с помощью теоретико-множественных операций сложения и вычитания, а также размерных и функциональных отношений между объектами. Составной объект отображает деталь, узел, сборку или сцену - пространство, заполненное несколькими предметами. На рис. 1.4 показан пример детали "панель", которая составлена из одного ДПО, трех призмоцилиндрических и одного составного, который, в свою очередь, включает семь призмоцилиндрических объектов. Пример детали "панель приборов"

Рис. 1.4

8

2. CONCEPT – СИСТЕМА КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 2.1. Для чего нужен редактор Rhythmer Жизнь не стоит на месте, и если еще несколько десятилетий назад все чертежные работы выполнялись исключительно на бумаге, то теперь уважающий себя дизайнер не может представить своей деятельности без компьютера. Что же такого позволяет компьютер, чего не позволяет обычный лист бумаги? Во-первых, это возможность непосредственной корректировки созданного изображения, во-вторых, высокая точность проведенных линий, в-третьих, быстрота создания – перечислять можно до бесконечности. Однако большинство существующих на данный момент программных продуктов преследуют вполне определенные (и не всегда совпадающие с потребностями дизайнера) цели: черчение, рисование по точкам, трехмерное моделирование. И все это было бы хорошо, если бы не узкая специализация каждого программного продукта, взятого в отдельности. Кроме того, в сфере создания приложений для работы с компьютерной графикой наметилась четкая и не для всех приемлемая черта: ориентированность на математиков и программистов в большей степени, нежели на настоящих художников и дизайнеров. В чем это выражается? Достаточно взглянуть на интерфейс любой чертежной программы: способен ли хоть кто-то разобраться в нем хотя бы за полчаса? Скорее всего, нет. Стоит заметить, однако, что черчение не является прерогативой дизайнеров. Их мысль скользит несколько выше, лишь изредка опускаясь в саму суть проекта, по большей части оставаясь в точке, позволяющей увидеть все создаваемое целиком. И какой же редактор из ныне существующих может позволить дизайнеру действовать именно так? Все изложенные выше проблемы были толчком к созданию принципиально новой концепции графического редактора. Он должен был содержать все возможные виды графики, быть легким и понятным, его освоение должно занимать ничтожно мало времени. Одним словом, необходимо было создать инструмент, который бы сам приспосабливался под руку того, кто его использует, а не наоборот, как было до последнего времени. Таким редактором, по замыслам, и должен стать Rhythmer. Прежде всего, стоит отметить, что это редактор не для черчения, а для рисования и эскизирования в первую очередь. Описываемая далее версия Rhythmer-а была написана под оболочку KG (Knowledge Guidbook) и является plug-in-ом для нее. Это сказано для того, чтобы приведенный в дальнейшем интерфейс не воспринимался как нечто жесткое и фиксированное, потому что KG позволяет настраивать интерфейс по желанию пользователя, исключая и добавляя любые используемые компоненты. В сущности, для одних и тех же целей в редакторе может быть предусмотрено несколько реализаций, и пользователь может выбрать для использования то, что ему подходит больше всего. Такая легкость в понимании и работе говорит в пользу широкого применения Rhythmer-а в учебном процессе, так как студентам зачастую приходится сталкиваться с уже упомянутой выше проблемой освоения новых программных продуктов. Кроме того, KG представляет единый стандарт интерфейса, который в дальнейшем может быть использован и для решения других задач, формируя таким образом единое информационное пространство вокруг оболочки, отвечающее стандартам БГД (Банка Графических Данных).

9

2.2. Внешний вид системы KG

10

2.3 Базовые понятия системы эскизирования

2.3.1. Слои Прежде всего, Rhythmer, как и многие чертежные программы, манипулирует слоями. На данный момент существуют слои четырех типов: 1. Векторный. 2. Ортогональная сетка. 3. Растровый. 4. Текстовый. Векторный слой предназначен для хранения векторной информации, то есть всех построений пользователя. Ортогональная сетка – это вспомогательный слой, который используется для удобства рисования. Растровый слой – это изображение, применяемое в качестве подложки. Текстовый слой – это совокупность текстовых строк. Количество слоев не ограничено, однако использование более одной растровой подложки может оказаться не целесообразным, поскольку в этом случае необходимо учитывать эффект наложения изображений. Понятие активный слой так же является основополагающим, поскольку большую часть действий вы можете производить только с активным слоем. Так, например, все построения происходят в выбранном вами векторном слое, а в случае, когда в качестве активного выбран слой другого типа, построения не могут быть произведены вообще. Выделение и преобразования контуров не зависят от активности слоя (если только речь не идет о растровой подложке). Таким образом, вы можете выбрать любой контур(ы) в пределах доступных к редактированию слоев (о доступности несколько ниже) и преобразовать его (их) по своему желанию. Для видоизменения растровых слоев необходимо первоначально выбрать их в качестве активных, а потом использовать функции преобразования.

Удалить можно только активный слой. 2.3.2. Рабочий Стол Рабочий Стол – это основная область редактора, включающая в себя формат листа и выполняемые над ним операции (масштабирование и перемещение). Все изменения на рабочем столе происходят либо за счет использования соответствующих функций, либо за счет свойств.

2.3.3. Свойства Свойства – это таблица, изменение значений в которой приводит к преобразованиям в требуемых областях редактора. На данный момент в редакторе предоставлен доступ к свойствам трех типов: 1) свойства Рабочего Стола; 2) общие свойства слоев; 3) дополнительные свойства слоев.

11

2.4. Главное меню Главное меню системы эскизирования содержит несколько подменю для работы с основными компонентами: - задачи; - файл проекта; - база знаний; - свойства; - помощь.

2.4.1. Задачи Одно из принципиальных отличий системы KG заключается в том, что пользователь имеет возможность постоянно держать перед собой иерархический план (дерево) задач, которые он может или должен выполнить, и выбрать в любой момент нужную из них. Здесь же он видит список слоев проекта, над которыми работает. Слои создаются в подменю "Файл" (п. 3.2). Активный рабочий слой помечается символом "9". В настоящей версии редактора Rhythmer можно выполнять следующие задачи: - рисование; - редактирование. Панель задач закрывается, при необходимости, отжатием кнопки "Задачи", т.е. она не скрывается автоматически после выборки задачи.

2.4.2. Файл проекта Подменю "Файл", как и в большинстве программных продуктов, служит для работы с файлами проектов. Новый. Создание нового проекта. При этом удаляются все существующие слои, и создается один новый векторный слой. Открыть. Восстановление проекта, записанного ранее на диске. Предоставляется возможность выбора каталога и файла с расширением .rth. Сохранить как. Запись проекта на диск под новым именем. Создать слой. Создается новый слой, по умолчанию, векторный. Тип слоя и другие его свойства задаются в таблице свойств, которая автоматически открывается одновременно с выбором данной операции. Удалить слой. Удаляется активный слой проекта. Поднять слой. Активный слой становится первым в списке слоев проекта. Импорт. Загрузка файлов в форматах ОСН, ЕТЕ (оба из БГД), DXF; тип файла указывается в свойствах (п. 3.4). Экспорт. Сохранение файлов в форматах ОСН, ЕТЕ (оба из БГД), DXF; тип файла указывается в свойствах (п. 3.4). Принтер. Вывод на принтер из активного слоя. Тип принтера выбирается в свойствах (п. 3.4).

12

2.4.3. База знаний Подменю "База знаний" служит для просмотра, чтения, записи информации из/в базу знаний. При нажатии данной кнопки в правом окне появляется дерево баз знаний или ее графического раздела, в котором можно выбрать нужный объект. Режимы работы: "графический раздел", "база знаний", "совместно" – можно установить через подменю "свойства" (п. 3.4). Чтение. В режиме "БГИ" в дереве баз графической информации (правое окно) выбирается нужный объект по имени и его уменьшенному изображению, которое появляется во временном графическом окне. Для чтения объекта необходимо нажать кнопку "читать", расположенную в верхней части правого окна. В режиме "БЗ" читается текстовая и числовая информация об объектах из базы знаний в поле атрибутов экрана. В режиме "Совместно" поиск осуществляется по текстовой информации, а считывается текстовая и графическая. Запись. Запись информации осуществляется аналогично чтению (п. 3.3.1).

2.4.3 Свойства Подменю "Свойства" служит для задания свойств рабочего стола, слоев проекта, инструментов. При выборке какого-либо пункта из подменю в поле атрибутов появляется таблица свойств/параметров.

2.4.3.1. Рабочий стол В поле атрибутов появляется таблица свойств рабочего стола. 2.4.3.1.1. Вкл/выкл группа. Групповое/одиночное перемещение слоев проекта. 2.4.3.1.2. Отображение/не отображение точек. В режиме "отображение" точки и концы отрезков изображаются ярче, чем линии. 2.4.3.1.3. Режим указки: точка/отрезок/контур/цепочка/область. Задает тип выделяемых объектов. 2.4.3.1.4. Формат листа. Служит для выбора формата листа (А0-А4). 2.4.3.1.5. Ориентация листа. Ориентация листа альбомная или книжная. 2.4.3.1.6. Цвет фона. Цвет фона чертежа/рисунка выбирается из палитры. 2.4.3.1.7. Цвет рамки. Аналогично п. 3.4.1.6. 2.4.3.1.8. Цвет выделенного. Устанавливается цвет выделенных (п. 4.1) объектов рисунка. 2.4.3.1.9. Системный цвет. 2.4.3.1.10. Цвет координатных осей.

13

2.4.3.1.11. Тип внешнего файла (для экспорта/импорта). В данной версии можно выбрать форматы ОСН, ЕТЕ (оба из БГД), DXF. 2.4.3.1.12. Тип принтера.

2.4.3.2. Свойства слоев 2.4.3.2.1. Имя слоя. Можно задать уникальное имя. По умолчанию. 2.4.3.2.2. Видимость. Определяет, отображать или не отображать содержимое слоя на экране. 2.4.3.2.3. Замок. Позволяет запретить внесение изменений в слой. 2.4.3.2.4. Привязка. Для векторного слоя – подтверждение взаимодействия с сеткой, т.е. точки концов отрезков размещаются в узлах сетки. Для растрового слоя недоступно. 2.4.3.2.5. Цвет слоя. Для векторного слоя определяет цвет элементов рисунка, по умолчанию, совпадает с цветом рамки. Для растрового и текстового слоев – недоступен (цвет текста задается при выборе шрифта). 2.4.3.2.6. Тип сетки. По умолчанию, Orto-сетка. Возможны: Perspective, Dims, Konstruct.

2.4.3.3. Дополнительные свойства слоев 2.4.3.3.1. Шаг сетки по горизонтали. По умолчанию, 10 мм. 2.4.3.3.2. Шаг сетки по вертикали. По умолчанию, 10 мм. 2.4.3.3.3. Смещение сетки по горизонтали. 2.4.3.3.4. Смещение сетки по вертикали. 2.4.3.3.5. Параметры перспективной сетки.

2.4.4. Помощь При выборе пункта "Помощь" (Help) на экране появляется общее описание системы эскизированиия Rhythmer в составе оболочки KG, описание общих инструментов и полей экрана, а также, в зависимости от выбранной задачи (п. 3.1), описание правой панели, где размещаются инструменты текущей задачи.

2.5. Общие инструменты Под главным меню на горизонтальной панели размещены инструменты, которые используются при выполнении большинства задач (рис. 4.1): - указка (выделение); - центровка; - лупа; - подгонка границ; - лупа по региону; - подгонка границ по выделенному; - перемещение; - поворот рабочего стола.

14

Внешний вид панели инструментов

Рис. 2.1 Основная функция этих инструментов – визуализация заданной области проекта (рабочего стола) в графическом окне. При этом увеличивается/уменьшается, перемещается или поворачивается относительно графического окна одновременно вся пачка слоев проекта. Если требуется изменить положение одного слоя относительно других, нужно в свойствах рабочего стола выключить групповое перемещение (п. 3.4.1.1) и выполнить необходимые манипуляции с активным слоем, после чего снова включить группировку.

2.5.1. Указка Внешний вид инструмента "Указка" (выделение) изображен на рисунке 2.1 – 1. Он служит для указания интересующей Вас области выделения (прямоугольник) или конкретных элементов на видимой части изображения. Режим выделения контур/отрезок/точка задается в свойствах рабочего стола (п. 2.4.1). Для того чтобы выделить объект, необходимо установить курсор в непосредственной близости от него и нажать левую кнопку мыши. Если требуется выбрать несколько объектов, то выделяйте все последующие объекты, удерживая клавишу SHIFT. Для определения прямоугольника выделения нужно, нажав левую кнопку мыши, удерживать ее пока не получим необходимый прямоугольник. Нажатие правой кнопки мыши автоматически отменяет все выполненные преобразования.

2.5.2. Лупа Инструмент "Лупа" (рис. 2.1 – 2) предназначен для изменения общего масштаба визуализации. Коэффициент увеличения/уменьшения...

2.5.3. Лупа по региону Инструмент "Лупа по региону" (рис. 2.1 - 3) предназначен для того, чтобы заданную область изображения увеличить до размеров графического окна. Возврат к исходному состоянию осуществляется...

2.5.4. Перемещение Инструмент "Перемещение" используется для сдвига проекта относительно графического окна (рис. 2.1 – 4).

2.5.5. Центровка Инструмент "Центровка" совмещает центры графического окна и проекта по его активному слою (рис. 2.1 – 5).

15

2.5.6. Подгонка границ Инструмент "Подгонка границ" в пределах графического окна размещает проект таким образом, чтобы активный лист (слой) был виден целиком (рис. 2.1 – 6).

2.5.7. Подгонка границ по выделенному Данный инструмент (рис. 2.1 – 7) размещает все выделенные объекты в пределах графического окна. В случае, если ни один элемент не выделен, за совокупность принимаются все элементы всех слоев, кроме растрового.

2.6. Рисование При выборе задачи "Рисование" на правой панели появляются инструменты, необходимые для ее выполнения (рис. 2.2). Если Вы подготовили векторный слой и в данный момент он является активным, то с их помощью можно нарисовать какой-либо рисунок (эскиз). Для удобства рисования можно задать векторному слою дополнительное свойство (п. 3.4) "Orto-сетка" и установить ее шаг (по умолчанию 10 мм). При включенном свойстве "Привязка" концы рисуемых отрезков будут автоматически устанавливаться в узлах этой сетки. Другим достоинством системы эскизирования Rhythmer является возможность рисования путем обводки сканированных рисунков. Для этого нужно взять файл в формате ВМР и подгрузить его в растровый слой, создаваемый с помощью подменю "Файл" (п. 3.2). Рисунок может состоять из множества самостоятельных элементов (точка, отрезок прямой, отрезок дуги, окружность) или нескольких контуров замкнутых или незамкнутых последовательностей отрезков, сплайновых и карандашных кривых. 1. Оси координат. С помощью этого инструмента можно вывести на экран вспомогательные элементы – координатные оси. В этом случае в процессе рисования в строке состояния отображаются координаты мыши и параметры элементов в заданной системе координат. При чтении контуров из БГД оси координат восстанавливаются автоматически. Нельзя создать в одном слое две системы координат. 2. Точка. 3. Прямая. Отрезок прямой линии, соединяющий две точки. 4. Дуга. Отрезок дуги окружности может быть задан двумя способами: - тремя точками на окружности; - точкой центра и концами отрезка. В обоих случаях, если концы отрезка совпадают, мы получим окружность. 5. Сплайн. Сплайн представляет собой участок гладкой кривой произвольной формы, ограниченный двумя точками.

16

6. Карандаш. С помощью этого инструмента создаются сплайны путем сплайн-аппроксимации карандашной кривой, которая рисуется мышью при нажатой левой кнопке. Как только она отпущена, редактор автоматически пересчитывает полученную кривую в сплайны. Параметры аппроксимации устанавливаются в свойствах инструментов (п. 3.4). 7. Контур. Утопив эту кнопку Вы получите возможность создавать непрерывные последовательности элементов, где конец одного элемента является началом следующего, что ускоряет процесс рисования. При работе в этом режиме для того, чтобы поменять тип элемента, необходимо нажать правую кнопку мыши и выбрать другой примитив. После этого задается вторая точка следующего элемента, т.к. первая совпадает с концом предыдущего. Для завершения контура без его замыкания нужно отжать кнопку "Контур". 8. Текст. Ввод текста осуществляется только в текстовом слое, создать который можно в подменю "Файл" (п. 3.2). Для ввода текста необходимо задать положение нижней левой точки строки и угол наклона. Текстовый слой при этом должен быть активным. Чтобы получить строку, состоящую из фрагментов, написанных разными шрифтами, необходимо установить режим "Контур" (п. 5.7). 9. Шрифт. Данный инструмент вызывает диалоговое окно, позволяющее выбрать тип и цвет текущего шрифта. 10. Удалить последний. Нажатием данной кнопки удаляется последний созданный элемент рисунка.

2.7. Редактирование При выполнении задачи редактирования на правой панели появляются соответствующие инструменты (рис. 2.3). Операции редактирования выполняются только над выделенными элементами векторных и текстовых слоев. Выделение выполняется с помощью общего инструмента "Указка" (п. 4.1). Режим работы указки точка/отрезок/контур/цепочка/область задается в подменю "Свойства" (п. 3.4.1). В последующем, такая возможность будет продублирована и на панели инструментов редактирования. 1. Перемещение. Перемещение производится путем нажатия левой кнопки мыши в окрестности выделенного объекта, сдвиге мыши и отпускании кнопки в нужном месте экрана. 2. Поворот. Для поворота выделения требуется указать точку, вокруг которой осуществляется поворот, и угол. Имеется также возможность задать с клавиатуры точное значение угла в градусах. 3. Масштаб. Масштабирование позволяет изменить размеры выделенных элементов, манипулируя вершинами описывающего прямоугольника, либо задавая масштаб с клавиатуры, например, 2:3; 5:1; 1:4. 4. Симметрия осевая. Выделенные элементы копируются симметрично указанной прямой. 5. Симметрия центральная. Выделенные элементы копируются симметрично относительно указанной точки. 6. Вырезать. Удаляет все выделенное из слоя(ев) и копирует в буфер.

17

7. Копировать. Копирует все выделенное в буфер. 8. Вставить. Вставляет содержимое буфера в активный векторный или текстовый слой (в зависимости от того, откуда вырезано). Содержимое буфера сохраняется до следующей операции 6.6 или 6.7. 9. Отменить. Отменяется результат последней операции редактирования.

2.8. Особенности создания блок-схем в редакторе Rhythmer Построение блок-схем можно осуществить в соответствии с приведенными ниже этапами. 1. Создать текстовый слой, и выбрать в диалоге выбора шрифтов тот, что содержит необходимые вам элементы блок-схем. 2. Создать ортогональную сетку и задать ей необходимые параметры. 3. Подобрать приемлемый размер шрифта. 4. Последовательно ввести все необходимые вам элементы блок-схемы. В случае необходимости повторной привязки к сетке после ввода следует использовать функцию «Общая привязка», предварительно выбрав все требующие привязки элементы. 5. Закрыть созданный текстовый слой, используя свойство «Замок». 6. Создать второй текстовый слой. 7. Выбрать новый шрифт, и заполнить созданные блоки.

2.9. Описание эксперимента

Задача. Прорисовка эскиза внешнего вида автомобиля.

2.9.1. Набросок Итак, поскольку мы не собираемся копировать что-то уже созданное, а, по мере своих способностей, постараемся создать что-то уникальное, то эскизирование необходимо начать с определения наиболее приемлемой формы корпуса автомобиля. Для этих целей создаем сетку с шагом 10. Включив кнопку «Создать объект», начинаем последовательно выводить грубый контур. Результат первого шага показан на рисунке 2.4. Результат наброска

Рис. 2.4.

18

2.9.2. Первичная прорисовка Далее, закрываем первый слой замком и создаем новый, цвет которого лучше изменить, чтобы не путать его содержимое с содержимым первого. (Примечание: нельзя изменить цвет всех элементов слоя, поменяв его в свойствах, поскольку цвет контуров определяется при создании). Сетку можно отключить. Затем, увеличив масштаб листа, используя сплайны и дуги, начинаем последовательно обводить намеченный контур. Результат показан на рисунке 2.5. Результат первичной прорисовки

Рис. 2.5

2.9.3. Вторичная прорисовка Удалив первый слой за ненадобностью, при помощи инструмента «Редактирование» осуществляем тщательную прорисовку контура, дабы придать ему максимально сходство с обтекаемой формой автомобиля. Результат показан на рисунке 2.6. Результат вторичной прорисовки

Рис. 2.6

2.9.4. Проработка деталей Закончив, таким образом, создание контура, приступаем к прорисовке деталей. Результат вы можете увидеть на рисунке 2.7. Результат проработки деталей

Рис. 2.7.

19

Представленный эксперимент является неплохим примером того, как надо работать в Rhytmer-е, а так же хорошим примером того, как не надо рисовать автомобили.

2.10. Параметрическое конструирование 2D геометрических моделей (замкнутых контуров). 2.10.1. Задание структуры ГМ. 1. Нарисовать каркас ГМ – упрощенную фигуру без фасок и скруглений в графическом редакторе Rhythmer, задача "Рисование". При этом на панели инструментов задачи (правая панель) должен быть включен режим "контур". Элементы контура (графические примитивы "прямая", "дуга") следует задавать в порядке обхода контура против часовой стрелки. Для удобства рисования можно воспользоваться свойством "Сетка". Можно рисовать по "подложке" – предварительно сосканированному рисунку или фотографии в формате BMP (см. инструкцию к графическому редактору Ins-Rh3.doc). 2. Установить систему координат с помощью кнопки "Система координат" на верхней (общей) панели инструментов. Отжать кнопку "Система координат". 3. Редактирование 2D ГМ осуществляется в графическом редакторе Rhythmer, задача "Редактирование". 2.10.2. Определение размерных параметров ГМ. 1. Создать опорную сетку в соответствующей задаче "опорная сетка", включив кнопку "Создать ОС". При этом в проекте автоматически создается отдельный логический слой "Опорная сетка". Опорная сетка – это база, на которую опираются существующие или создаваемые в процессе доработки элементы конструкции. Она представляет собой совокупность ортогональных и наклонных прямых, проходящих через отрезки прямых, а также окружностей, проходящих через отрезки дуг заданного каркаса. 2. Отредактировать элементы опорной сетки. Редактирование ОС заключается в параллельном переносе и повороте прямых, а также переносе окружностей и (или) изменении их радиуса. Поворот прямых возможен только для наклонных и, наоборот, горизонтальную или вертикальную линию нельзя сделать наклонной. Перечисленные операции осуществляются соответствующими кнопками задачной панели инструментов. Редактируемая линия ОС должна

20

быть выделена с помощью общей указки при активизированном (включенном) слое "опорная сетка" в нижней части панели задач. В процессе редактирования ОС рекомендуется отключить свойство сетки "привязка". Тогда модификация ГМ будет осуществляться плавно. 3. Создать фаски и скругления с помощью инструментов соответствующей задачи. Параметры этих элементов можно задавать только до их создания. Если, все-таки, пользователь решил изменить размеры созданного конструктивного элемента, он может воспользоваться кнопкой "Отмена" на верхней панели инструментов. Другой (универсальный) способ описывается в п. 1.3. Если в дальнейшем предполагается простановка размеров, то лучше фаски и скругления строить в режиме "С размерами". 4. Автогенерация размеров. В задаче "Автогенерация" с помощью кнопок "Радиусы", "К прямым ОС", "Габариты" автоматически генерируются соответствующие размеры ГМ и заносятся в отдельный логический слой "Размеры" проекта. 5. Ручная простановка и редактирование размеров осуществляются в задаче "Размеры/Редактирование". Для создания размеров типа "прямая – прямая", "прямая – дуга", "прямая – точка", "точка – точка" достаточно выделить на основном логическом слое проекта с помощью указки те элементы, между которыми требуется проставить размер, и нажать кнопку "Линейный размер" или "Угловой размер". Можно менять элементы привязки созданного (выделенного) размера путем указания другого элемента ГМ и нажатия кнопки "Первый элемент" или "Второй элемент". Для изменения номинального значения размера нужно с помощью кнопки "Таблица" вызвать таблицу созданных размеров и выделить редактируемый размер. Выделение размера осуществляется с помощью двойного щелчка в нужной строке таблицы или с помощью указки. В последнем случае должен быть выделен слой "Размеры" на левой панели и включена указка в режиме выделения объектов. При изменении номинального значения размера по отношению к текущему (измеренному) значению геометрическая модель не изменяется до тех пор, пока не будет выполнен расчет по размерам с помощью кнопки "Расчет" (см. п. 1.3.). Работая с таблицей можно поменять способ привязки размера к первому или второму элементам с помощью двойного щелчка в соответствующем поле размерной строки. Из выпадающего меню можно выбрать такие как: центр (дуги), фиктивная точка (точка пересечения отрезков ГМ, между которыми создано скругление), ось X, ось Y и др. Аналогично можно поменять тип размера, например, на осесимметричный.

21

2.10.3. Создание параметрической ГМ. 1. Расчет ГМ по заданным размерам. В процессе расчета контура по заданным размерам вычисляются параметры элементов и на экран для визуального контроля выводится чертеж контура. Если какие-либо размеры заданы неверно, то чертеж искажается, что легко выявляется визуальным контролем. Если появилось сообщение о наличии не рассчитанных элементов, то необходимо проанализировать корректность задания размеров для первого элемента из списка не рассчитанных. Дополнительной информацией для выявления ошибок служит сообщение о размерах, которые не были использованы при расчете. Это могут быть габаритные (справочные) размеры, тогда сообщение можно игнорировать. Но могут быть действительно излишние или неправильно заданные размеры, тогда следует их проверить и, при необходимости, исправить. Если ни один из элементов контура не рассчитан, то наиболее вероятными являются ошибки в размерных привязках контура к осям координат. Ошибки при расчете дуг могут появиться и в том случае, если эскиз нарисован слишком грубо. В этом случае рекомендуется скорректировать соответствующий участок контура в п. 1.1.3. 2. Трассировка (пошаговый расчет). Режим пошагового расчета контура позволяет прослеживать процесс расчета, выявлять и исправлять ошибочные размеры. Этот режим является отладочным, обучающим. На каждом шаге расчета система сообщает о том, какой параметр элемента и по каким размерам рассчитан. Значения параметров здесь округляются до целого. Если параметр элемента рассчитан правильно, то для продолжения процесса пользователь нажимает клавишу "Ввод". Если размер ошибочен, то пользователь исправляет его непосредственно с клавиатуры и нажимает клавишу "Ввод". Система повторяет данный шаг с исправленным размером.

2.10.4. Запись в БГД параметрической 2D ГМ. Поскольку параметризация ГМ осуществляется путем модификации размеров, то рекомендуется в банк графических данных (БГД) помещать только те геометрические модели, которые успешно прошли через модуль расчета (см. п. 1.3.1), хотя система позволяет записывать и

22

ГМ без размеров. Запись осуществляется с помощью кнопки "БГД" на верхней панели инструментов. Выбор той или иной базы данных и класса геометрических моделей осуществляется на предоставляемом системой дереве моделей. 2.10.5. Параметризация (модификация) ГМ. После выбора в дереве БГД и чтения ГМ нужно включить задачу "Размеры. Редактирование", выделить на левой панели слой "Размеры" и включить режим "Таблица" на задачной (правой) панели. Выбирая указкой нужные размеры можно поменять в таблице их значения, затем запустить "Расчет" (см. п. 1.2.5. Редактирование размеров и п. 1.3.1. Расчет). Контроль правильности измененных размеров осуществляется визуально по полученной в результате расчета модифицированной ГМ. Чтобы перейти к работе с другой ГМ нужно на верхней панели с помощью кнопки "Проект" начать "Новый" и прочитать из БГД очередную ГМ.

23

3. ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ ТРЕХМЕРНЫХ СБОРОК Временно! Если контуры объектов не выпуклые, то отключить свойство "Создавать крышки" с помощью инструмента "Дерево/Свойства" задачи "Компоновка". 3.1. Войти в задачу "Сцена". Прочитать из БГД первый объект. 3.2. Установить параметры камеры на верхней панели задач, в частности, расстояние до объекта (инструмент "Приближение") и вид на сцену ("Top"). 3.3. Прочитать очередной объект из БГД. 3.4. Установить очередной объект относительно осей координат сцены и (или) предыдущих объектов. Для этого перейти в задачу "3D сцена", выделить устанавливаемый объект с помощью общего инструмента выделения или инструмента "Дерево сцены" данной задачи и осуществить последовательно (в любом порядке) операции "Переместить", "Повернуть", "Масштабировать" с помощью инструментов задачи "3D сцена". 3.5. Для просмотра объекта в различных ракурсах пользуйтесь кнопками управления камерой на верхней панели инструментов. Чтобы закрасить объект или всю конструкцию в серый цвет вызовите "Свойства/Свойства графики" и установите режим закраски. При этом те объекты, которые выделены инструментом выделения или с помощью таблицы "Дерево сцены" в задаче "Сцена", окрасятся в желтый цвет. 3.6. Размерная параметризация объектов типа: призма, вал, кольцо. 3.6.1. Выделить нужный объект с помощью инструмента "Дерево сцены". 3.6.2. Создать чертеж объекта нажатием кнопки "Контур объекта". 3.6.3. Войти в задачу "Размеры/Редактирование", при этом в размерном слое и слое контура должен быть только один объект! Примечание. Если в графическом окне ничего нет, попробуйте "Подогнать границы" (верхняя панель инструментов). 3.6.4. Модифицировать размеры (см. п. 1.2.5 настоящей инструкции) и запустить расчет (п. 1.3). 3.6.5. Вернуться в задачу "Компоновка". Не переключаясь на трехмерный слой нажать кнопку "Перестроить сцену". 3.6.6. Переключиться на "трехмерный слой" и нажать кнопку просмотра "3D Exploration". 3.6.7. Рекомендуется, чтобы не утяжелять количество листов и слоев проекта, удалить слой чертежа данного объекта, если он не нужен в дальнейших операциях сборки.

24

4. КОНСТРУИРОВАНИЕ ИЗОМОРФНЫХ ОБЪЕКТОВ 4.1. Войти в задачу "Сложные объекты". 4.2. Создать лист объекта с помощью кнопки "Задать объект". С помощью этой кнопки в проекте создается новый лист с тремя слоями: сечение XOY; профиль XOZ; профиль YOZ. 4.3. Выделить слой "сечение XOY" и прочитать из соответствующего раздела БГД контур сечения. 4.4. Выделить слой "профиль XOZ" и прочитать из соответствующего раздела БГД контур профиля. Если требуется вид слева – профиль YOZ, то переключиться на одноименный слой и прочитать профиль из БГД, иначе оба вида по умолчанию считаются одинаковыми. 4.5. "Создать 3D". Этим инструментом в проекте создается лист "Аксонометрия" и в нем слой "3D модель". Можно поменять шаг дискретизации с помощью кнопки "Настройки 3D/ Шаг дискретизации" на верхней панели задач. В этом случае необходимо перестроить объект одноименной кнопкой на правой панели. Просмотр модели можно осуществить кнопкой "3D Exploration". 4.6. Записать объект в раздел "Изоморфные объекты" своей БГД. 4.7. Размерная параметризация. Если контуры изоморфного объекта образмерены, то можно выполнить размерную параметризацию любого из них путем переключения на его слой и вызова задачи "Редактирование/Размеры" (см. пп. 1.2.5., 1.3), а затем перестроить объект кнопкой "Создать 3D".

25

5. КОНСТРУИРОВАНИЕ АМОРФНЫХ ОБЪЕКТОВ 5.1. Войти в задачу "Сложные объекты/Аморфный". 5.2. Создать лист объекта с помощью кнопки "Задать объект". С помощью этой кнопки в проекте создается новый лист с тремя слоями: сечение XOY; профиль XOZ; профиль YOZ. 5.3. Выделить слой "сечение XOY" и прочитать контур из раздела "сечения" БГД. 5.4. Выделить слой "профиль XOZ" и прочитать контур из раздела "профили" БГД. 5.5. Выделить слой "профиль YOZ" и прочитать контур из раздела "профили" БГД. 5.6. Можно уже "Создать 3D" одноименным инструментом данной задачи. При этом в проекте создается лист "Аксонометрия" и в нем слой "3D модель". Можно поменять шаг дискретизации с помощью кнопки "Настройки 3D/ Шаг дискретизации" на верхней панели задач. В этом случае необходимо перестроить объект одноименной кнопкой на правой панели. Просмотр модели можно осуществить кнопкой "3D Exploration". 5.7. Задание дополнительных профилей и сечений. 5.7.1. Для задания дополнительного профиля нужно переключиться на слой "Сечение" и нажать кнопку "Задать дополнительный профиль". В нижней строке экрана появляется указание "Укажите узел сечения, где разместить новый профиль" 5.7.2. Указать точку расположения дополнительного профиля, включив режим "Подложка". Создается новый логический слой "Дополнительный профиль А" (потом B, C и т.д.). 5.7.3. Прочитать из БГД или нарисовать контур профиля с помощью инструментов задачи "Рисование" или отредактировать прочитанный в задаче "Редактирование" (см. пп. 1.1.1, 1.1.3 настоящей инструкции). Рекомендуется в процессе создания профилей активно пользоваться сеткой и растровой подложкой, вновь созданный контур сразу же сохранить в БГД. Вернуться в задачу "Аморфный". Внимание! Контур дополнительного профиля или сечения – это правая половина (до оси Z или Х, соответственно) обычного профиля или сечения. 5.8. Перестроить объект с помощью инструмента "Создать 3D" и проверить в "3D Exploration". Аналогичным образом создаются и дополнительные сечения. 5.9. Задание 3D профилей. Дополнительный профиль может быть задан в двух проекциях – XOZ и YOZ. Это позволяет более гибко управлять процессом синтеза аморфного объекта и

26

получать достаточно сложные скульптурные поверхности. 5.9.1. Для задания 3D профиля нужно нажать кнопку "Задать 3D профиль". При этом создаются два новых логических слоя "Дополнительный 3D XOZ профиль B" и "Дополнительный 3D YOZ профиль B" (потом C, D и т.д.). 5.9.2. Нарисовать проекции XOZ и YOZ 3Dпрофиля, переключаясь на соответствующие вновь созданные слои. Рекомендуется в процессе создания профилей активно пользоваться сеткой и растровой подложкой, вновь созданный контур сразу же сохранить в БГД. Вернуться в задачу "Аморфный". 5.10. Проверить и записать объект в раздел "Аморфные объекты" своей БГД. Каждый контур объекта должен быть записан заранее.