Grafika komputerowa
Programy CAD
Politechnika Gdańsk
2012/13
1 dr inż. Michał Michna
Grafika komputerowa
Dział informatyki zajmujący się wykorzystaniem komputerów do generowania obrazów oraz wizualizacją rzeczywistych danych.
Jest narzędziem powszechnie stosowanym w nauce, technice, kulturze oraz rozrywce
Zastosowania: kartografia,
wizualizacja danych pomiarowych i symulacji komputerowych,
diagnostyka medyczna,
kreślenie i projektowanie wspomagane komputerowo (CAD),
przygotowanie publikacji (DTP),
efekty specjalne w filmach,
gry komputerowe.
2 dr inż. Michał Michna Politechnika Gdańsk
2012/13
Grafika komputerowa
dr inż. Michał Michna 3
Grafika dwuwymiarowa (2D)
wszystkie obiekty są płaskie
każdy obraz rastrowy należy do tej kategorii
Grafika trójwymiarowa (3D)
obiekty są umieszczone w przestrzeni
trójwymiarowej i celem programu komputerowego
jest przede wszystkim przedstawienie
trójwymiarowego świata na dwuwymiarowym
obrazie
Politechnika Gdańsk
2012/13
Grafika rastrowa
dr inż. Michał Michna 4
Reprezentacja obrazu za pomocą pionowo-poziomej
siatki odpowiednio kolorowanych pikseli na
monitorze komputera
Bez zastosowania kompresji kolor każdego piksela
jest definiowany osobno
Umożliwia uzyskanie dużego realizmu
kolorystycznego poprzez indywidualne określanie
barwy każdego elementu.
Wielkość plików szybko rośnie wraz z
rozdzielczością (liczbą pikseli) obrazu.
Politechnika Gdańsk
2012/13
Grafika rastrowa
dr inż. Michał Michna 5
Zastosowanie:
Grafika fotorealistyczna,
Cyfrowa obróbka obrazu,
Fotografia cyfrowa,
Telewizja cyfrowa i wideo,
Internet
Formaty plików
BMP – mapa bitowa
TIF – Tagget Image File Format
JPG, JPEG – pełna paleta barw RGB stratną kompresja DCT.
PNG - Potrable Network Graphics
Politechnika Gdańsk
2012/13
Grafika wektorowa
Obraz jest rysowany za pomocą kresek lub łuków i
innych figur geometrycznych, dla których
zapamiętywane są charakterystyczne dane.
obraz opisany jest za pomocą
2D - figur geometrycznych
3D - brył geometrycznych
umiejscowionych w matematycznie zdefiniowanym
układzie współrzędnych,
Politechnika Gdańsk
2012/13
6 dr inż. Michał Michna
Grafika wektorowa
dr inż. Michał Michna 7
Zalety:
skalowalność, prostota opisu,
mniejszy rozmiar pliku wynikowego,
opis przestrzeni trójwymiarowych,
możliwość użycia ploterów CAM,
możliwość konwersji do grafiki rastrowej.
Wady
ogromna złożoność pamięciowa dla obrazów
fotorealistycznych
Politechnika Gdańsk
2012/13
Grafika wektorowa
dr inż. Michał Michna 8
Zastosowanie
schematy naukowe i techniczne
mapy i plany,
logo, herby, flagi, godła,
różnego typu znaki, np. drogowe,
część graficznej twórczości artystycznej (np. komiksy)
fonty
Formaty zapisu i programy
W3C : *.svg
Autodesk AutoCAD, INVENTOR: *.dxf, *.dwg, *.ipt
CorelDraw: *.cdr
Microsoft: *.wmf
LINE
5
207
330
1F
100
AcDbEntity
8
pasmo
100
Politechnika Gdańsk
2012/13
Powiększanie obrazu
Politechnika Gdańsk
2012/13
9 dr inż. Michał Michna
Programy CAD
Modelowanie graficzne
Dokumentacja techniczna
dr inż. Michał Michna 10 Politechnika Gdańsk
2012/13
Techniki CAD
Politechnika Gdańsk
2012/13
dr inż. Michał Michna 11
CAD (Computer Aided Design) Komputerowo Wspomagane Projektowanie
Narzędzia i techniki wspomagające prace w zakresie: projektowania,
modelowania geometrycznego,
tworzenia i opracowywania dokumentacji konstrukcyjnej, w tym struktury produktu i list kompletacyjnych,
opracowywania dokumentacji technologicznej (karty i formularze operacji technologicznych wraz ze szkicami), przeznaczonej do obróbki na konwencjonalnych obrabiarkach.
Cyfrowe modelowanie geometryczne
CAD
Koncepcja
Inne analizy
Multimedialna prezentacja
produktu
Wirtualna obróbka
Wytwarzanie
Sporządzenie dokumentacji
Optymalizacja
Obliczenia wytrzymałościowe
Politechnika Gdańsk
2012/13
12 dr inż. Michał Michna
Systemy CAD
Od deski kreślarskiej do numerycznego modelu
parametrycznego 3D
1980
125 tys USD, 16bit, 512kB RAM, 20Mb HDD
1982 AutoCAD, Catia
1988 ProEngineer
1993 SolidWorks
14 dr inż. Michał Michna Politechnika Gdańsk
2012/13
Kreślenie
CADD
Modelowanie
średniego
poziomu
Modelowanie
najwyższego
poziomu
Systemy CAD
VersaCAD
AutoCAD
IronCAD
MechnicalDesktop
Microstation
Inventor
SolidWorks
SolidEdge
ProEngeener
CATIA
NX
15 dr inż. Michał Michna Politechnika Gdańsk
2012/13
Autodesk
AutoCAD
AutoCAD Mechnical
AutoCAD Electrical
Inventor
16 dr inż. Michał Michna Politechnika Gdańsk
2012/13
Rysowanie 2D
Autodesk AutoCAD
Politechnika Gdańsk
2012/13
17 dr inż. Michał Michna
Elementy geometryczne
dr inż. Michał Michna 18
Punkt
Linia, łuk, splajn ….
Dwuwymiarowe – powierzchnie
Trójwymiarowe – bryły
Modele krawędziowe
Modele powierzchniowe
Modele bryłowe
Politechnika Gdańsk
2012/13
Układy współrzędnych
dr inż. Michał Michna 19
Na płaszczyźnie 2D
Kartezjański – prostokątny
biegunowy
Na płaszczyźnie 3D
Prostokątny – kartezjański
Biegunowy (sferyczny)
Walcowy (cylindryczny)
Politechnika Gdańsk
2012/13
Układ dwuwymiarowy
dr inż. Michał Michna 20
Układ kartezjański
Command: line
From point: #-2,1
To point: @5,0
To point: @0,3
To point: @-5,-3
Politechnika Gdańsk
2012/13
Układ dwuwymiarowy
dr inż. Michał Michna 21
Układ biegunowy
P(r,j)
długość promienia wodzącego r
kąt obrotu j,
Command: line
From point: @3<45
To point: @5<285
sin
)cos(
ry
rx
x
y
yxr
arctan
22
Politechnika Gdańsk
2012/13
Układ trójwymiarowy
dr inż. Michał Michna 22
Układ kartezjański
p(x,y,z)
From point: 0,0,5
To point: 3,4
222 zyxr
Politechnika Gdańsk
2012/13
Układ trójwymiarowy
dr inż. Michał Michna 23
Układ cylindryczny (walcowy)
r długości rzutu promienia wodzącego na płaszczyznę XY
Kąt j jaki tworzy rzut r z osią X
z współrzędna
zz
y
x
jr
jr
sin
)cos(
rj
j
y
x
y
yx
arcsinarctan
22
Politechnika Gdańsk
2012/13
Układ trójwymiarowy
dr inż. Michał Michna 24
Układ sferyczny
r długości promienia wodzącego oraz dwóch kątów u i j, jakie
promień r tworzy z osią Z i odpowiednio rzut promienia r na
płaszczyznę XY z osią X
u
ju
ju
sin
sin)sin(
cos)cos(
zz
ry
rx
r
z
x
y
zyxr
arcsin
arctan
222
u
j
Politechnika Gdańsk
2012/13
Lokalne układy współrzędnych
dr inż. Michał Michna 25 Politechnika Gdańsk
2012/13
Warstwy
dr inż. Michał Michna 26
Warstwy są odpowiednikiem przezroczystych folii
nakładanych na rysunek.
służą do szybkiego grupowania i zarządzania
informacjami w zależności np. od ich funkcji.
Politechnika Gdańsk
2012/13
Elementy geometryczne
Linia
Za pomocą polecenia LINIA można tworzyć serie
segmentów linii ciągłej. Poszczególne segmenty to
obiekty liniowe, które można edytować osobno
Polilinia to sekwencja połączonych segmentów
utworzonych jako pojedynczy obiekt. Można
utworzyć prostoliniowe segmenty linii, segmenty
łuków lub kombinacje obu
Politechnika Gdańsk
2012/13
27 dr inż. Michał Michna
Elementy geometryczne
Za pomocą polecenia PROSTOK można tworzyć
zamknięte polilinie o kształcie prostokąta.
Za pomocą polecenia WIELOBOK można tworzyć
zamknięte polilinie, które mają od 3 do 1024
równych boków.
Politechnika Gdańsk
2012/13
28 dr inż. Michał Michna
Elementy geometryczne
Łuki
Aby narysować łuk, można określić różne
kombinacje środka, końca, punktu początkowego,
promienia, kąta cięciwy i zwrotu.
Okręgi
Aby tworzyć okręgi, można określić różne
kombinacje środka, promienia, średnicy, punktów na
obwodzie i punktów innych obiektów.
Politechnika Gdańsk
2012/13
29 dr inż. Michał Michna
Elementy geometryczne
dr inż. Michał Michna 30
Splajny (krzywa B-sklejana)
Umożliwia utworzenie gładkiej krzywej przechodzącej
przez punkt dopasowania lub w pobliżu wierzchołków
sterujących
Politechnika Gdańsk
2012/13
Techniki CAD - więzy
dr inż. Michał Michna 31
Geometryczne
Politechnika Gdańsk
2012/13
Techniki CAD - więzy
dr inż. Michał Michna 32
Wymiarowe
Politechnika Gdańsk
2012/13
Techniki CAD - parametry
dr inż. Michał Michna 33
Definiowanie cech obiektu który chcemy aby był parametryczny.
Zamiast podawać długość odcinka definiujemy ją jako zmienną.
Może być ona wyrażona prostą zależnością lub skomplikowanym wzorem
Politechnika Gdańsk
2012/13
Modelowanie 3D
Autodesk AutoCAD
Autodesk Inventor
dr inż. Michał Michna 34 Politechnika Gdańsk
2012/13
Modele cyfrowe
dr inż. Michał Michna 35 Politechnika Gdańsk
2012/13
Modele bryłowe
dr inż. Michał Michna 36
Model bryłowy jest zamkniętym obiektem 3D z
przypisanymi właściwościami, takimi jak masa,
objętość, środek ciężkości i moment bezwładności
Podstawą pracy podczas modelowania mogą być
prymitywy bryłowe, takie jak stożki, kostki, walce i
ostrosłupy,
Prymityw można zmodyfikować oraz ponownie
połączyć, aby utworzyć nowe kształty.
Można również narysować niestandardowe
wyciągnięcie polibryły i utworzyć bryły różnymi
operacjami ukosowania na podstawie linii i krzywych
2D.
Politechnika Gdańsk
2012/13
Modele bryłowe
dr inż. Michał Michna 37 Politechnika Gdańsk
2012/13
Modele powierzchniowe
dr inż. Michał Michna 38
Model powierzchni jest cienką powłoką, której nie są
przypisane masa ani objętość.
W programie AutoCAD oferowane są dwa typy
powierzchni: proceduralne i NURBS
utworzeniu podstawowego modelu z użyciem siatki,
brył i powierzchni proceduralnych, a następnie
przekształceniu ich w powierzchnie NURBS.
Politechnika Gdańsk
2012/13
Modele powierzchniowe
dr inż. Michał Michna 39 Politechnika Gdańsk
2012/13
Modele krawędziowe (siatki)
dr inż. Michał Michna 40
Model siatki składa się z wierzchołków, krawędzi i
ścian, w przypadku których do zdefiniowania kształtu
3D jest używana reprezentacja za pomocą
wielokątów (w tym trójkątów i czworoboków).
W przeciwieństwie do modeli bryłowych do siatki nie
są przypisane właściwości fizyczne
Modele siatki można następnie zmodyfikować na
sposoby, które nie są osiągalne w przypadku
powierzchni lub brył 3D (fałdowania, podziały i
zwiększanie poziomów gładkości)
Politechnika Gdańsk
2012/13
Modele krawędziowe (siatki)
dr inż. Michał Michna 41 Politechnika Gdańsk
2012/13
Techniki modelowania 3D
dr inż. Michał Michna 42
Biblioteka każdego programu CAD zawiera skończoną liczbę standardowych obiektów 3D.
W przypadku bardziej złożonych obiektów użytkownik ma do dyspozycji pewien zbiór komputerowych narzędzi i technik, za pomocą których może narysować dowolny model 3D.
Każdy program CAD zawiera specyficzny dla siebie zbiór narzędzi, ale niektóre techniki modelowania są podobne
Politechnika Gdańsk
2012/13
Techniki modelowania 3D
dr inż. Michał Michna 43
Invenetor 2011
Politechnika Gdańsk
2012/13
Techniki modelowania 3D
Wyciągnięcie proste
dodanie przestrzenności prostopadle do szkicu 2D
dr inż. Michał Michna 44 Politechnika Gdańsk
2012/13
Wyciągnięcie
proste
Techniki modelowania 3D
dr inż. Michał Michna 45 Politechnika Gdańsk
2012/13
Techniki modelowania 3D
dr inż. Michał Michna 47
Obrót
Tworzy koncentryczne wyciągnięcie dookoła osi lub
szkicu prostoliniowego.
Politechnika Gdańsk
2012/13
Obrót
dr inż. Michał Michna 48
Obiekt kształtowy
podstawa
Oś obrotu
Obrót o 135 stopni
Politechnika Gdańsk
2012/13
Techniki modelowania 3D
Wyciągnięcie złożone
wykorzystuje dwa lub więcej szkice 2D, aby utworzyć
wyciągnięcie, które moduluje kształt z jednego profilu
szkicu do następnego. Wyciągnięcie złożone może
również użyć dodatkowo szkice 2D lub 3D, aby pomóc
kontrolować wyciągnięty szkic
dr inż. Michał Michna 49 Politechnika Gdańsk
2012/13
Wyciągnięcie
złożone
Techniki modelowania 3D
dr inż. Michał Michna 50 Politechnika Gdańsk
2012/13
Wyciągnięcie złożone
dr inż. Michał Michna 51
Profil 1
Profil 2
Profil 3
Politechnika Gdańsk
2012/13
Techniki modelowania 3D
Przeciągnięcie
Tworzy wyciągnięcie
szkicowanego kształtu
wzdłuż zdefiniowanej ścieżki
dwóch szkiców do utworzenia wyciągnięcia prostego:
szkicu 2D do utworzenia profilu wyciągnięcia i szkicu 3D
(lub innego szkicu 2D) do określenia kierunku lub ścieżki
wyciągnięcia
dr inż. Michał Michna 52 Politechnika Gdańsk
2012/13
Przeciągnięcie
dr inż. Michał Michna 53
Obiekt kształtowy
podstawa
Ścieżka
przeciągnięcia
Politechnika Gdańsk
2012/13
Techniki modelowania 3D
Skorupa
Tworzy wgłębienie w części z określoną grubością ścianki
dr inż. Michał Michna 54 Politechnika Gdańsk
2012/13
Techniki modelowania 3D
Żebra i półki
Tworzy żebra (cienkościenne zamknięte podpory) i
wzmocnienia (cienkościenne otwarte podpory).
dr inż. Michał Michna 55 Politechnika Gdańsk
2012/13
Techniki modelowani 3D
dr inż. Michał Michna 56
Zwój
Tworzy heliakalny element lub bryłę.
Służy do tworzenia gwintów i sprężyn zwojowych dla
powierzchni walcowatych
Politechnika Gdańsk
2012/13
Otwory
Techniki modelowania 3D
dr inż. Michał Michna 57 Politechnika Gdańsk
2012/13
Techniki modelowania 3D
Zaokrąglenie / zaokrąglenie zmienne
tworzy gładkie przejścia z jednego promienia do innego i
przejścia prostoliniowe między promieniami
dr inż. Michał Michna 58 Politechnika Gdańsk
2012/13
Suma logiczna
dr inż. Michał Michna 59
Operand A Operand B
Suma
logiczna
A+ B
Siatka obiektu
wynikowego.
Znikają niektóre pierwotne
węzły obiektu A i B oraz
tworzą się nowe węzły.
Następuje zmiana
organizacji węzłów
Politechnika Gdańsk
2012/13
Iloczyn logiczny (część wspólna)
dr inż. Michał Michna 60
Operand A Operand B
Iloczyn
logiczny
A*B
Siatka obiektu
wynikowego. Tworzą się
nowe węzły odpowiednio
zorganizowane
Politechnika Gdańsk
2012/13
Różnica logiczna
dr inż. Michał Michna 61
Operand A Operand B
Różnica
logiczna
A – B
Różnica
logiczna
B – A
Politechnika Gdańsk
2012/13
Lokalne układy współrzędnych
dr inż. Michał Michna 62 Politechnika Gdańsk
2012/13
Techniki CAD - parametry
dr inż. Michał Michna 63 Politechnika Gdańsk
2012/13
Modelowanie a rysowanie
Politechnika Gdańsk
2012/13
64 dr inż. Michał Michna
Rysowanie / modelowanie
Modelowanie elementów 3D rozpoczyna się od
utworzenia dwuwymiarowego szkicu
Szkicowanie polega
na tworzeniu
linii, łuków,
okręgów i wymiarów
Figury geometryczne
szkicu programu
przechwytują informacje o ich relacjach podczas
tworzenia
dr inż. Michał Michna 65 Politechnika Gdańsk
2012/13
Modelowanie geometryczne
Powiązania między modelami 3D-2D-3D.
dr inż. Michał Michna 66
Przy zmianie modelu 3D, rysunek jest
uaktualniany automatycznie
Przy zmianie wymiarów modelu w
rysunku, model 3D jest uaktualniany
automatycznie
Politechnika Gdańsk
2012/13
Rysowanie / modelowanie
Rysunek 2D można utworzyć w dowolnej kolejności,
w dowolny sposób
Sekwencja modelowania 3D przypomina tworzenie
fizycznej części
Utworzenie jednego elementu jest zazwyczaj
uzależnione od poprzedniego elementu
Modelowanie 3D powinno umożliwić programowi
śledzenie sensu geometrii
dr inż. Michał Michna 67 Politechnika Gdańsk
2012/13
Rysowanie / modelowanie
Dokumentacje wykonuje się po zakończeniu dodawania elementów (lub komponentów) do modelu
Widoki modelu są rozplanowane na arkuszu rysunku z uwzględnieniem widoczności krawędzi
Na rysunkach można ręcznie umieszczać wymiary.
Można także importować wymiary umieszczone na szkicach modelowych i używać ich w odpowiednich widokach rysunków.
Rysunek wykorzystuje umiejscowione widoki modelu, dlatego wszystkie zmiany dokonane w modelach zostaną automatycznie odzwierciedlone w zaktualizowanych rysunkach.
dr inż. Michał Michna 68 Politechnika Gdańsk
2012/13
Modelowanie geometryczne
dr inż. Michał Michna 69
Model wirtualny/numeryczny
Model geometryczny
Model parametryczny
Model fizyczny – właściwości materiałów
Liczy się nie tylko efekt wizualny
Generacja rysunkowej dokumentacji technicznej
Eksport do systemów CAD/CAM
Cyfrowe prototypowanie
Obliczenia wytrzymałościowe
Wykonanie dokumentacji CAM
Wizualizacja produktu
Politechnika Gdańsk
2012/13
Literatura
1. Chlebus E. Techniki komputerowe CAx w inżynierii produkcji,
WNT 2000
2. Miecielica M., Wiśniewski W.: Komputerowe wspomaganie
projektowania procesów technologicznych. Wydawnictwo
Naukowe PWN/MIKOM 2005
3. Przybylski W., Mariusz D.: Komputerowo wspomagane wytwarzanie
maszyn. Podstawy i zastosowanie. WNT 2007
4. Sydo M. Wprowadzenie do CAD, Wydawnictwo Naukowe
PWN/MIKOM, 2009
5. Jaskulski A. Autodesk Inventor 2011 PL/2011. Metodyka
projektowania. Wydawnictwo Naukowe PWN, 2011
6. Jaskulski A. AutoCAD 2011/LT2011+. Kurs projektowania
parametrycznego i nieparametrycznego 2D i 3D. Wersja polska i
angielska Wydawnictwo Naukowe PWN, 2010 Politechnika Gdańsk
2012/13
70 dr inż. Michał Michna
Top Related