Manual:Traditional modeling, the CSG way/ru

Other languages:
Первый взгляд на все верстаки
Традиционное двумерное черчение
Руководство: Начало

КБГ (рус.) CSG (англ.) расшифровывается как Конструктивная Блочная (Твёрдотельная) Геометрия и описывает фундаментальный способ работы с твёрдотельной 3D-геометрией. Он включает в себя создание сложных объектов путём добавления или удаления частей из твёрдых тел с помощью булевых операций, таких как объединение, вычитание или пересечение.

Как уже говорилось ранее в этом руководстве, FreeCAD поддерживает различные типы геометрии. Однако предпочтительным и наиболее практичным типом для проектирования реальных 3D-объектов во FreeCAD является твёрдотельная геометрия BREP (англ.) Граничное Представление (рус.), которое в основном обрабатывается в верстаке Part. Граничное Представление определяет 3D-объекты, указывая их пространственные границы. Ключевыми аспектами Граничного Представления являются: грани - элементы поверхности объекта; рёбра - граничные линии, где встречаются две грани; и вершины - точки, где сходятся рёбра.

Граничное Представление обладает рядом преимуществ. Во-первых, он определяет поверхности с помощью математических уравнений, обеспечивая точное и аккуратное моделирование. Такая точность очень важна для инженерных приложений, где требуются точные размеры. Кроме того, Граничное Представление обеспечивает гладкие и детализированные поверхности, в отличие от полигональных сеток (рус.) (англ.), которые аппроксимируют криволинейные поверхности с помощью фасеток. Это похоже на разницу между векторными изображениями, которые масштабируются без потери качества, и растровыми изображениями, которые при увеличении могут выглядеть пиксельными. Граничное Представление сохраняет полную топологическую информацию об объекте, включая отношения между гранями, рёбрами и вершинами, что необходимо для таких сложных операций, как булевы вычисления и фильтрация.

Слева - сетчатое представление, а справа - Граничное Представление

Полигональные сетки состоят из вершин, рёбер и граней, которые образуют треугольники или четырёхугольники. Сетки проще и быстрее в визуализации, но им не хватает точности. При увеличении или печати в большом масштабе сетки демонстрируют гранёные поверхности, а не гладкие кривые. В Граничном Представлении, напротив, используются кривые и поверхности, определённые математически, что обеспечивает превосходную точность и гладкость. Модели Граничного Представления предпочтительны для приложений САПР, где требуется точность.

В FreeCAD геометрия на основе Граничног Представления управляется OpenCasCade (англ.), программной библиотекой с открытым исходным кодом. Основным интерфейсом между FreeCAD и ядром OpenCasCade является верстак Part, который служит основой для большинства других верстаков, предоставляя основные инструменты для создания и манипулирования объектами Граничног Представления. Верстак Part включает инструменты для создания примитивов, таких как базовые формы, например, кубы, цилиндры и сферы. В нём также есть инструменты для выполнения логических (булевых) операций, таких как слияние, пересечение и вычитание фигур, а также инструменты для перемещения, поворота, масштабирования и клонирования объектов.

Хотя другие верстаки FreeCAD, такие как PartDesign и Surface, предлагают более продвинутые инструменты для построения и работы с геометрией, они опираются на базовый верстак Part. Понимание внутренней работы объектов Part и умение пользоваться основными инструментами Part будет полезно. Часто эти простые инструменты могут решить проблемы, с которыми более сложные инструменты не могут справиться эффективно.

Для иллюстрации использование верстака Part мы будем моделировать этот стол, используя лишь операции Граничного Представления (за исключением винтов, для которых мы используем одно из расширений, и размеров, которые мы рассмотрим в следующей главе):

Давайте создадим новый документ (Ctrl+N или меню Файл → Новый) для проектирования нашего стола. Изначально документ называется « Безымянный» на вкладке «Модель» в комбинированной панели просмотра. Если сохранить документ (Ctrl+Shift+S или меню Файл → Сохранить как) как «table.FCStd», то документ будет переименован в «table», что более чётко определяет наш проект. В качестве единиц измерения длины мы будем использовать миллиметры (мм). Не стесняйтесь менять единицы измерения с помощью меню, расположенного в правом нижнем углу, в зависимости от ваших предпочтений.

Теперь можно переключиться на верстак Part и начать создавать нашу первую ножку стола.

Теперь вы должны увидеть два высоких куба, один из которых смещён на 8 мм относительно другого в направлениях X и Y:

Вновь созданный объект под названием Cut содержит два куба, которые мы использовали в качестве операндов. На самом деле эти два куба всё ещё находятся в документе, просто они были скрыты и сгруппированы под объектом Cut в дереве проекта. Вы всё ещё можете выбрать их, развернув стрелку рядом с объектом Cut. При желании их можно снова сделать видимыми, кликнув по значкам глаз рядом с ярлыками объектов, в меню правой кнопки мыши или изменив их свойства.

Вы также можете выполнять вырезание и другие булевы операции с помощью Булевых операций.

Вместо того чтобы дублировать базовый куб шесть раз, мы могли бы продублировать все ножки три раза, скопировав и вставив объект Cut, созданный выше из наших первых двух кубов, и повернув каждую вырезанную ножку в правильную позицию. В FreeCAD часто есть несколько способов добиться одного и того же результата. Это важно помнить, потому что в разных контекстах вам может показаться проще или эффективнее использовать разные техники.

Вы заметите, что цилиндры выходят за пределы ножек стола. Это связано с тем, что, как и во всех трёхмерных приложениях на основе твёрдого тела, булевы операции во FreeCAD иногда не работают, когда грани объектов являются копланарными (совпадают). Мы можем избежать возможных ошибок, поместив концы цилиндров за пределы поверхностей ножек.

Как видите, теперь каждая нога описывается серией нескольких операций, вложенных в дереве проекта. Вся геометрия, которую мы создали, остаётся параметрической, и вы можете в любой момент изменить любой параметр любой из прежних операций. В FreeCAD мы называем эту серию историей моделирования, так как в ней записана история выполненных операций.

Ещё одна особенность FreeCAD заключается в том, что понятие 3D-объекта и понятие 3D-операции имеют тенденцию сливаться в одно целое. Обрезать относится к операции, а также к 3D-объекту, полученному в результате этой операции. В FreeCAD его иногда называют конструктивным элементом, а не объектом или операцией.

Теперь давайте спроектируем столешницу. Это будет простая прямоугольная призма, поэтому начнем с другого Куба и изменим его размеры на вкладке Данные следующим образом:

На вкладке Вид вы можете придать ему коричневатый цвет, похожий на цвет дерева, изменив свойство Shape Appearance (Внешний вид формы):

Теперь, когда наши пять объектов завершены, самое время дать им более описательные имена, чем Cut015. Щёлкнув правой кнопкой мыши по каждому объекту в дереве проекта (или нажав F2 при выделенном объекте), вы можете переименовать их во что-то более значимое. Правильное именование объектов может быть не менее важным, чем способ их моделирования.

Как уже говорилось, вы можете добиться одного и того же результата, выполнив разные шаги. Чтобы продемонстрировать это, давайте создадим один и тот же стол, используя другую методологию. Помните, что не существует правильного или неправильного способа - только индивидуальный творческий подход.

Мы приступим к работе аналогичным образом, создав куб со следующими размерами: длина 80 мм, ширина 8 мм и высота 750 мм.

Давайте создадим столешницу.

Теперь продолжайте добавлять винты в верстаке Fasteners (Крепёж), как и раньше.

Внутренняя структура объектов Part

Как мы видели выше, в FreeCAD можно выделять не только целые объекты, но и их части, например, круглый край нашего отверстия под винт. Сейчас самое время взглянуть на то, как строятся внутренние объекты Part. Каждый рабочий стол, создающий геометрию Part, будет основываться на них:

В трёхмерном виде можно выделить отдельные вершины, рёбра или грани. Выделение любого из них выделяет весь объект.

Примечание о совместном проектировании

Вы можете посмотреть на стол, показанный выше, и подумать, что его конструкция не очень удачна. Кажется, что ножки не очень надёжно прикреплены к столешнице! Возможно, вы захотите добавить укрепляющие элементы или придумаете другие усовершенствования. Вот тут-то и становится интересным обмен опытом. Вы можете загрузить файл, созданный в ходе этого упражнения, по ссылке ниже и изменить его, чтобы сделать лучше. Затем, если вы поделитесь этим улучшенным файлом, другие смогут сделать его ещё лучше или использовать ваш хорошо продуманный стол в своих проектах. Ваш дизайн может натолкнуть на другие идеи других людей, и, возможно, вы внесёте свой вклад в улучшение мира...

Загрузки

Читать далее


Первый взгляд на все верстаки
Традиционное двумерное черчение
Руководство: Начало