Варіаційне пряме моделювання

Зародження класичних систем тривимірного моделювання відбувалося у другій половині 80х років. Саме тоді у світ прийшов піонер цієї галузі, система Pro/Engineer. Усі конкуруючі системи від інших світових вендорів, такі як CATIA, NX, SolidWorks, Inventor, Solid Edge успадкували основну ідеологічну концепцію цієї системи: інформація про геометричні характеристики моделі у системах-спадкоємцях зберігається у деякій подібності сценарію, який сьогодні ми називаємо історією побудови. Ця технологія зберігала домінуюче положення на ринку впродовж чверті століття. Дійсно, за досить короткий проміжок часу концепція історії побудови була доповнена можливостями параметричного моделювання, для багатьох користувачів ці поняття, по суті, рівноцінні. Модель на основі історії побудови досить легко параметризувати, зв'язавши з кожним етапом побудови набір певних параметрів. Надалі, для модифікації моделі досить змінити значення потрібних параметрів та виконати сценарій побудови наново. Проте, якщо поглянути глибше, робота з подібною параметричною моделлю несе у собі ряд складнощів. Для зміни параметра його треба знайти у дереві історії побудови моделі, а для моделей складної конфігурації це може бути досить трудомістким. А іноді і неможливим, якщо можливість зміни цього параметра не була закладена у модель спочатку. Крім того, сам процес "програвання" сценарію для складних моделей займає досить тривалий час та вимагає значних обчислювальних потужностей. Ще однією проблемою є робота з різнорідними та застарілими даними, що походять з різних CAD-систем, у тому числі з застарілих, відсутніх на сьогоднішньому ринку. Безумовно, сучасні системи дозволяють виконувати імпорт з конкуруючих форматів або читати обмінні формати, але при цьому інформація про історію побудови зазвичай втрачається, завантажується тільки "німа геометрія".


Мало хто пам'ятає зараз, але через всього декілька років після дебюту Pro/ Engineer, компанією HP був випущений продукт SolidDesigner, що реалізував принципи динамічного моделювання. Ця технологія дозволяла користувачеві узяти одну або декілька граней моделі та повернути або перемістити її. При цьому вже тоді були реалізовані елементи інтелектуальної поведінки - система дозволяла виділяти суміжні грані або цілі конструктивні елементи. Параметризація ж в цьому випадку була реалізована за рахунок накладення локальних розмірних обмежень. Проте помітного інтересу на ринку до цієї технології не спостерігалося.


Повторний сплеск інтересу до динамічного моделювання (на той час термін трансформувався в "Пряме моделювання") з випуском SpaceClaim в 2007 році. В цей самий час новосибірська компанія ЛЕДАС працювала над реалізацією варіаційної параметризації, згідно якої накладалися рівноправні параметри з двостороннім зв'язком, без розділення на ті, що входять і виходять. В результаті вже в 2008 році ЛЕДАС презентував першу реалізацію системи варіаційного прямого моделювання для Google SketchUp, а трохи пізніше - для Rhino.Найефективнішу на сьогодні реалізацію технології варіаційного прямого моделювання можна спостерігати у BricsCAD.


Запропонована технологія дозволяє обійти усі вищеперелічені проблеми моделювання з історією побудови. Оскільки інформація про процес побудови моделі є надмірною для цієї технології, істотно знижується потреба у обчислювальних потужностях, а процес внесення змін до моделі не викликає затримок. Інженер завжди працює з поточним станом моделі та може відстежувати її зміну у реальному часі, оцінюючи результати тієї або іншої операції на льоту. Сам процес створення та редагування моделі представляється прозорим, інтуїтивно зрозумілим та доступним навіть початкуючим користувачам, адже міра редагування моделі у даному випадку не залежить від послідовності її створення. За рахунок автоматичного накладення обмежень між характерними елементами зберігається конструктивна концепція проектованого виробу. Так, система може розпізнавати отвори рівного радіусу, компланарні грані, паралельні та перпендикулярні площини, співісні циліндри та інші елементи, і їх модифікація виконується синхронно. На відміну від класичних систем, модель у будь-якій може бути доповнена необхідними параметрами, не обмежуючись створеними на етапі побудови. Та, врешті-решт, за допомогою варіаційного прямого моделювання можна без проблем працювати з будь-якою імпортованою моделлю незалежно від системи, що створила її, - адже для виконання будь-якої операції досить інформації про поточні геометричні характеристики моделі.


Отже, підводячи підсумки, слід сказати, що варіаційне пряме моделювання реалізує параметричне редагування 3D моделей, не використовуючи інформацію про історію її побудови. На відміну від традиційних методів прямого моделювання, дозволяє зберігати концепцію моделі за рахунок геометричних та розмірних обмежень, що у тому числі, формуються неявно.