Сьогоднішню серію було б непогано присвятити пункту 3 початкового порівняння, тобто Surface Modeling. Але перш ніж йти у порівняння, слід трохи повернутись у часі до давешніх давен, та пояснити шляхи розвитку певних технологій, та деяку термінологію.

І почну як завжди з дисклеймеру: я не претендую на істину в останній інстанції, я розповідаю свої висновки і миросприйняття відносно тієї інформації і досвіду, ща маю сам. То ж маю надію, що це буде комусь цікаво і корисно, а якщо є що доповнити, чи виправити, або просто запитати – це завжди можна зробити в коментарях.

І от коли дисклеймер прописаний – починаємо.

Я не буду розповідати про часи, коли птеродактлі бороздили простори великого динозаврячого театру, але є дуже важливий момент, що пов’язаний з тим як описувалась раніше 3д геометрія

два основних підходи, що народилися між кінцем 70х та 80х, а точніше не стільки народилися, скільки затвердилися в САПР тих часів це:

CGM та B-Rep

CGM дуже часто зараз розшифровують як Catia Geometry Modeling, через те, що саме CGM називається геометричне ядро Катюши. А також через те, що, за великим розрахунком, такий підхід, на поточний момент, окрім Каті вже, здебільшого, ніхто не використовує. Хоча, також слід зазначити, що поточне ядро CGM, від початкового підходу CGM, вже відійшло за реалізацією досить далеко. І саме з цим і пов’язана купа питань інтероперабельності та переносу даних з Catia v4 на v5. Не тільки з цим, але і з цим дуже сильно. Імхо

То ж що таке CGM насправді? У 86 був прийнятий ось такий стандарт: https://en.wikipedia.org/wiki/Computer_Graphics_Metafile

І не дивлячись на те, що він виник пізніше Каті, не дивлячись на те, що він орієнтований переважно на 2д, в нього дуже багато спільного з тим, що було спочатку у геометричному ядрі CGM від Дасо (Dassault Systemes)

До речі, це є причиною, чому іноді назву ядра CGM перекладають схожим чином: Computer Graphics Modeling. Але в оригіналі (з точки зору Dassault) CGM це: Convergence Geometric Modeler

Конвердженс – компьютер…. графік – геометрі моделінг…

короче, тут купа плутанини

Також, “жарт” в тому, що, формально, CGM, про який я зараз написав, – це ядро Catia v5 $) а також Catia v6 та SolidWorks V6… (є і такий)

а що ж було до того? а до того, був те ж CGM 🙂 а от яким боком там точно все розшифрровувалося, є певні, різні точки зору…. з переважним глибоким мовчанням від тих, хто ці часи пам’ятає (мабуть вже склероз проявляється)

Фіг з ними з назвами. Що важливо до цього підходу та ядра (CGM)?

А те, що 2D та 3D геометрія описувалася як результат булевих операцій великої кількості параметричний примітивів. (http://www-isl.ece.arizona.edu/ACIS-docs/HTM/DATA/BOOL/BOOL/01CMP/0001.HTM)

Останню “пікчу” дуже полюбляють всюди використовувати, хоча це CSM (Constructive Solid Geometry). Але ж ми пам’ятаємо: цЖм, цСм… яка різниця 😉 хто там пам’ятає

Такий підхід давав велику кількість переваг, щодо опису складносурядної геометрії (compound). Особливо її загальной формотворчої частини.

він давав параметричні можливості

але…

але мав купу проблем з косметичними елементами: закруглення, фаски; як нормально створити оболонки і купу всього іншого.

окрім того невеличка помилка… і модель вся сипалася

в сенсі ітог був дуже далеким від того, що уявлялося і що було ще недавно.

Ті хто будував геометрію скриптами в AutoCAD, Ansys, Patran, Abacus, Gmsh, Salome, OpenGL мене зрозуміють

Ті хто не будував – повірте це дуже важлива частина для розуміння того як працюють CAD системи

І якщо ви хочете, щоб для Вас робота CAD не була наповнена магією… треба з цим розібратись

і найліпшим інструментам в цьому напрямку я б зараз назвав: OpenSCAD ось цей продукт, особливо з урахуванням можливості його інтеграції з FreeCAD

Окей, то ж. з CGM/CSM розібралися (в першому наближенні) і тепер переходимо до B-Rep

B-Rep це Boundary Representation. Слово “баундарі” дуже добре відомо всім хто займається рохрахунками, особливо тим хто займається гідро-газодинамікою

і дуже погано зрозуміло деякому північному сусіду..

B-Rep означає “граничний опис” “граничне представлення”

або, якщо більш людською мовою, – то, опис 3д геометрії як набора граничних об’єктів, що обмежують цю геометрію

тобто це набор граней (пласких, аналітичних, сплайнових, фасетованих) що повністю обмежують якийсь об’єм

і обов’язково ці грані є поєднаними один з одним через вершини та криві (ребра).

також обов’язковим є те, що тих граней повинно бути достатньо для опису геометрії тіла, ребро може належати виключно двом граням (наскільки пам’ятаю) і ще ряд додаткових умов.

Ті хто хочуть більше подробиць – глянте книги по геом ядрам та топології (не військовій а математичній) в якості приклада дещо можна почитати в книзі “Основи САПР CAD/CAM/CAE” Кунву Лі

плюсом такого підходу (B-Rep) є значно більша універсальність, особливо для опису складнопідрядної геометрії (complex)

Набором аналітичних, неаналітичних граней (або псевдо аналітичних) значно простіше описати будь яку геометрію, в тому числі, з усіма косметичними елементами

якщо ми кажемо про просту формотворчу геометрію CGM (CSM) трохи виграє при описі геометрії перед B-Rep. але це виграш умовний

Бо, так, саму геометрію описати значно простіше. Але все одно потрібен час на те, щоб обчислити всі ребра, вершини, границі граней і все так.

і тут з’ясовується що B-Rep яка пропускає цей етап, а одразу описує ті грані та ребра по суті нічого не програє.

Але це ми говоримо саме про кінцевий опис геометрії “вручну”, а якщо ми будемо говорити про процес створення цієї геометрії… то B-Rep програє по всіх фронтах

По суті, свого часу, B-Rep і виник як одна з реалізацій CGM/CSM для опису геометрії граней і без CGM він не був життєздатним

І от тут народилося поверхневе моделювання

Бо на прикладі літаків, автівок, кораблів… З’ясувалося, що якщо пробувати переходити від формотворчої геометрії “екстер’єру” до опису окремих деталей (капот автівки, як приклад) то нам значно більше підходить просто поверхня

бо з реальною товщиною не зручно працювати навіть зараз. І це на більш потужних комп’ютерах, на більших моніторах, з кращою роздільною здатністю (у порівнянні з тим що було у 70-80х)

ПК стали не просто кращими, а такими як умовний танк проти людини в шкірі з палицею

от тут з’явився напрямок поверхневого моделювання, от тут з’явилися основні інструменти поверхневого моделювання, тут пішло розділення на аналітичну (точніше нурбсову – сплайнову) та фасетовану геометріюю

і через обмеження компів, особливо у кількості пам’яті:

• аналітичний опис геометрії поверхонь виграв для напрямку проектування
• полігони ж (фасетована геометрія) пішла в шлях анімації (по суті у фільми та попкультуру)

Але, по суті, певний час B-Rep був “рабом” (або заручником) двох принципово різних, за підходами, технологій:

• в одному, B-Rep працював на благо CGM/CSM (не в сенсі ядра Катії, а в сенсі підходу з примітивами)
• а в іншому, народ створював складні поверхні заради самих поверхонь, і потім це якимось чином треба було інтегрувати з тими самими примітивами, а потім перейти до B-Rep

в чистому вигляді B-Rep був не життєздатний. Але я ж про це вже казав?

Так було до того моменту поки один науковець з лєнінграду (на той час ще саме так) не запропонував інвесторам зі “Штатів”, куди він емігрував підхід, який зараз і називається Feature-based modeling (FBM) або history-based modeling (HBM)

або Parametric Modeling та параметричне моделювання

На основі грошей, що були отримані для реалізації ідеї, виникла компанія PTC – Parametric Technology Corporation

Підхід був дуже простий по своїй суті. Коротко опишемо його так:

“нах….віщо ми описуємо об’єкти як примітиви, і потім переходимо з великими проблемами до B-Rep, якщо ми одразу можемо створювати примітиви в B-Rep, і в результаті бульових операцій отримувати тіло яке описано як B-Rep, але створено з історією та параметрами”

Звучить дуже просто. математична реалізація значно складніша.

складніша ніж CGM/CSM. і навіть ніж цжм і потім б-реп

але на відміну від попередніх алгоритмів і підходів:

• вона є дійсно універсальною. це раз
• вона поєднує всі переваги обох методів. вона не має недоліків.
  (ну майже). це два.

так, вона “трохи” складніша за цжм+б-реп, але вона знаааааачно простіша за CGM/CSM для опису довільної 3д геометрії

і вона цю складність з “complex” переводить до “compound” (складнопідрядне і складносурядне)

тобто так, – складно. Але не як зробити статую гідну мікеленджело. а як розвантажити камаз з вугіллям…

більше того, якщо раніше було незрозуміло як переходити від Б-реп в його “поверхневому напрямку” до 3д солід геометрії…. то тепер все стало просто, зрозуміло та лаконічно

Єдина проблема

Якщо просто CGM/CSM (без параметрики) можна було перенести на той час з мейнфреймів на 8/16 бітні ПК (а саме такі тоді були IBM PC сумісні 8/16 бітні, і не сумісні але теж здебільшого 8/16 бітні – атарі, макінтоші та інші..)

якщо просто каркасне, фасетне, та навіть поверхневе 3D можна було перенести (хоча з останнім вже починалися великі складнощі)

то цей підхід (FBM) нормально на 8/16 біт не переносився. Але це не заважало PTC, бо зробивши прорив, PTC захопило 80% ринку 3д “проектування” (це не жарт) за 2-3 тижні “лічені місяці”.

і 80% 3D CAD і майже 50% всього ринку проектування. В тому числі з урахуванням 2д (хоча 2д на той момент вже на 80% був під Автокадом 😉

Захопити – захопило, але зробило помилку! (таку саме як і Автодеск) Помилку яка коштувала першого місця і майже не коштувало життя (для Компанії)

ця Помилка називається “ринок ПК”. Бо буквально через дуже короткий час, ПК з 8 бітних стали 32 бітними, і стали спроможними вирішувати ті ж задачі що і мейнфрейми… але по ціні 20% від ціни мейнфреймів

Ну окей не 20. але до цього жарту 80/20 я повернусь трохи згодом. І ні це не про паретто. це про Автокад та Солідворкс 😉

але то згодом

і якщо для РТС яка орієнтувалася на високі технології, це (цю помилку) ще можна якось пояснити та пробачити…

то от Аутодеск тут налажала по повній (бо виникла саме за рахунок ринку ПК). але то зовсім інша історія

А ми повертаємось до нашої

Як би дивно це не звучало, але поява PTC жодним чином не вбила ані Дасо (Dassault Systemes) ані Юніграфікс (Unigraphics), що вже мали на той момент досить великий обсяг ринку

Так само як на позиції Дасо та Юніграфікс не вплинула і поява Автодеску (Autodesk) з їх Автокадом

а все тому що по суті РТС та Autodesk захопили 80% ринку якого до них не було.

Я його створила – я його і захопила (с)

а потім, шо захопила то і про…любила…

Кажись десь так було у відомій пісенці.

Але, сам факт того, що відкрився новий ринок, сам факт того, що алгоритми підходи та математичні моделі не можна патентувати, призвів до появи нових версій ядер Parasolid, CGM та продуктів на їх основі, що впровадили тій же підхід у себе.

так виникли Catia V5, Unigraphics v11, I-Deas

а також, що для нас більш важливо SolidWorks, Solid Edge

і як відповідь на них Inventor, а потім і Fusion 360 про які ми (не) говоримо сьогодні

Також виникла ще купа продуктів. більшість з яких вмерла в 90ті та початок 00х. Вмерла або була поглинена. Тому ми про них сьогодні не говоримо і навіть не пригадуємо.

І так, я пам’ятаю, що I-Deas був поглинений UGS, як і CADDs (5) компанією PTC. але Айдіас став важливим кроком у виникненні NX, тому я його залишив у списку

а сотні інших продуктів навіть і сам не завжди можу згадати.

Доречі, якщо у когось є підшивкі старих журналів на кшталт “компьютерное обозрение”, chips та інші, з тих часів що були “доінтернетними”, то там в них іноді публікувалися статті і по САПР і зараз їх дуже важко знайти, але іноді забавно було б перечитати.

То ж якщо хтось кине скани цих публікацій – буду дуже вдячним

І якщо питань немає, то я назову тілько одного “кадавру” який пережив ті часи: https://www.ironcad.com/ бо це в якомусь сенсі це дуже дивне поєднання інструментів прямого моделювання та параметричного підходу на основі фічерів. Дужее рекомендую подивитися хоча б відео з цього продукту

Думаю для більшості існування такого продукту буде ….. неочікуваним

Скоріш за все те, що я написав (для тих хто в темі) було +/- відомо, але маю надію, що все одно воно досить цікаво, бо відомо було не все і не всім. Також, я показав це під трохи незвичним кутом, і це також може бути прикольно…

але. але є питання: до чого все це?

і чому все це не було розказано в частині про 3д моделювання, де б це було більш логічним?

там також є невелике відгалуження. але значно менше

то ж, хто шо думає? а я поки відпочину %) перед наступною серією