Руководство по моделированию 2D водной поверхности


Оглавление (нажмите, чтобы открыть):

Методы трехмерного моделирования. Каркасное моделирование. Поверхностное. Твердотельное моделирование. Типы поверхностей. Что представляют с собой трехмерные объекты?

Тема №7

Трехмерные системы обеспечивают такую дисциплину работы с тремя координатами, при которой любое изменение одного вида автоматически приводит к соответствующим изменениям на всех остальных видах.

Последовательность построения может быть разной. Последовательность построений может быть следующей: сначала строится 3D вид, а затем автоматически генерируются 2D виды. Некоторые системы способны преобразовывать сборочные чертежи механизма ортогональной проекции в 3d вид этого изделия в разобранном состоянии.
Трехмерное моделирование особенно успешно применяется для создания сложных чертежей, при проектировании размещения заводского оборудования, трубопроводов, различных строительных сооружений, в тех приложениях, где необходимо обеспечить адекватные зазоры между компонентами.

Возможность генерировать траектории движения инструмента и имитация функционирования роботов делает 3D моделирование неотъемлемой частью интеграции САПР/АСТПП.
В некоторых системах 3D имеются средства автоматического анализа физических характеристик, таких как вес, моменты инерции и средства решения геометрических проблем сложных сопряжений и интерпретации. Поскольку в 3D системах существует автоматическая связь между данными различных геометрических видов изображения, 3D моделирование полезно в тех приложениях, где требуется многократное редактирование 3D образа на всех этапах процесса проектирования.

Методы трехмерного моделирования делятся на 3 вида:

-Каркасное (проволочное) моделирование;

-Поверхностное (полигональное) моделирование;

-Твердотельное (сплошное, объемное) моделирование.

КАРКАСНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ. Каркасная модель полностью описывается в терминах точек и линий. Это моделирование самого низкого уровня и имеет ряд серьезных ограничений, большинство из которых возникает из-за недостатка информации о гранях, которые заключены между линиями, и невозможности выделить внутреннюю и внешнюю область изображения твердого объемного тела.

Однако каркасная модель требует меньше памяти и вполне пригодна для решения задач, относящихся к простым. Каркасное представление часто используется не при моделировании, а при отображении моделей как один из методов визуализации.
Наиболее широко каркасное моделирование используется для имитации траектории движения объекта, выполняющего несложные операции по 2.5 или 3 осям. Понятие 2.5 оси связано с тем, что более простые системы могут обрабатывать информацию о формах только с постоянным поперечным сечением. Такую форму можно построить следующим образом – сначала создается вид XY, а затем каждой точке приписываются два значения координаты Z, характеризующие глубину изображения.

Недостатки каркасной модели:

— Неоднозначность – для того, чтобы представить модель в каркасном виде, нужно представить все ребра (это эффект может привести к непредсказуемым результатам. Нельзя отличить видимые грани от невидимых. Операцию по удалению невидимых линий можно выполнить только в ручную с применением команд редактирования каждой отдельной линии, но результат этой работы равносилен разрушению всей созданной каркасной конструкции, т.к. линии невидимы в одном виде и видимы в другом);
— Невозможность распознавания криволинейных граней – мнимые ребра (боковые поверхности цилиндрической формы реально не имеют ребер, хотя на изображении есть изображение некоторых мнимых ребер, которые ограничивают такие поверхности. Расположение этих мнимых ребер меняется в зависимости от направления вида, поэтому эти силуэты не распознаются как элементы каркасной модели и не отображаются на них);
— Невозможность обнаружить взаимное влияние компонент (каркасная модель не несет информации о поверхностях, ограничивающих форму, что обуславливает невозможность обнаружения нежелательных взаимодействий между гранями объекта и существенно ограничивает использование каркасной модели в пакетах, имитирующих траекторию движения объекта или имитацию функционирования робота, так как при таком моделировании не могут быть выявлены на стадии проектирования многие коллизии, появляющиеся при механической сборке);

-Трудности, связанные с вычислением физических характеристик;

-Отсутствие средств выполнения тоновых изображений (основным принципом техники выполнения тоновых изображений, т.е. обеспечение плавных переходов различных цветов и нанесение светотени, является то, что затенению подвергаются грани, а не ребра).

ПОВЕРХНОСТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ.

Поверхностное моделирование определяется в терминах точек, линий и поверхностей. При построении поверхностной модели предполагается, что технические объекты ограничены поверхностями, которые отделяют их от окружающей среды. Такая оболочка изображается графическими поверхностями. Поверхность технического объекта снова становится ограниченной контурами, но эти контуры уже являются результатом 2-х касающихся или пересекающихся поверхностей. Точки объектов — вершины, могут быть заданы пересечением трех поверхностей.

Поверхностное моделирование имеет следующие преимущества по сравнению с каркасным:
— способность распознавания и изображения сложных криволинейных граней;

-изображение грани для получения тоновых изображений;

-особые построения на поверхности (отверстия);

-возможность получения качественного изображения;

-обеспечение более эффективных средств для имитации функционирования роботов.

В основу поверхностной модели положены два основных математических положения:

— Любую поверхность можно аппроксимировать многогранником, каждая грань которого является простейшим плоским многоугольником;

— Наряду с плоскими многоугольниками в модели допускаются поверхности второго порядка и аналитически неописываемые поверхности, форму которых можно определить с помощью различных методов аппроксимации и интерполяции.

В отличие от каркасного моделирования каждый объект имеет внутреннюю и внешнюю часть.

(Интерполя́ция, интерполи́рование — в вычислительной математике способ нахождения промежуточных значений величины по имеющемуся дискретному набору известных значений. Многим из тех, кто сталкивается с научными и инженерными расчётами часто приходится оперировать наборами значений, полученных экспериментальным путём или методом случайной выборки. Как правило, на основании этих наборов требуется построить функцию, на которую могли бы с высокой точностью попадать другие получаемые значения. Такая задача называется аппроксимацией. Интерполяцией называют такую разновидность аппроксимации, при которой кривая построенной функции проходит точно через имеющиеся точки данных.)

ТИПЫ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Базовые геометрические поверхности (к этой категории относятся плоские поверхности, которые можно получить, начертив сначала отрезок прямой, а затем применить команду, которая разворачивает в пространстве образ этого отрезка на заданное расстояние; таким же образом можно разворачивать и поверхности);

Поверхности вращения, которые создаются вращением плоской грани вокруг определенной оси;

Поверхности сопряжений и пересечений;

Аналитически описываемые поверхности (каждая такая поверхность определяется одним математическим уравнением с неизвестными X,Y,Z). Эти неизвестные обозначают искомые координаты поверхности.

Скульптурные поверхности (поверхности свободных форм или произвольные поверхности). Методы геометрического моделирования скульптурных поверхностей сложной технической формы применяют в областях, в которых проектируются динамические поверхности или поверхности, к которым предъявляются повышенные эстетические требования.

Динамические поверхности подразделяются на 2 класса: омываемые средой (внешние обводы самолетов, подводных лодок), трассирующие среду (воздушные и гидравлические каналы, турбины). При проектировании скульптурных поверхностей применяют каркасно-кинематический метод, основанный на перемещение некоторых образующих по направляющим или путем построения сплайнов, продольных образующих кривых между точками, определенными в трехмерном пространстве. Методы отображения скульптурных поверхностей в значительной степени связаны с возможностями графических устройств. При этом отображение самой поверхности не играет существенной роли, так как основное назначение этих методов визуальная проверка корректности, гладкости и эстетичности полученной поверхности. В настоящее время модели скульптурных поверхностей широко используются при проектировании и производстве корпусом автомобилей, самолетов, предметов домашнего обихода.


Составные поверхности. Составную поверхность можно полностью определить, покрыв его сеткой четырехугольных кусков, то есть участками, ограниченными параллельными продольными и поперечными линиями на поверхности. Каждый кусок имеет геометрическую форму топологического прямоугольника, который отличается от обычного тем, что его стороны не обязательно являются прямыми и попарно перпендикулярными. Границы кусков представляют собой непрерывные кривые и обеспечивают гладкость поверхности, натянутой на сетку. Внутренняя область каждого куска определяется методом интерполяции. Изображение составной поверхности может быть получено на экране дисплея либо с помощью построения по точкам сплайновых кривых, либо путем создания многогранного каркаса, на который система будет автоматически аппроксимировать натяжение гладкой криволинейной поверхности.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 10027 — | 7497 — или читать все.

188.64.174.135 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Физическое моделирование воды.

Эффект водной глади является желанным гостем в трехмерной графике. В краткой заметке я попытаюсь рассказать про физическое моделирование. Побудительными мотивами являются следующие обстоятельства. Во-первых, довольно абстрактная mIRC лекция Yann L., посвященная моделированию воды. Безусловно очень компетентного и знающего человека. Однако, в лекции допущены грубые неточности. Его реализация (которая, вопреки заявленному, не имеет к уравнению Навье-Стокса ни малейшего отношения) не является оптимальной с точки зрения сеточных методов решения дифференциальных уравнений. В короткий промежуток времени мне на глаза попалось и другое воплощение. Тоже весьма некачественное.

В заметке будет рассказано о самом общеупотребительном сеточном методе решения уравнения колебаний:

Здесь t — время, x,y — координаты. Решая это уравнение, мы получим очень реалистичную поверхность воды. Кроме того, в статье будет приведен очень быстрый (и правильный с точки зрения математики) расчет нормалей без вычисления обратного квадратного корня и векторных произведений.

Не надо пугаться страшных непонятных буковок в уравнении (*). Дальнейшее изложение не требует понимания того, что именно там написано.

Итак, некоторые определения: вершина (нормаль и координата), и массив, содержащий числа. Эти самые числа будут интерпретированы как высота поверхности воды в регулярной сетке. Нам надо завести два таких массива, и мы будем переключаться между ними по надобности.

А вот и основной шаг программы.

Сначала /*1*/ мы случайным образом возмущаем водную гладь (c вероятностью 1/127 упадет капля в произвольную точку).

Потом /*2*/ мы обновляем информацию о высоте для OpenGL и считаем нормаль (обратите внимание, как именно мы ее считаем!) Нормализация будет поручена ядру OpenGL.

Потом /*3*/ мы считаем аналог правой части уравнения (*). Так называемый оператор Лапласа. Этакий симметричный крест, причем сумма коэффициентов равна 0. Заметим, что в массиве p мы храним высоту воды на прошлом кадре, а в массиве n — текущую высоту воды.

Потом /*4*/ мы считаем новое значение высоты поверхности воды. Заметим, что мы используем значения на двух временных слоях, значение оператора Лапласа на текущем слое и некоторое число vis. Это — вязкость (вот тут оказывается, что решаем мы не совсем уравнение (*), а чуть другое уравнение). С ней волны затухают. А без нее постоянные падения капель разболтают схему. Замечу также, что все вычисления собраны в один проход. Это хорошо.

Пункт /*5*/ посвящен отрисовке.

В конце /*6*/ мы переключаем временные слои. Только что вычисленные значения становятся «новыми», а предыдущий массив «стареет».

Вот и все. Любопытный читатель может спросить, какое отношение уравнение (*) имеет к данной схеме. Отвечу. Пусть U(x,y)

U[ i ][ j ] Частная производная d 2 U / dy 2 может быть в некотором смысле приближена разностью значений по горизонтали:

U[ i ][ j+1 ] — 2* U[ i ][ j ]+ U[ i ][ j-1 ]

Аналогично, частная производная по x может быть приближена «вертикальной» разностью. Аналогично мы можем представить и производную по времени — как разность трех последовательных временных слоев. Мы ищем «самый новый» слой, зная два предыдущих. Шаг /*4*/ получается в некотором роде автоматически. Пока без вязкости. Роль вязкости видна, если положить ее коэффициент равным единице. Тогда формула /*4*/ превращается в чистое усреднение — любое возмущение водной глади будет размываться. А так получается что-то среднее.

Вопросы и Ответы.

1.) Почему для рендеринга OpenGL используется glBegin():glEnd()? — Удобство, краткость. Безусловно, необходимо разделить статические и динамические данные, первые надо поместить в высокоприоритетную память, вторые обновлять таким образом, чтобы согласовать работу CPU и GPU. Использование расширения VBO будет весьма полезным.

2.) В некоторых воплощениях хранят значение на данном слое и «скорость» — разницу между значением на предыдущем слое. Кто прав? — Вопрос исключительно удобства. Можно делать и так и так.

3.) Какой смысл имеет оператор Лапласа? Я видел воплощения, где используется не крест, а шаблон по всем 9 точкам. — Данная величина имеет смысл силы, с которой соседние точки влияют на данную. Крестовой шаблон является с математической точки зрения оптимальным.

4.) Дальнейшие оптимизации возможны? — Да, конечно, хотя основной код неплох. Хороший пример — вычисление текстуры, хранящей водную поверхность, на GPU. На любом ускорителе можно быстро вычислять такую текстуру: https://developer.nvidia.com/docs/IO/1156/ATT/Water.zip . На ускорителях от NVidia (или с помощью грядущих в OpenGL UberBuffers) возможно использовать эту текстуру как массив, содержащий высоту в вершинах. Таким образом, можно перенести алгоритм на GPU. Также возможно считать и физику деформируемых поверхностей: https://developer.nvidia.com/docs/IO/4544/ATT/cg_physics.zip .

5.) В примере волны отражаются от стенок. Можно ли сделать периодическую картину?- Да, заменив циклы от 1 до 127 на циклы от 0 до 128. Точки, выходящие за границу массива, циклически переставляются (-1 переходит 127, 128 переходит в 0). Более того, можно сделать острова в воде, от которых волны отражаются. Для этого надо указать статическую маску, в которой значения водной поверхности не обновляются.

6.) Какова скорость расчета без рендеринга? — Примерно 4000 проходов в секунду для массива 128×128 (P4 2.4, оптимизующий комплятор IntelC) с выполнением пункта /*2*/ или примерно 8000 проходов без оного.

7.) Мне интересна реализация грамотного отражения и преломления в воде. А что мне подсунули! — Возможно, я напишу Cg пример с преломлениями и отражениями. Не надо ожидать многого от реализации менее, чем в 200 строк.

8.) Почему такой большой объем разных дополнительных библиотек? — GLUT является кросспалтформенным стандартом де-факто, без загрузки jpg текстуы (с помощью IJL в данном примере) обойтись сложно, а GLEW содержит все современные OpenGL расширения и поддерживает высокие версии OpenGL (в отличие от стандартных хидеров).

Вода в 3d max

При визуализации экстерьеров порой требуется создание воды в 3d max. Это, например, может быть искусственный водопад во дворе, бассейн или пруд, а также море, если дом стоит на берегу. Также вода используется в интерьерах: струящаяся из крана, в ванне или бассейне. Она оживляет всю сцену, поэтому каждый визуализатор должен уметь создавать реалистичную воду в 3d max. • Записаться на БЕСПЛАТНЫЙ курс 3D-Max В программе есть множество инструментов для создания воды в 3d max. Например, распространенный прием — моделирование «в лоб», то есть создание плоскости, имитация на ней водной поверхности, и наложение на нее стандартного материала с соответствующей текстурой и прозрачностью. При этом вблизи такой объект не будет реалистичным. В видеоуроке показан оптимальный способ, как просто и быстро создается воду в 3d max с помощью материала VRay. Настроив соответствующим образом прозрачность, оттенок, высоту и размер рельефа, можно получить убедительный вариант даже на близких планах. В программе можно также создавать реалистичные анимации, где вода выглядит как живая. Но это потребует более глубокого изучения программы.


При визуализации экстерьеров порой требуется создание воды в 3d max. Это, например, может быть искусственный водопад во дворе, бассейн или пруд, а также море, если дом стоит на берегу. Также вода используется в интерьерах: струящаяся из крана, в ванне или бассейне. Она оживляет всю сцену, поэтому каждый визуализатор должен уметь создавать реалистичную воду в 3d max.

В программе есть множество инструментов для создания воды в 3d max. Например, распространенный прием — моделирование «в лоб», то есть создание плоскости, имитация на ней водной поверхности, и наложение на нее стандартного материала с соответствующей текстурой и прозрачностью. При этом вблизи такой объект не будет реалистичным.

В видеоуроке показан оптимальный способ, как просто и быстро создается воду в 3d max с помощью материала VRay. Настроив соответствующим образом прозрачность, оттенок, высоту и размер рельефа, можно получить убедительный вариант даже на близких планах. В программе можно также создавать реалистичные анимации, где вода выглядит как живая. Но это потребует более глубокого изучения программы.

Моделирование водной поверхности

18.12.2020, 13:55

Построить график зависимости расстояния от водной поверхности до верхней точки плавающего на воде тела
Помогите,пожалуйста ) Построить график зависимости расстояния от водной поверхности до верхней.

Отражение лучей от «водной» поверхности.
Модифицируем линию осцилляции w1 = 2; w2 = w1*3.3; % t = 0:0.01:(w1*9); % массив времени y.

Моделирование изображения поверхности
Я написала программу, вроде бы правильно, только мне выдаёт, что я использовала неправильный.

Моделирование поверхности Безье
Здравствуйте, может у кого-нибудь есть программа по моделированию поверхности Безье? Очень нужно.

Моделирование поверхности через qml
Доброго времени суток столкнулся с проблемой нужно смоделировать поверхность, реализацию нашел.

Гидрогеологическое моделирование

Прикладная гидрогеология, геофильтрационное моделирование, инженерная геология. Блог специалиста по гидрогеологическому моделированию Копылова Александра.

Вопрос #1:
Помогите мне, пожалуйста, разобраться в одной ситуации. Схема такая: имеется водонапорная система с тремя напорными водоносными и двумя разделяющими слоями. На внешних границах по всем водоносным горизонтам заданы граничные условия третьего рода (по каждому горизонту заданы абсолютные отметки уровней подземных вод, проводимости подбирались в процессе решения обратных задач). Мне говорят, что это неправильно, что можно задать третьим родом только на верхний питающий горизонт, а на остальные нижележащие горизонты нельзя. А иначе это будет задание первым родом.
Помогите разобраться! Мне всё упирают на перетекание. Перетекание перетеканием, но ведь существует еще и поток по пласту. Почему я не могу по каждому горизонту задать ГУ-3. Разве это криминал?! И в чем физический смысл ГУ-3?

Ответ:
Тут такая ситуация — в принципе, правы обе стороны спора. Дело в том, что ГУ-3 рода по всей внешней границе — это т.н. «удаленный I-род», т.е. ГУ-1, отнесенное на некоторое расстояние L. Тогда проницаемость этой границы будет соответствовать:

k — коэффициент фильтрации;
m — мощность слоя;
Δx- ширина модельной ячейки вдоль границы.

H — уровень на удаленной границе I-рода
H — расчетный уровень в ячейке

Это и есть один из физических смыслов ГУ-3. Похожая логика работает, когда мы задаем им какой-нибудь водоем.

Почему нельзя задавать его в нижних слоях — я не совсем понимаю. Вполне себе допустимый прием для задания потока по пласту.

Другое дело, что академически верно этот поток не задавать как некую данность свыше, а получать на основе моделирования естественных граничных условий. Однако, это почти всегда не представляется возможным: делать модель на всю площадь водосбора какого-нибудь подольско-мячковского водоносного горизонта — это повеситься можно.

Вопрос #2:
В каком случае супесь является водоупором, а в каком случае не является?
Ответ:
Если супесь разделяет два высокопроницаемых слоя (крупнозернистые пески и т.п.) — тогда супесь является водоупором. Конечно, достаточно условным.
Если сверху от супеси и снизу от супеси — глины, то тогда супесь — вполне себе «водовмещающие отложения» и никакой не водоупор.

Вот так. Собственно говоря, это касается любых пород. И глины — «водоносный горизонт», если со всех сторон водостойкий бетон.

Вопрос #3:
Что такое MODFLOW и чем оно отличается от Processing MODFLOW, GMS, Visual MODFLOW, FEFLOW и т.д.?

Ответ:
Пока кратко, по мере сил буду добавлять сюда подробностей.
MODFLOW, FEMWATER, FEFLOW и еще ряд других — гидрогеологические модели (трехмерные, конечно-разностные или конечно-элементные). Как правило представляют собой консольные приложения, получающие на входе специально сформированные файлы с исходными данными и выводящие результат в другие специально сформированные файлы с результатами расчетов.

PMWIN, Visual Modflow, GMS и прочие — это т.н. «фронтэнды» к расчетным программам, которые я перечислил выше, и предназначены они для упрощения ввода данных в «специально сформированные файлы» и визуализации результатов расчетов.

Мастер Йода рекомендует:  Перегрузка операторов в C++. Основы

Вопрос #4:
Можно ли в PMwin изменить координатную привязку модельной сетки и как это сделать?

Ответ:
Можно. Для этого необходимо зайти в любой стандартный диалог с вводом параметров в сетку (Grid\Mesh Size, Parameters\Initial&Prescribed Hydraulics Heads или даже Models\Modflow\Flow Packages\Drain и т.п.) нажать Ctrl-E (что аналогично выбору пунка меню Options\Environment) и перейти на вкладку Coordinate System.

Вопрос #5:
Есть ли в Москве курсы по гидрогеологическому моделированию?

Ответ:
Да, такие курсы есть. Их не очень много. Лично мне достоверно известно только о двух организациях, предлагающих такого рода обучение. В первую очередь, это ЗАО «ДАР/ВОДГЕО». Там вас научат азам геофильтрационного моделирования с помощью программных комплексов Processing MODFLOW и/или Visual MODFLOW. Вторая организация, про которую я слышал, что там проводятся курсы по моделированию — ЗАО «Геолинк Консалтинг», где вас обучат работе с их собственным программным продуктом для моделирования процессов геофильтрации и массопереноса в подземной гидросфере ModTech. Как выяснилось, на данный момент Геолинк не проводит таких курсов.
Однозначно советовать одно из этих предложений я не решусь — у каждого есть свои плюсы и минусы. Единственное, сразу скажу — эти курсы скорее всего окажутся слишком дорогими для частного лица. Куда податься бедному частнику — я не знаю. Могу разве что посоветовать обратиться ко мне (в панели справа есть вся необходимая контактная информация). У меня есть некоторый опыт преподавания на такого рода курсах — попробуем что-нибудь придумать. Разумеется, это предложение действительно и для юридических лиц.

Вопрос #6:
Я учусь на геоэколога в нефтегазовой сфере. Недавно в одном учебнике встретил название ModFlow. Эта программа использовалась там в целях моделирования фильтрации подземных вод при строительстве подземных хранилищ газа. Решил хоть немного с ней познакомиться. Поэтому был бы очень благодарен, если бы Вы посоветовали бы какую-нибудь литературу на этот счет.

Ответ:
Русскоязычной литературы про эту программу я не встречал. У нас вообще немного книг по моделированию, а те что есть — безнадежно устарели. Если нет проблем с техническим английским, то очень хорошо «идет» руководство к программному комплексу Processing Modflow. По-сути, это переиздание с учетом новых реалий известной книги “3D-Groundwater Modeling with PMWIN” by Wen-Hsing Chiang, Wolfgang Kinzelbach. В плане изучения азов моделирования — это лучшее, что я видел. Ну и учиться моделировать лучше всего на Processing Modflow. По крайней мере, так делают в МГУ.
А вообще, читайте мой блог, задавайте вопросы, если что-то не понятно. Я буду рад помочь.
Смотрите так-же вопрос #13.

Вопрос #7:
Как в общих чертах выглядит процесс моделирования?

Ответ:
В общих чертах вот так:

  1. Создал и дискретизировал модельную сетку.
  2. Задал геометрию слоев (ну или не задал, если расчет идет в терминах проводимости).
  3. Ввел параметры.
  4. Ввел граничные и начальные (для нестационарной задачи) условия
  5. Запустил на счет.
  6. Понял что накосячил — повторить пункты 3,4,5,6.

Но дьявол, как это обычно и бывает, кроется в деталях.


Вопрос #8:
Я изучаю программу GMS и просто никак не могу понять один момент: у меня есть река, это основной фактор изменения уровня ГВ, моделировал как пакет river, но там нет возможности задать изменение уровня в период паводка, вот и не знаю, как это реализуется в программе.

Ответ:
Варианта два:

  1. Сделать две модели — для каждого из характерных уровней.
  2. Задать несколько стресс-периодов, но для этого придется делать модель нестационарной (GMS вроде бы не умеет делать несколько стресс-периодов у стационарной модели, хотя сама MODFLOW это умеет). Если хочется имеено стационарной постановки, то задайте Specific Storage = 0 и Specific Yield = 0. Для каждого из стресс-периодов можно задать разные уровни на границах.

Вопрос #9:
Где можно скачать программы для гидрогеологического моделирования?
Ответ:

Вопрос #10:
Осваивая пресловутый PM (5.1) столкнулся с ошибкой при запуске просчёта. Если сталкивались с такой или похожей ошибкой интересно было бы узнать методы решения.

Ответ:
100% гарантии не дам, но очень похоже на то, что в настройках системы разделитель дробной и целой части — запятая. Поменяйте на точку.

Вопрос #11:
Почему все ячейки моей простенькой однослойной стационарной модели при расчете становятся «сухими» (DRY), как только я задаю отметку подошвы слоя больше 0.

Ответ:
Проверьте свои начальные напоры (Initial Hydraulic Heads) — вероятно вы их оставили в «умолчальном» виде, т.е. там везде нули в массиве. Если начальный напор в ячейке задан ниже подошвы слоя, то слой считается осушенным на протяжении всего расчета.

Вопрос #13:
Где можно скачать инструкцию к MODFLOW на русском языке?

Ответ:
Русская инструкция к Processing Modflow 5.3. Версия конечно старая, но это во всяком случае лучшее из того, что есть. Кроме того, основные положения с тех пор практически не поменялись.

Вопрос #14:
Для моделирования работы деталей элементов мелиоративных систем мне понадобится существенно сгущать сетку и тут есть ограничения на на размеры соседних ячеек. В текстах про Visual MODFLOW вычитал, что не более чем 1,5 раза и соотношение сторон ячейки не более чем 1:10. В некоторых примерах сетки видел нарушения этих ограничений, может не такое строгое оно?

Ответ:
Это ограничение не строгое. Это рекомендованное соотношение, которое можно нарушать (если честно, у меня нет ни одной реальной модели, где бы оно не было нарушено). Важно понимать, что в этих зонах часто не очень правдоподобно рисуются гидроизогипсы и могут быть ошибки при определении уровня в ячейках или скважинах. Т.е. в тех зонах, где для нас критична точность решения и рядом с существенными границами (особенно, где предполагаются существенные градиенты потока), сетку желательно дробить плавно.

Вопрос #15:
Где можно раздобыть примеры решения задач на Modflow для самостоятельного обучения моделированию?

Ответ:
В составе программного комплекса Processing Modflow (где скачать — см. выше) есть примеры и пошаговое руководство по созданию модели. Что насчет моих собственных примеров, то тут все довольно сложно. Специального набора примеров у меня нет, а «рабочие» модели либо слишком сложны, либо являются коммерческой тайной моих заказчиков, а часто и то и другое.

Вопрос #16:
Какие материалы необходимы для создания модели по оценке воздействия здания на подземные воды и определения величины водопритоков в котлован?

Ответ:

  1. Проектные решения связанные с воздействием на подземные воды
  2. Топоснова
  3. Разрезы
  4. Данные опытно-фильтрационных работ
  5. Данные изысканий на сопредельных территориях (фондовые, как правило)
  6. Отчет по инженерно-геологическим изысканиям
  7. Колонки скважин

Наличие первых трех пунктов — критично. Остальные пункты указаны в порядке уменьшения важности.

Решения для судостроения на платформе Autodesk (ShipConstructor, ShipModel)

Немногие знают, что трехмерное проектирование в сфере судостроения не является делом принципиально новым. Еще во времена Петра Великого основным документом в проекте корабля являлась адмиралтейская модель (рис. 1). Концепция теоретического чертежа, то есть моделирование сложной формы в виде плоских сечений, практически отодвинула возвращение к трехмерному проектированию до наступления компьютерной эры. Таким образом, переход на современные технологии информационной модели изделия, в основе которой лежит CAD-модель, это не что иное, как возвращение к истокам.

Может показаться, что отечественных судостроителей не надо агитировать за программные продукты Autodesk. На AutoCAD многие перешли с кульмана в те стародавние времена, когда еще «ничего не было», то есть когда в отечественной практике никаких специализированных судостроительных САПР вообще не применялось. AutoCAD (версий с 10 по 13) в качестве «электронного кульмана» хорошо вписался в концепцию плоского проектирования в тот момент, когда компьютерное трехмерное моделирование представлялось делом будущего (пусть ближайшего), но не повседневной нормой для проведения проектно-конструкторских работ.

Если использование систем автоматизированного проектирования убило рынок кульманов, то повсеместное использование AutoCAD в судостроении сделало историей натурный плаз. Применение прикладных программных приложений на языке Autolisp позволило использовать стандартные методы начертательной геометрии в плазовых работах, выполняемых с помощью компьютерных технологий.

В дальнейшем возникли два принципиально разных подхода к использованию программного обеспечения в области проектирования.

Первый подход — использование судостроителями тяжелых специализированных систем и попытки закрыть такой системой весь объем проектно-конструкторских работ. Считалось, что если система не работает как должно, то есть не обеспечивает требуемой эффективности, то это происходит по той причине, что многие вещи делаются не в ней, а в старом добром AutoCAD или с помощью других программных средств. На самом деле, опыт ведущих зарубежных предприятий опровергает этот тезис. Ни одно крупное предприятие не работает в одной системе, и надо ли вообще к этому стремиться — вопрос спорный. Так, флагман отечественного судостроения — предприятие с трехсотлетней историей, имея практически неограниченное количество лицензий одной из наиболее распространенных в мире судостроительных САПР, не отказался от использования универсальных и машиностроительных систем легкого и среднего уровня. Среди последних большая доля приходится на продукты Autodesk. Однако платформе AutoCAD отводится роль подмастерья — доводить оформление чертежей.

Второй подход заключается в попытке расширения функционала AutoCAD путем написания прикладных приложений на его платформе. Некоторые подобные разработки не просто выросли в самостоятельные средства САПР, но и были доведены до коммерческого использования, то есть стали продаваемыми программными продуктами. Среди них автоматизированная система «Ритм – Судно» (ЦТСС (ЦНИИ ТС)) и другие ей подобные.

Отдельной строкой следует отметить программный комплекс ShipModel (СSoft — Бюро ESG, автор — Ю. Платонов), который предназначен для решения проектно-конструкторских задач и задач технологической подготовки (в том числе и плазовой) судостроительного производства и функционирует в среде AutoCAD или Autodesk Mechanical Desktop.

Анализируя успешный зарубежный опыт, можно выделить также систему ShipConstructor, адаптированную к задачам судостроительного производства.

Базируясь на графической платформе Autodesk, система успешно конкурирует с ведущими специализированными судостроительными системами и является стандартом в области судостроительного проектирования в Канаде и США, успешно внедряется в развивающихся судостроительных регионах (Бразилия, Китай), активно используется в странах Юго-Восточной Азии (Корея, Япония), где традиционно сильны позиции системы TRIBON.

О месте AutoCAD в судостроительном проектировании

Общение с отечественными судостроителями и опыт корпоративного обучения по продуктам Autodesk позволяют сделать вывод, что отношение многих судостроителей к САПР Autodesk можно сформулировать следующим образом: Autodesk — это AutoCAD, а AutoCAD — не более чем плоская чертилка с неудовлетворительной 3D-частью. Стереотипы живучи, но подобное представление об AutoCAD соответствует положению вещей пяти-шести летней давности, и в силу данного обстоятельства это представление неверное.

Если рассматривать базовый AutoCAD версий 2000-2006, то 3D-часть этих версий действительно можно считать неадаптированной к задачам судостроения. Из поверхностей — только сети (Mesh), никаких объектов двоякой кривизны в твердом теле (Solid). При этом плоская составляющая AutoCAD с точки зрения набора команд построения и редактирования и общего количества объектов «графических примитивов» принципиально не изменилась.

Представим некоторые новые возможности версий AutoCAD 2010, 2011 в сравнении с линейками 2000, 2004, 2007, которые могут представлять интерес для судостроения.

В части 2D-графики:

  • преобразование сплайнов в полилинии;
  • плоская параметризация (возможность наложения геометрических и размерных зависимостей).

В части 3D-графики:


  • сглаживание сетей (преобразование поверхности типа Mesh в гладкую поверхность);
  • создание твердого тела (Solid) сложной формы с применением операции протяжки по сечениям;
  • создание твердого тела сложной формы с применением операции сдвига;
  • преобразование поверхности в гладкое тело; создание тонкостенной твердотельной оболочки на базе поверхности.

При использовании AutoCAD 2007, 2008 исключительно для плоского моделирования, разумеется, не возникает проблемы совместимости форматов. Никто не запрещает КБ-проектанту передавать заводу-строителю плоские чертежи с сохранением «вниз» (DWG 2004). Но если аналогичную операцию проделать в версии 2010, то уже возможна потеря данных по геометрии объектов. В те же самые, например, полилинии (Poliline) и сплайны (Spline) AutoCAD 2010, 2011 заложена другая математика. Таким образом, затраты на переход на новые версии не просто оправданы, а рано или поздно окажутся неизбежными (либо придется отказываться от AutoCAD и переходить на что-либо другое).

При использовании AutoCAD в качестве дополнения к тяжелой системе САПР (особенно если речь идет о системе специализированной) самым важным является вопрос не техники, а идеологии. В наиболее распространенных в России судостроительных системах заложена концепция информационной модели изделия (объекта производства). В основе такой модели лежит 3D CAD-модель, и эта модель является основой (первоисточником) проектных данных. Плоский чертеж, полученный на основе такой модели и переданный через формат DWG (DXF) в AutoCAD (рис. 2), будет приведен в соответствие с требованиями ЕСКД и ГОСТ и пойдет гулять по предприятию (чаще всего в бумажном виде), собирая замечания и согласующие подписи. Именно такой объект (оторванный от информационной модели изделия) в соответствии с отечественными традициями проектирования и конструирования является официальным документом (а не информационная модель). Многие проблемы эффективности использования судостроительных САПР заключаются именно в том, что идеология этих систем полностью не принята! Что же делать в таком случае? Отказываться от AutoCAD для оформления чертежей и делать это напрямую в основной системе? Нецелесообразно, так как стоимость эксплуатации рабочего места легкой САПР (AutoCAD) несоизмеримо меньше. Путь здесь возможен только один: информационная модель объекта проектирования в базовой системе САПР, прежде чем с нее будет получена рабочая документация по проекту, должна стать наиболее полной. В этом могут помочь имеющиеся на предприятии лицензии AutoCAD, при условии что в последнем разрабатываются отдельные компоненты трехмерной модели. Последние версии TRIBON и FORAN позволяют (в формате SAT и др.) принимать твердотельные 3D-объекты без потерь геометрической информации.

Еще раз подчеркнем: AutoCAD — это уже давно не та «плоская чертилка», к которой все привыкли. Как и другие продукты Autodesk, он полностью отвечает требованиям концепции «Цифрового прототипа», то есть информационной модели объекта проектирования.

О применимости неспециализированных САПР в судостроении

Многие судостроители, не имея в своем распоряжении тяжелых специализированных систем, активно используют иные САПР, которые принято относить к общемашиностроительным системам. Значительную долю таких систем представляют продукты Autodesk. Не стоит бояться применять в судостроении несудостроительную систему, ибо система в первую очередь должна учитывать вовсе не специфику судостроительного производства, а прежде всего особенности самого объекта судостроения как такового. Что отличает такой объект? Сложная геометрия обводов корпуса (рис. 3), насыщенность проекта (наличие сложных общекорабельных систем), либо и то, и другое.

САПР, которые причисляют к машиностроительным, «не знают», что такое корабль. Но при этом и не знают, что такое насос, компрессор, редуктор и т.п. (то есть любой объект машиностроения) — система оперирует своими понятиями: «графический примитив», «команда», «операция» и т.д. Любые средства САПР, учитывающие особенности объекта судостроения, пригодны и применимы.

Разумеется, мы здесь никого не призываем проектировать, предположим, обводы корпуса в базовом AutoCAD — для этого есть свои средства. Однако, как уже отмечалось выше, какая-либо «надстройка», расширяющая функционал команд AutoCAD, например ShipModel, позволяет это делать. То есть математика, заложенная в систему, и объекты, присутствующие в системе, позволяют решать специфические задачи судостроения. В базовой платформе не хватает только определенного набора команд.

В настоящее время в отечественном судостроении наблюдается повышенное внимание к тяжелым системам несудостроительного профиля, таким как CATIA, NX и др. Причины этой тенденции видятся в желании проектировщиков, во-первых, чтобы корпусные конструкции сложной формы были осязаемыми (то есть в виде твердого тела, с учетом толщины обшивки и физических свойств материала) и, во вторых, чтобы все компоненты модели (включая элементы оборудования и систем) были представлены в виде структурированной сборки.

Если обводы корпуса были смоделированы в старой специализированной системе, то сложная геометрия описывается, прежде всего, математикой системы, то что мы видим на экране — это визуализация.

На выходе мы можем получить набор сечений и работать с ними (в плоскости). Если речь идет, например, о развертке листа обшивки, то такая развертка получается «в теории». Модель не учитывает толщину материала и его физику. В тяжелой системе, которую принято относить к машиностроительной, развертка такой детали – это развертка твердого тела, то есть она произведена с большей точностью.

Что же касается сборок, то считается, что чем тяжелее и дороже система, тем большее количество компонентов сборки она способна поддерживать. Это представление безнадежно устарело. В настоящее время предельно возможные объемы сборок определяются не используемой САПР, а мощностью задействованных аппаратных средств, мощность же современной компьютерной техники наращивается практически без каких-либо ограничений.

Объективно понятно, что затраты на приобретение тяжелой системы складываются не только из стоимости лицензий и аппаратных средств, но и (что немаловажно) из расходов на обучение персонала, на котором экономить нельзя. Общие затраты на внедрение тяжелой САПР могут быть сопоставимы со стоимостью лицензий данной САПР (и даже превышать ее), и это является нормальной практикой.

Прежде чем считать затраты на приобретение и внедрение неспециализированной системы высокого уровня, следует обратить внимание на уже хорошо зарекомендовавший себя Autodesk Inventor.

Autodesk Inventor — система трехмерного твердотельного проектирования и наиболее мощное решение Autodesk для инженеров-машиностроителей, ставшее за последние годы самой продаваемой трехмерной машиностроительной системой в мире. Пакет поставляется в составе комплексов AutoCAD Inventor Suite 2011 (в прошлом Autodesk Inventor Series), AutoCAD Inventor Simulation Suite 2011, AutoCAD Inventor Routed Systems Suite 2011 и AutoCAD Inventor Professional 2011.

Autodesk Inventor 2011 — это семейство продуктов для машиностроительного и промышленного 3D-проектирования, включающее в себя средства моделирования, создания инструментальной оснастки и обмена проектными данными (рис. 4). Являясь основой технологии цифровых прототипов, Autodesk Inventor позволяет создавать изделия более высокого качества за меньшее время.

Применение цифровых прототипов для конструирования, визуализации и тестирования продукции помогает более эффективно обмениваться проектной информацией, сокращать количество ошибок, быстрее выводить инновационные изделия на рынок.

Перечислим некоторые возможности Autodesk Inventor, представляющие интерес для судостроения:

  • Средствами Autodesk Inventor создаются геометрические элементы любой сложной формы путем комбинирования простейших тел и поверхностей. Пользователь полностью управляет характеристиками форм, такими как гладкость сопряжения и непрерывность.
  • Инструмент Скульптор. Данный инструмент позволяет модифицировать твердотельные модели с помощью поверхностей — как созданных в Inventor, так и импортированных из других систем. Существует также возможность создавать новые 3D-тела из набора поверхностей, образующих замкнутый объем.
  • Анализ качества поверхностей. Благодаря встроенным средствам анализа можно создавать модели с поверхностями высокого качества.
  • Проектирование сложных деталей из листового материала.
  • Создание разверток детали, точно соответствующих технологическим возможностям оборудования.
  • Разверткой детали можно управлять с помощью стилей, которые определяют такие параметры, как толщина материала, правила гибки и др. При получении разверток в Inventor могут использоваться линейное развертывание, заданные пользователем правила, а также пользовательские таблицы гибки.
  • Моделирование переходных форм. Данные средства моделирования дают возможность проектировать детали для воздуховодов, загрузочных устройств, вытяжных колпаков и других изделий, изготавливаемых путем кромкогибочного прессования или штамповкой.
  • Работа с большими сборками.
  • Преимущества 3D-проектирования в полной мере проявляются при работе со сложными изделиями, которые содержат большое количество компонентов. Упростить обработку таких изделий можно, преобразуя узлы в упрощенные модели деталей или в модели, составленные из поверхностей и из-за этого занимающие минимальный объем памяти. Кроме того, для управления требованиями к памяти и производительностью работы применяются уровни детализации.
  • Существует специальный индикатор, указывающий, сколько свободной памяти доступно.
  • Сварка. Моделирование сварных швов в 3D-среде реально представляет процессы разделки, сварки и пост-обработки. Существует возможность расчета сварной конструкции и объема валика сварного шва. Кроме того, можно автоматически создавать 3D-модели сварных швов и ассоциативно отображать и обозначать их на чертежах в соответствии с заданными стандартами.
  • Интеграция с AutoCAD и совместимость с форматом DWG. Inventor предоставляет пользователям AutoCAD все преимущества технологии цифровых прототипов, позволяя им наследовать имеющиеся наработки, подготовленные в AutoCAD в формате DWG.
  • Трансляторы данных. Трансляторы позволяют открывать файлы других форматов, предоставляемые поставщиками и заказчиками.
  • Поддержка прямого импорта и экспорта файлов CATIA V5, JT 6, JT 7, Parasolid и GRANITE, а также прямого импорта файлов UGS-NX, SolidWorks, Pro/E и SAT.
  • Проверка моделей. Inventor имеет специальную среду для проверки и исправления импортированной 3D-геометрии. Она оснащена специализированными инструментами для анализа и исправления моделей, импортированных из форматов STEP и IGES.
  • Наличие среды, содержащей полный набор инструментов проверки, редактирования и автоматизированного исправления изолированных объектов — тел, поверхностей, каркасов и точек. Исправленные данные принимаются в Inventor в качестве 3D-моделей деталей, поверхностей и объемных каркасов.
  • Открытый интерфейс прикладного программирования (API). Производительность работы можно значительно повысить, автоматизировав процессы проектирования и выпуска рабочей документации. Inventor содержит хорошо документированный интерфейс прикладного программирования, с помощью которого можно автоматизировать выполняемые задачи и создавать дополнительные атрибуты для моделей Inventor.
Мастер Йода рекомендует:  Расширенные сниппеты Google для сайтов вопросов и ответов

Специализированные программные средства на графической платформе Autodesk

Программный комплекс ShipModel (рис. 5) позволяет выполнять весь комплекс плазовых работ. Команды ShipModel ориентированы на выполнение следующих операций:

  • формирование теоретической и конструктивной трехмерной модели поверхности корпуса судна плазового качества;
  • расчет теоретических и практических шпангоутов, ватерлиний, батоксов и произвольных сечений;
  • формирование таблиц плазовых координат, теоретического чертежа и растяжки/развертки наружной обшивки (НО);
  • прецизионная развертка неплоских корпусных деталей без ограничений на сложность формы разворачиваемых объектов;
  • расчет данных и выпуск документации для изготовления оснастки;
  • выпуск контуровочных (разметочных) эскизов, малок установки шпангоутов, ребер жесткости, платформ, переборок и других элементов судовых конструкций);
  • выдача различной дополнительной информации (размеров, площадей, координат, длин и др.).

Важной отличительной особенностью ShipModel является поддержка всех возможных типов 3D-моделей — каркасных, поверхностных и твердотельных. Для каждого из типов существует своя техника их создания и редактирования. Кроме того, ShipModel содержит средства преобразования плоского теоретического чертежа в каркасную 3D-модель, а каркасную — в поверхностную и наоборот.

Перечисленные возможности программного комплекса позволяют эффективно формировать в нем модели корпуса и корпусных конструкций с последующей их передачей в другие системы. В настоящее время ShipModel содержит input/output-интерфейсы с системами FORAN, TRIBON, CATIA, ShipConstructor, ПК-ПЛАЗ и другими, поддерживающими форматы DXF, DWG, IGES, STEP, SAT.

Многие специалисты, работающие в сфере судостроения или судоремонта, не раз задумывались над тем, как распространить средства построений, имеющиеся в графическом редакторе AutoCAD, на процесс моделирования судна. Таким пожеланиям в полной мере отвечает система ShipConstructor.

ShipConstructor дает возможность осуществлять весь комплекс проектно-конструкторских работ судостроительного предприятия и позволяет получать всю необходимую информацию для судостроительного производства (рис. 6).

На сегодняшний день в состав системы входят следующие модули:

  • ProductHierarchy — управление стратегией постройки;
  • Manager — администрирование базы данных, включая управление правами доступа к частям модели;
  • Structure — управление структурой проекта;
  • Hull — проектирование судовой поверхности и конструкций корпуса;
  • Equipment — управление каталогом оборудования, расстановка элементов оборудования в модели;
  • Pipe — проектирование трубопроводов, управление базой данных соединительных элементов;
  • HVAC — проектирование систем вентиляции, отопления, кондиционирования (с проработкой изоляции);
  • Penetrations — анализ пересечений между объектами модели с внесением соответствующих изменений (например, отверстий);
  • Nest — раскрой листовых деталей в автоматическом или ручном режиме;
  • ProfileNest — раскрой профильного материала;
  • NC-Pyros — формирование управляющих программ вырезки, разметки и маркировки раскроенных деталей;
  • FlyThrough — визуализация модели (модуль интегрирован с продуктом Autodesk NavisWorks);
  • ProjectSplit&Merge — разделение базы данных проекта или объединение баз данных проектов;
  • Reports — генератор отчетов;
  • WeldManagement — управление сборкой и сваркой;
  • Electrical — проектирование кабельных трасс и размещение электрооборудования.

ShipConstructor обладает средствами разработки приложений (ShipConstructor API), которые позволяют пользователям адаптировать и расширять систему под свои конкретные условия.


Безусловным преимуществом системы является ее многоуровневость. При этом пользователь имеет возможность брать столько функционала, сколько ему требуется.

Схема совместного использования САПР на базе Autodesk в судостроении

Предлагаемая схема базируется на идеологии «цифровых прототипов» Autodesk и предполагает использование базовых решений компании в качестве графической платформы и единой среды проектирования/конструирования. Система взаимодействия средств САПР в процессах проведения проектно-конструкторских работ, технологической подготовки производства и информационного сопровождения этапов жизненного цикла изделия (объекта производства) графически представлена на рис. 7.

Программный комплекс ShipModel позволяет проектировать обводы корпуса судна и выполнять весь комплекс плазовых работ. Модель из ShipModel в систему ShipConstructor может быть передана без потери данных и без искажения геометрической информации, так как используется единая графическая среда — AutoCAD.

Концепция специализированной судостроительной системы ShipConstructor фактически не отличается от идеологии, заложенной в традиционно применяемых судостроительных системах, и основывается на создании единой информационной модели корабля. Система дает возможность осуществлять весь комплекс проектно-конструкторских работ судостроительного предприятия и позволяет получать всю необходимую информацию для судостроительного производства.

Компоненты информационной модели, а именно модели устройств, оборудования, дельных вещей, элементов судовых систем и насыщения, могут быть переданы в ShipConstructor из системы Autodesk Inventor.

Причем система позволяет не просто выполнять макетирование указанных объектов, но и осуществлять полный комплекс работ по проектированию объектов корабельного машиностроения и выдавать комплект документации для машиностроительного производства судостроительного предприятия.

Собственные средства визуализации Autodesk Inventor позволяют разрабатывать компоненты интерактивных электронных технических руководств высокого уровня для информационного обеспечения этапов жизненного цикла объекта производства.

Безусловным преимуществом указанной схемы являются единая среда проектирования Autodesk и базовая графическая платформа AutoCAD. Судостроитель, имеющий навыки опытного пользователя AutoCAD, уже на 50 % готов к работе в системах ShipModel и ShipConstructor. Если специалист, владеющий AutoCAD, имеет опыт работы в TRIBON или FORAN, он готов к использованию ShipConstructor на все 80 %. Специалист-машиностроитель, владеющий любой так называемой машиностроительной системой, легко обучается работе в Inventor.

Сделаем краткое резюме:

  1. При использовании на судостроительном предприятии AutoCAD и других продуктов Autodesk, таких как Inventor, 3DS Max и др., не только целесообразно, но и часто необходимо иметь в распоряжении их последние, самые новые, версии.
  2. Рекомендуем использование программного комплекса ShipModel в проектно-конструкторских работах как КБ, так и верфи.
  3. Вне зависимости от того, какая специализированная система САПР является на предприятии базовой, или если таковая вообще отсутствует, считаем целесообразным обратить повышенное внимание на систему САПР ShipConstructor. Использование данной системы (пусть даже в качестве вспомогательной) существенно повышает конкурентоспособность предприятия. Внедрение средств САПР или оптимизация системы взаимодействия имеющихся САПР должны начинаться с принципиально важного шага, а именно — с комплексного повышения квалификации персонала.

Эдуард Плоткин, заместитель генерального директора, ОАО «Невское ПКБ», Алексей Рябоконь, ведущий инженер по САПР в машиностроении и судостроении, Юрий Платонов, главный конструктор по САПР, ООО «СиСофт — Бюро ЕСГ»

Руководство по моделированию вращающихся электрических устройств в 3D

В предыдущей записи мы показали модели вращающихся электрических устройств, такие как двигатели и генераторы с использованием интерфейса Вращающиеся Механизмы, Магнетизм (Rotating Machinery, Magnetic) среды COMSOL Multiphysics. Сегодня мы сравним результаты 3D-модели генератора и аналогичной 2D-модели. Также обратим внимание на понятия секторной симметрии и периодических граничных условий и примеры, иллюстрирующие их использование.

Пример модели: Генератор переменного тока на постоянных магнитах

Для наших целей мы сосредоточимся на секторе генератора на постоянном магните из учебной модели, доступной в Галерее Приложений. Этот 2D-пример может быть преобразован в 3D при задании пакета статора генератора длиной 0.4 м. Поскольку геометрия симметрична относительно оси ротора, мы можем получить результаты для всей 3D-детали, просто посчитав его часть. Это значит, что лишь 1/16 от целой детали должно быть посчитано.

Слева: 3D-схема генератора, где в разрезе показаны ротор, статор и их обмотки. Справа: 3D-геометрия части детали с двух различных углов обзора.

Слева: 2D-поперечное сечение геометрии генератора переменного тока. Справа: Геометрия сектора генератора переменного тока.

Важные этапы для 3D-моделирования вращающихся электрических устройств

Используя рассмотренный выше 3D-сектор, мы можем сфокусироваться на ключевых шагах для моделирования вращающихся электрических устройств. Для рассматриваемого примера генератора переменного тока, выбираем 3D-моделирование, потом выбираем интерфейс Rotating Machinery, Magnetic (Вращающиеся Механизмы, Магнетизм), затем тип исследований Стационарное (Stationary). Далее определяем требуемые Параметры, в том числе длину, количество секторов, диаметр обмотки и число об/мин.

Параметры, включенные в модель генератора переменного тока.

Геометрия

Вращающиеся электрические устройства состоят из двух частей: статора и ротора. Таким образом, при моделировании такой машины, его геометрия должна быть разделена на две части. Обычно разделение происходит по воздушной прослойке между этими частями. Два отдельных объединения (Unions) формируются для двух различных областей (ротора и статора). Формирование сборки (Form Assembly) применяется для завершения геометрии, автоматически создавая тождественные пары (identity pairs) в разделеОпределения (Definitions). В 3D-модели воздушная прослойка добавляется вокруг обмотки статора для отображения краевых полей. (в 2D-модели это не учитывается).

Соединение областей ротора и статора в геометрии.

Задание настроек тождественных пар для областей статора и ротора для случая, когда геометрия финализирована с помощью узла Формирование сборки. Различные варианты выбора для областей и границ показы в узле Определения (Definitions)

Определения

Внутри узла Определения (Definitions) определяют выборки для геометрические объектов, например границ и областей. Здесь у нас задано:

  • Катушки статора
  • Постоянный магнит
  • Вращающиеся области
  • Стационарные области
  • Периодические граничные условия: Ротор
  • Периодические граничные условия: Статор

Эти параметры используются во всех компонентах модели для задания физики, генерации сетки и постобработки. В этом же пункте можно определить системы координат, используемые в настройке физики.

Интерфейс Вращающиеся механизмы, Магнетизм (Rotating Machinery, Magnetic)

Интерфейс Вращающиеся Механизмы, Магнетизм использует два метода (смешанная формулировка) для решения уравнений Максвелла: магнитный векторный потенциал (МВП) и магнитный скалярный потенциал (МСП). Схожие формулировки используются в интерфейсах Магнитные поля (Magnetic Fields) и Магнитные поля, без токов (Magnetic Fields, No Currents) соответственно.


Формулировка МСП вводит меньше степеней свободы и обеспечивает более точное определение плотности магнитного потока при использовании в паре с функциями типа Непрерывность (Continuity) или Секторная симметрия (Sector Symmetry). Однако, важно проводить решение при определении областей воздушной прослойки по обе стороны тождественной пары через формулировку скалярного магнитного потенциала. Это можно сделать, используя функцию Сохранение магнитного потока (Magnetic Flux Conservation) в интерфейсе Rotating Machinery, Magnetic.

Области МСП и МВП наряду с границами тождественных пар.

На приведенном выше изображении слева, катушка статора, сердечник статора и воздушная прослойка в области статора моделируются с использованием формулировки МВП. Сердечник ротора, постоянный магнит и воздушная прослойка в области ротора, также как и воздушная прослойка статора, моделируется с использованием формулировки МСП. Используя эти настройки, можно смоделировать область с МВП с помощью узла Закон Ампера (Ampère’s Law). Поскольку формулировка магнитного векторного потенциала применима для электропроводных областей, то возможно моделировать индуцированные вихревые токи в области сердечника статора и вычислить токовихревые потери. Однако, тоже самое нельзя сказать о сердечнике ротора, поскольку формулировка МСП подразумевает отсутствие токов в этих областях. Если вы хотите вычислить потери от вихревых токов не только на сердечнике статора, но и на сердечнике ротора (или если у вас есть какие-либо другие проводящие области на роторе), то следует моделировать их в Формулировке МВП, как показано на рисунке справа.

Для обеих конфигураций, области МСП просто связаны между собой. Другими словами, они не включают области, содержащие замкнутые контуры, опоясывающие токоведущие проводники. Ниже на иллюстрации показан пример некорректной топологии, при которой всё воздушное пространство задано с использованием формулировки МСП. Замкнутая кривая в области МСП опоясывает область с МВП, которая в свою очередь является токопроводящей (катушка статора). Следует избегать таких топологических проблем.

Давайте начнём с МСП. Для начала, выберите функцию Сохранение магнитного потока (Magnetic Flux Conservation) и выберите для неё область воздушной прослойки около статора и ротора вокруг тождественной пары. Используется материальная модель линейного материала с Относительной проницаемостью (Relative permeability) Воздуха из узла Материалы.

Моделирование воздушного пространства с формулировкой МСП.

Затем, добавьте еще один узел Сохранение магнитного потока (Magnetic Flux Conversation) и примените её к сердечнику ротора. Для него вы можете использовать модель линейного материала с конечной (постоянной) проницаемостью или изменить на нелинейную модель используя опцию B-H-кривая (B-H Curve). B-H-кривая обычно определяется в узлеМатериалы, например, в материале под названиемМягкое железо (без потерь). Кроме того, нелинейная кривая намагниченности может быть определена вне пакета COMSOL с помощью опции Внешний материал (External Material), которую можно найти в узле Материалы в разделе Глобальные определения (Global Definitions).

Моделирование линейных и нелинейных магнитных материалов в роторе.

Моделирования области постоянного магнита можно провести с помощью опции Сохранение магнитного потока. Используется при этом материальная модель под названием Остаточная магнитная индукция (Remanent flux density) или Намагниченность (Magnetization). Цилиндрическая система координат используется для задания намагниченности в радиальном направлении.

Моделирование постоянного магнита для области ротора.

Чтобы смоделировать катушку статора, используйте опцию Многовитковая катушка (Multi-Turn Coil). Катушка настроена так, чтобы измерять напряжение холостого хода (ток равен нулю) в обмотке. Общая длина катушки достигается путем указания соответствующего множителя (в нашем случае, 16) для множителя длины Катушки (Coil length multiplication factor), который можно найти в подузле Анализ Геометрии (Geometry Analysis) внутри Многовитковой катушки. Следующий шаг включает определение граничных условий Input (Вход) и Output (Выход) на двух концах обмотки статора.

Моделирование катушки статора с помощью опции Многовитковая катушка (Multi-Turn Coil). Также показаны параметры для подузла Анализ геометрии (Geometry Analysis) и граничных условий Вход и Выход.

Чтобы смоделировать область сердечника статора, давайте добавим новый узел Закон Ампера (Ampère’s Law) к модели. Для него вы также можете использовать модель линейного материала с конечной (постоянной) проницаемостью (Relative permeability) или изменить на нелинейную модель используя опцию H-B-кривая (H-B Curve). Аналогично случаю сердечника ротора, Н-В-кривая обычно определяется в узле Материалы. Однако, если у вас используются различные материалы в статоре и роторе, тогда вам необходимо добавить два отдельных нелинейных материала в узел Материалы.

Использование узла Закон Ампера (Ampère’s Law) для сердечника статора. Выделены как линейные, так и нелинейные свойства материала.

Для большей числовой стабильности, вы можете применить опцию Калибровка векторного потенциала А-поля (Gauge Fixing for A-Field) к каждой области, в которой используется формулировка вектрного потенциала. Предположим, что ваша область с МВП расположена полностью внутри области МСП. Или, возможно, область для калибровки и её границы являются внутренней частью геометрии и не касаются граничного условия Магнитная изоляция (Magnetic Insulation). В любой из этих ситуаций, Калибровка должна быть зафиксирована по крайней мере в одной точке. Чтобы достигнуть этого, активируйте чек-бокс Обеспечение фиксации на значение (Ensure constraint on value) в разделе Расширенные настройки (Advanced Settings) этого узла. Данные настройки доступны дял редактирования только в том случае, если в опция Продвинутая физика (Advanced Physics) активирована в кнопке Отображение (Show), расположенной над Деревом модели. Эта обучающая учебная модель содержит дополнительную информацию по этому поводу.

Кроме того, для числовой сходимости вам также следует использовать отличную от нуля электрическую проводимость. Это может быть небольшая величина, например, 10 См/м, заданная в узле Материалы (для Воздуха и Мягкого железа), для областей, в которых МВП используется для решения.

После добавления нескольких опций к различным областям, узел по умолчанию Закон Ампера применим теперь только для воздушной прослойки около статора, которая разрешается с помощью МВП. Стандартное граничное условие Mixed Formulation (Смешанная Формулировка) автоматически накладывает подходящие условия на месте взаимодействия между областями с МСП и МВП.

Слева: Выбранные объекты для узла по умолчанию типа Закон Ампера. Справа: Выбор границ для граничнго условия по умолчанию типа Mixed Formulation (Смешанная Формулировка).

Теперь давайте применим периодические условия на границах, образованных в результате сведения геометрии к сектору. Если все секторы абсолютно одинаковы, выбирайте условие Непрерывность (Continuity). Если у секторов одна и та же геометрия, но их источники возбуждения (т.е. постоянные магниты и токи) изменяют знаки в соседних секторах, выберите условие типа (Антипериодичность) Antiperiodicity . Последний вариант как раз соответсвует нашему примеру генератора переменного тока, где соседние секторы имеют противоположную по знаку намагниченность. Рекомендуется использование двух отдельных периодических граничных условий, одного для статора, а другого для ротора, чтобы быть уверенными в правильной детекции периодических границ.

Отдельные периодические условия используются для областей ротора и статора. Создайте парное условие

Секторная Симметрия (Sector Symmetry) и примените его к паре геометрических элементов, соединяющих ротор и статор. В окне настроек укажите число секторов и тип периодичности (в соответствии с типом в периодических условиях). Секторная Симметрия (Sector Symmetry) работает аналогично опции Непрерывная пара (Continuity pair) в областях, где ротор и статор пересекаются, при этом накладывая циклическое условие симметрии на непересекающейся части.

Настройки секторной симметрии для условия Antiperiodicity (Антипериодичность).

Для того, чтобы решатель сошелся, вам необходимо уникальное решение для МСП. Вы можете добиться этого, добавив узел Нулевой Магнитный Скалярный Потенциал (Zero Magnetic Scalar Potential) к одной точке в области МСП. При наличии двух отдельных областей с МСП (т.е., одна в статоре, а другая в роторе), ограничение в точке должно быть применено к каждой области.

Настройки точечного ограничения.

В завершении, добавьте вращательное движение ротора, используя опцию Предустановленное вращение (Prescribed Rotation) или Предустановленная скорость вращения (Prescribed Rotational Velocity). Первая используется для того, чтобы определить угол вращения, который может быть функцией времени. Последняя используется для ввода постоянной угловой скорости, с углом растущим линейно от времени.

Предустановленное вращение области ротора вокруг z оси.

Создание сетки

Каждый раз, когда у вас есть периодическое условие в вашей модели, сетка должна быть идентичной на исходной и конечной границах этого условия. Изначально, Треугольная (Free Triangular) или Упорядоченная типа Mapped сетки должны быть созданы на исходных границах. Затем, используя функцию Копировать грань (Copy Face), вы можете скопировать ту же самую сетку на конечную границу.

Кроме того, для корректного преобразования полевых величин с исходной на конечную границы тождественной пары, на конечной (destination) границе (соответствующей вращающейся части) должна быть более подробная сетка, чем на исходной (source) границе (соответствующей стационарной части). Для того, чтобы контролировать данное условие, полезно разбивать данные поверхности на конечные элементы отдельно.

Вы можете значительно сократить количество элементов сетки в тех случаях, когда это возможно, с помощью структурированной сетки типа Swept или Mapped. Изначально граничная треугольная сетка используется на одном из концов многовитковой катушки, а затем сеткой типа Swept («протяжкой») проводится дискретизация всей области катушки. Аналогичным образом, такой же тип сетки используется для области воздушной прослойки между статором и ротором.

Слева: Параметры опции Копировать грань (Copy Face) для исходной и конечной границ при задании периодических условиях. Справа: Итоговая сетка, которая используется в 3D-модели сектора генератора.

Настройка параметров решателя

Интерфейс Вращающиеся устройства, Магнетизм (Rotating Machinery, Magnetic) поддерживает два типа исследований: Стационарное и Исследование во временной области. Для моделирования во временной области, очень важно задать корректные начальные условия, который соответствуют физической ситуации. Например, если у вас в модели есть постоянный магнит, вы должны сначала провести стационарный расчёт в качестве первого шага исследования, и использовать это решение как начальное условие для исследования во временной области.

Для 3D-сектора генератора переменного тока мы разделили наше исследование на три различных этапа:

  1. Анализ Геометрии Катушки (Coil Geometry Analysis): Вычисляет направление тока в катушке для типа катушки Numerical (Численная), используемого в функции Многовитковая катушка.
  2. Стационарное исследование (Stationary): Вычисляет статистические магнитные поля, сгенерированные постоянными магнитами ротора.
  3. Исследование во временной области (Time Dependent): Проводит нестационарный расчет генератора, используя решение, полученное на предыдущем шаге в качестве начальных условий.


Улучшение производительности моделирования

Вы можете улучшить производительность вычислений, задавая различные порядки дискретизации для конечно-элементной сетки модели. По умолчанию порядок дискретизации является квадратичным как для МВП, так и для МСП. Задание линейного порядка дискретизации, однако, значительно сокращает вычислительное время.

Мастер Йода рекомендует:  Секреты правильной раскрутки сайтов

Чтобы изменить порядок дискретизации, сначала вам необходимо активировать опцию Дискретизация (Discretization), нажав кнопку Отображение (Show). Порядок дискретизации может быть затем изменен на линейный через интерфейс Rotating Machinery, Magnetic для одной или двух зависимых переменных. МВП и МСП.

Результаты

После решения, вы можете просматривать геометрию, используя наборы данных 2D-сектор (Sector 2D) и 3D-сектор (Sector 3D). Чтобы добавить наборы данных, щёлкните правой кнопкой мыши на подузле Наборы Данных (Data Sets) узла Результаты (Results). Задайте число секторов, если модель является антипериодичной. Затем, выберите опцию (чек-бокс) Инвертировать фазу при вращении (Invert phase when rotating) в разделе Дополнительно (Advanced). Любые графики с использованием этого набора данных будут отображать полную развернутую геометрию. Если же у вас модель с зеркальной симметрией, как например в рассматриваемом нами случае, чтобы получить решение для другой половины устройства можно использовать 3D-зеркало (Mirror 3D). Обратите внимание на то, что набор данных типа 3D-зеркало может быть добавлен как до, так и после набора данных 3D-сектор.

Возможно напрямую вычислить наверденное напряжение в катушке статора, используя переменную rmm.VCoil_1 , которую можно найти в подузле график глобальных переменных (Global plot) узлаГруппа 1D-графиков (1D Plot Group). Чтобы получить полное индуцированное напряжение в катушке статора для модели 2D-сектора, нужно умножить переменную на число секторов (в данном случае на 8). В модели 3D-сектора это учитывается через параметр Фактор длины катушки (Coil length multiplication factor).

Слева: Плотность магнитного потока (Т) и линии поля в модели сектора при вращении. Справа: Полная геометрия, восстановленная при помощи набора данных 2D-сектор. Красные линии отображают границы между различными копиями геометрии начального сектора.

Слева: Плотность магнитного потока (объемный график и стрелки) в постоянном магните и сердечнике, а также плотность тока (в оттенках серого) в катушке статора в момент времени t= 0.01 с. Справа: Полная геометрия восстановленная при помощи набора данных 3D-зеркало и 3D-сектор.

Слева: Индуцированное напряжение катушки статора в модели 2D-сектора, при использовании нелинейного магнитного материала и квадратичных сеточныхэлементов. Справа: Индуцированное напряжение катушки статора в модели 3D-сектора, при использовании нелинейного магнитного материала и линейных сеточных элементов.

Рекомендуемые материалы

  • Скачайте учебные модели, представленные здесь, и поработайте с ними:
    • Сектор генератора в 2D и 3D
    • Генератор в 2D
  • Обязательно ознакомьтесь с другими записями из серии статей про Электромагнитные устройства
  • Заинтересованы в моделировании вращающихся электрических устройств в COMSOL Multiphysics? Свяжитесь с нами

Рубрики блога

Я соглашаюсь с тем, что COMSOL будет собирать, хранить и обрабатывать мои персональные данные согласно моим настройкам и Политике конфиденциальности COMSOL . Я соглашаюсь получать электронные письма от COMSOL AB и его аффилированных компаний о блоге COMSOL. Это согласие может быть отозвано.

Посты из указанных рубрик

Расчет матрицы ёмкостей в COMSOL Multiphysics®

Aнализ нелинейных искажений в громкоговорителе

Как моделировать устройства, основанные на электродинамической магнитной левитации

20 бесплатных программ для 3D-моделирования

Программы для 3D-моделирования могут помочь превратить некоторые идеи в красивые модели и прототипы, которые впоследствии можно будет использовать в самых разных целях. Эти инструменты позволяют создавать модели с нуля, независимо от уровня подготовки. Некоторые 3D редакторы достаточно просты, так что их в короткие сроки освоит даже новичок. Сегодня 3D-модели используются в самых различных сферах: это кино, компьютерные игры, дизайн интерьера, архитектура и многое другое.

Выбор оптимального программного обеспечения для моделирования часто бывает трудным, так как непросто найти программу, в которой был бы весь необходимый функционал. FreelanceToday предлагает вашему вниманию 20 бесплатных программ для 3D-моделирования.

Программа Wings 3D является продвинутым инструментом для трехмерного моделирования. Пользователям предоставляется множество инструментов, с помощью которых можно создавать очень реалистичные модели. Wings 3D имеет настраиваемый интерфейс, встроенный инструмент отображения AutoUV и может экспортировать готовые файлы в большинство популярных 3D-форматов. Несмотря на все свои достоинства, такие, как поддержка виртуального отображения для симметричного моделирования, Wings 3D не поддерживает анимацию.

Доступно для: Windows, | OS X | Linux

Daz Studio – это мощное и при этом совершенно бесплатное программное обеспечение для трехмерного моделирования. Нельзя сказать, что это легкий для освоения инструмент – новичкам придется долго изучать возможности программы. Создатели программы позаботились о пользовательском опыте, но удобство Daz Studio удастся оценить далеко не сразу. Одной из фишек программы является создание 3D-изображений с GPU ускорением во время рендеринга, что дает возможность создавать очень реалистичные модели. Также в Daz Studio имеется поддержка создания сцен и функционал для анимации моделей.

Доступно для: Windows, | OS X

Бесплатное программное обеспечение для 3D-моделирования Open SCAD создано для серьезного проектирования (промдизайн, интерьеры, архитектура). Художественные аспекты создателей программы интересовали в гораздо меньшей степени. В отличие от других программ подобного плана, Open SCAD не является интерактивным инструментом – это 3D-компилятор, который отображает детали проекта в трехмерном виде.

Доступно для: Windows, | OS X | Linux

Программа AutoDesk 123D – это большой набор различных инструментов для CAD и 3D-моделирования. С помощью программы можно проектировать, создавать и визуализировать практически любые 3D-модели. AutoDesk также поддерживает технологию 3D-печати. Основной сайт AutoDesk 123D имеет несколько сателлитов, где можно найти множество интересных бесплатных 3D-моделей, с которыми можно поэкспериментировать или просто использовать их в личных целях.


Доступно для: Windows, | OS X | IOS |

Meshmixer 3.0 позволяет проектировать и визуализировать 3D-конструкции путем объединения двух или нескольких моделей всего за несколько простых шагов. В программе для этого имеется удобная функция «cut and paste», то есть можно вырезать из модели нужные части и вставлять их в другую модель. Программа даже поддерживает лепку – пользователь может создавать виртуальную скульптуру, формируя и уточняя поверхность точно так же, как если бы он лепил модель из глины. И все это в режиме реального времени! Программа поддерживает 3D-печать, готовые модели полностью оптимизированы для отправки в принтер.

Доступно для: Windows, | OS X

3DReshaper является доступным и простым в использовании программным обеспечением для 3D-моделирования. Программу можно использовать в различных областях, таких как искусство, горнодобывающая промышленность, гражданское строительство или судостроение. 3DReshaper поставляется с поддержкой различных сценариев и текстур и имеет множество полезных инструментов и функций, облегчающих процесс трехмерного моделирования.

Доступно для: Windows

Бесплатная программа 3D Crafter предназначена для 3D-моделирования в режиме реального времени и создания анимаций. Основная фишка данного редактора – интуитивно понятный подход «drag-and-drop». Сложные модели могут быть построены с помощью простых форм, программа поддерживает скульптурное моделирование и 3D-печать. Это один из самых удобных инструментов для создания анимации.

Доступно для: Windows

PTC Creo – это комплексная система, созданная специально для инженеров, работающих в сфере машиностроения, а также для конструкторов и технологов. Программа также будет полезна для дизайнеров, которые создают продукты, используя методы автоматизированного проектирования. Прямое моделирование позволяет создавать конструкции по существующим чертежам или использовать программу для визуализации новых идей. Изменения в геометрию объекта можно внести очень быстро, что существенно ускоряет процесс работы. Программа, в отличие от предыдущих, платная, однако есть 30-дневный триал и бесплатная версия для преподавателей и студентов.

Доступно для: Windows

Бесплатное программное обеспечение LeoCAD – это система автоматизированного проектирования виртуальных моделей LEGO. Есть версии для Windows, Mac OS и Linux. Программа может стать хорошей альтернативой Lego Digital Designer (LDD), так как имеет простой интерфейс, поддерживает ключевые кадры и работает в режиме анимации. Именно поддержка анимации выделяет LeoCAD на фоне других программ подобного плана.

Доступно для: Windows, | OS X | Linux

Программа VUE Pioneer поможет создать трехмерную модель для визуализации ландшафта. Софт может быть полезен для продвинутых пользователей, которые ищут удобные инструменты для рендеринга. Pioneer позволяет создавать удивительные 3D-ландшафты благодаря наличию большого количества пресетов и обеспечивает прямой доступ к Cornucopia 3D-контенту. С помощью программы можно создать множество эффектов освещения.

Доступно для: Windows, | OS X

Netfabb – это не только программа для просмотра интерактивных трехмерных сцен, с его помощью можно анализировать, редактировать и изменять 3D-модели. Программа поддерживает 3D-печать и является самым легким и простым инструментом с точки зрения установки и использования.

Доступно для: Windows, | OS X | Linux

Бесплатная программа NaroCad – это полноценная и расширяемая система автоматического проектирования, основанная на технологии OpenCascade, и работающая на платформах Windows и Linux. В программе имеется весь необходимый функционал, имеется поддержка основных и усовершенствованных операций трехмерного моделирования. Функции программы могут быть расширены с помощью плагинов и программного интерфейса.

Доступно для: Windows, | Linux

LEGO Digital Designer позволяет строить трехмерные модели с использованием виртуальных кирпичиков (блоков) конструктора LEGO. Результат можно экспортировать в различные форматы и продолжить работу в других 3D-редакторах.

Доступно для: Windows, | OS X

Бесплатную программу ZCAD можно использовать для создания 2D и 3D- чертежей. Редактор поддерживает различные платформы и обеспечивает большие углы обзора. Наличие множества удобных инструментов, позволяет решить большинство проблем, связанных с моделированием трехмерных объектов. Пользовательский интерфейс программы простой и понятный, что существенно облегчает процесс рисования. Готовый проект можно сохранить в формате AutoCAD и других популярных 3D-форматах.

Доступно для: Windows, | Linux

Бесплатная версия Houdini FX, Houdini Apprentice, пригодится студентам, художникам и любителям, создающим некоммерческие проекты трехмерных моделей. Программа обладает несколько урезанным, но вместе с тем достаточно широким функционалом и тщательно продуманным пользовательским интерфейсом. К недостаткам бесплатной версии можно отнести водяной знак, который отображается на 3D-визуализации.

Доступно для: Windows, | OS X | Linux

Приложение для создания рабочих дизайн-листов позволяет создавать достаточно подробные 3D-модели. Создатели программы позаботились о функциях, позволяющих устранять проблемные места путем изменений и дополнений к существующему дизайну. Также с помощью DesignSpark можно быстро изменить концепцию 3D-продукта. Программа поддерживает прямую технику моделирования и 3D-печать моделей.

Доступно для: Windows

FreeCAD – это параметрический 3D-моделлер, разработанный для создания реальных объектов любого размера. Пользователь может легко изменить дизайн, используя историю модели и изменяя отдельные параметры. Программа мультиплатформенная, умеет считывать и записывать различные форматы файлов. FreeCAD позволяет создавать собственные модули и затем использовать их в дальнейшей работе.

Доступно для: Windows, | OS X | Linux

Бесплатная программа Sculptris откроет перед пользователями окно в захватывающий мир 3D. Особенностями Sculptris являются удобная навигация и простота использования. Программу легко освоит даже новичок, у которого нет никакого опыта в цифровом искусстве или трехмерном моделировании. Процесс работы построен так, что можно забыть о геометрии и просто создавать модель, при этом бережно расходуя ресурсы компьютера.

Доступно для: Windows, | Linux

Программу MeshMagic можно использовать для 3D-рендеринга файлов, а также для создания двухмерных объектов или их конвертации в 3D. Программное обеспечение имеет интуитивно понятный интерфейс и может использоваться для решения самых разных задач. В настоящее время Mesh Magic поддерживает только Windows. Результат сохраняется в популярном формате STL, который можно открыть и редактировать в большинстве онлайн и оффлайн инструментов для 3D-моделирования.

Доступно для: Windows

Open Cascade – это комплект разработчика программного обеспечения, предназначенный для создания приложений, связанных с 3D-CAD. Он включает в себя специальные, разработанный сообществом C++ библиотеки классов, которые можно использовать для моделирования, визуализации и обмена данных, а также для быстрой разработки приложений.

Доступно для: Windows, | OS X | Linux


Создание реалистичных водных поверхностей для использования в BGE

Туториал описывает пошаговые инструкции по созданию реалистичных водных поверхностей для использования в Blender Game Engine. Он рассчитан скорее на подготовленного пользователя чем на новичка. Версия блендера должна быть не ниже 2.49. Работа является вольной адаптацией туториала https://blenderartists.org/forum/showthread.php?p=1422042#post1422042

Старт
Итак, поехали. Открываем блендер, удаляем стартовый куб. В режиме затемнения включаем отображение текстур.

Во вкладке Game (в верхнем левом углу) ставим галочку напротив Blender GLSL Materials. Добавим в нашу сцену плоскость (пробел → add → mesh →plane). Выбираем вид сверху (кнопка 7 на цифровой клавиатуре). Маштабируем поверхность: нажимаем S, вводим число 10 и Enter, далее кнопка N, появится окно Transform Properties. В нем изменяем имя плоскости на water_surface, в настройках материала добавляем новый материал (закладка Links and Pipeline -> Add New) и активируем ZTransp — должно получится вот так:

Для создания реалистичной воды нам понадобится небольшой скрипт и настройка логических блоков. Подразделяем окно 3Dview на две части, в левой или правой части меняем тип окна на Text Editor и вставляем текст для скрипта mirror (примеры всех необходимых скриптов есть в архиве с туториалом, вам нужно будет отрыть их в любом текстовом редакторе, скопировать текст и вставить его в блендер).

Переходим в панель логики (F4), нажимаем на Add Property, выбираем тип string и вводим значения как показано на рисунке. Теперь добавляем сенсор Always, соединяем его с созданным контроллером Python и вводим mirror.

Далее переходим в меню текстур (F6) и добавляем новую. В качестве текстуры воды можно использовать изображение практически любого размера и цвета, это связано с тем что поверхность воды как зеркало отражает окружающий мир. В закладке Texture нажимаем Add New, выбираем тип Image и нажимаем load. Из списка выбираем water.png (образцы ВСЕХ необходимых текстур идут в архиве с туториалом). Таким же способом создаем текстуру — карту нормалей (water_n), она добавит нашей водичке замечательные «гребешки» волн. В настройках текстуры нажимаем Normal Map.

water_n — текстура анимированая и чтобы сделать такую для своего проекта потребуется немного повозится, видеоурок например можно посмотреть здесь

Меняем тип окна на UV/Image Editor. Выбираем из списка доступных текстур water_n. Далее в меню View → Real-time Properties прописываем настройки, как показано на скриншоте:

Теперь нажимаем F9 и добавляем UV-текстуру.

Возвращаемся к настройкам материалов и для текстуры water_n в панели Map Input устанавливаем значения sizeX и sizeY равным 20. Там же меняем метод текстурирования с Orco на UV. В панели Map To параметр Col меняем на Nor — от числового значения этого параметра будет зависеть «жесткость» отражения ряби, попробуйте поэкспериментировать с настройками Nor от 0 до 1. Основные же настройки искажения волн можно будет изменять в редакторе Нодов чуть позже.

Мы добавим еще одну текстуру radial_alpha.jpg, назовем ее radial_a а после создания удалим из списка, эта манипуляция позволит использовать ее в редакторе Нодов.

По использованию нодов написано не так уж и много материала, но это достаточно обширная тема, которая заслуживает отдельного рассмотрения, поэтому не будем останавливаться на подробном изучении данного вопроса. Скажу лишь только, что нужно внимательно следить за всеми взаимодействиями между узлами, потому что малейшее изменение взаимосвязей сильно влияет на конечный результат:)

В настройках материалов на закладке Links and Pipeline нажимаем Nodes, вместо add new выбираем наш материал water_surface, после чего в окне 3DView открываем Node Editor.

Перед нами появится два нода, левый мы удалим, и с помощью комбинации пробел → add → добавим необходимые части как показано на рисунке:

После того как мы закончим с нодами открываем окно 3DView и нажмем P. На экране должна появится анимированая водичка синего цвета. Теперь подкорректируем цвет гребней волны — они сейчас тоже синие. Нажимаем Tab и в режиме редактирования с помощью кнопки А выделяем все вершины. Меняем тип окна на UV\Image editor, в нем нажимаем А еще раз для выделения всех вершин, после кнопку М → X Axis. Нам еще понадобится развернуть текстуру на 180 градусов. Нажимаем R и вводим 180 и Enter. Переключаемся в 3DView и в объектном режиме добавим любой объект прямо над водой. Нажимаем Р. Ну как, выглядит совсем не плохо?

Как вы заметили вода все еще остается очень синей. Так происходит потому что она отражает окружающее пространство а оно у нас тоже синие. Поэтому мы создадим небо с тучами и посмотрим что у нас получится. Небо будет реализовано с помощью полусферы на которую будет натянута панорамная текстура. Детально разобраться как это реализовано вы сможете посмотреть в финальном .blend файле, который лежит в архиве с туториалом.

После добавления неба водичка станет достаточно привлекательной и пригодной для использования в BGE:

Ок, теперь у нас есть красивая водная поверхность, однако для полноты эффекта добавим изменение резкости при погружении в воду и дно. Но перед этим нам нужна возможность перемещаться по сцене. Открываем Text Editor и добавляем новый скрипт mouselook. В окне 3DView выделяем камеру и переходим в настройки логики (F4). Изменяем параметры как показано на рисунке, обратите внимание на названия объектов, их нельзя называть по-другому, поскольку они прописаны в скрипте.

Теперь в окне 3DView создадим плоскость, назовем seabed и в меню Transform Properties (N) зададим параметры как на скриншоте:

Далее на плоскость добавим текстуру дна (Тех38.bmp) и перейдем на создание стен и «подводного окружения». На стенах подробно останавливаться не будем, скажу только что это четыре плоскости соединенные вместе с текстурой каменной кладки (если вы дошли до этой части туториала проблем со стенами возникнуть не должно). Теперь создадим еще одну плоскость и в Transform Properties назовем ее underwater_surface. Нажимаем F9 и добавляем UV текстуру. Переходим в настройки материала:

Отлично, а теперь последний но не менее важный этап — добавим в нашу сцену 2D фильтр, который будет имитировать подводную среду. В меню 3DView выбираем камеру и жмем Shift + S → Cursor → Selection. Нажимаем пробел и добавляем куб. Далее S, вводим 0.1 и Enter . Теперь выбираем куб, зажимая Shift выделяем камеру и нажимаем Ctrl + P → Make parent. Дальше пробел → Add → Empty. Выбираем Empty, затем куб, нажимаем Tab и в режиме редактирования выделяем ту вершину, которую видно из камеры (кнопка 0) → Ctrl + P → Make vertex parent. Нажимаем Tab и добавляем в нашу сцену лампу. Привязываем ее к камере. Если все сделали правильно в меню Outliner мы сможем наблюдать такую картину:

Открываем Text Editor и добавляем еще 2 скрипта — fog_underwater и blur_radial. Согласно следующему скриншоту редактируем объект Empty в настройках логики (F4):

Ну вот и все! Надеюсь вам понравился туториал также, как и мне понравилось с ним работать. Удачного блендинга!

ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ


Поверхностное моделирование

В поверхностном моделировании строятся поверхности, чаще пространственные, которые описывают наружный контур модели. Эти поверхности расширяются, обрезаются, сшиваются и т.д., и таким образом получается оболочка, с виду очень похожая на твердотельную модель, только внутри ее находится пустота, в отличие от твердотельной, в которой внутри находится сплошной материал.

Такие поверхности имеют нулевую толщину, поэтому поверхностные модели не обладают массой и объемом, по ним можно рассчитать лишь площадь поверхности. Сплошные твердотельные модели могут быть использованы для измерения как площади поверхности, так и массы, и объема.

Существует еще и третий тип моделей — это каркасные модели, они представлены только ребрами граней, в виде различных прямых и кривых линий, эта модель полностью прозрачная.

Существует несколько типов непрерывности:

G0 (положение). Совпадение ребер поверхностей.

G1 (касание). Сопряжение поверхностей по касательной. Учитывается непрерывность и по положению, и по касанию, т.е. G0+G1.

G2 (кривизна). Сопряжение поверхностей по кривой и непрерывны по кривизне. Учитывается непрерывность и по положению, и по касанию, и по кривизне, т.е. G0+G1+G2.

Поверхностное моделирование является отличным инструментом как для дизайнеров, занимающихся разработкой сложных дизайнерских концепций, так и для конструкторов — разработчиков сложных изделий авиакосмической, автомобилестроительной и других отраслей промышленности.

Поверхностное моделирование несомненно сложнее, чем твердотельное, однако является более гибким методом построения 3d-моделей. Именно за такие широкие и гибкие возможности поверхностного моделирования различные CAD-системы имеют преимущества перед другими, и они более востребованы, особенно в проектировании авиационных и автомобильных деталей.

Добавить комментарий