COLEGIUL TEHNIC “RADU NEGRU” GALATI

Tehnician proiectant CAD

Prof. Indrumator

Prof.Ing Maria Stan

Elev:

Coroieru Georgiana

Galati, 2012

1

Argument: 2

A proiecta un obiect este o sarcina de multe ori dificila. Înrudita cu creatia, de multe ori chiar confundata

cu aceasta, proiectarea presupune utilizarea unui ansamblu de cunostinte, cele mai importante fiind:

- Cunoasterea rolului functional al obiectului de conceput;

- Cunoasterea materialelor care vor fi folosite;

- Cunoasterea procedeelor de executie si a performantelor specifice acestora; - -- Cunoasterea unui ansamblu

de norme de reprezentare.

Data fiind apropierea dintre proiectare si creatie, cu putine exceptii, calculatorul nu proiecteaza.

Domeniul de utilizare a calculatorului în proiectare se numeste Proiectare asistata de calculator, calculatorul

jucând în mod evident rolul secundar. Toate aplicatiile industriale în domeniu o dovedesc. Dar tot aceste

aplicatii au pus la dispozitia proiectantilor un instrument care a schimbat complet munca de proiectare.

Capitolul I

3

GENERAREA SUPRAFETELOR 3D

Una din formele generale de suprafate spatiale din mediul AutoCAD este "3dmesh". Suprafata consta dintr-o retea spatiala de fatete plane, distribuite dupa doua directii orecare. Densitatea retelei este data de numarul M si N de vertexuri (varfuri) pe fiecare din cele doua directii.

Utilitatea suprafetelor 3dmesh este remarcabila in modelarea obiectelor cu forma spatiala complicata si dificil de definit analitic: caroserii, carcase de aparatura electrica si electrocasnica, carene de nave, aripi si fuselaje de avioane, forme de relief terestre, etc.

Comenzile pentru crearea suprafetelor 3D au alocata o bara de instrumente proprie, denumita "Surfaces

Comanda 3DMESH creaza suprafete spatiale prin specificarea numarului de vertexuri pe fiecare din cele

doua directii de generare si a pozitiei vertexurilor. Numarul maxim de vertexuri este de 256 pe fiecare

directie. In cazul suprafetelor 3dmesh definite prin multe vertexuri, introducerea vertexurilor punct cu

punct este anevoioasa. Este mai eficienta scrierea coordonatelor fiecarui punct intr-un fisier script

("*.scr") si executarea acestuia prin comanda SCRIPT.

Utilitatea suprafetelor 3dmesh este remarcabila in modelarea obiectelor cu forma spatiala complicata si

dificil de definit analitic: caroserii, carcase de aparatura electrica si electrocasnica, carene de nave, aripi si

fuselaje de avioane, forme de relief terestre, etc.

Fig. 1.

Cele doua curbe directoare trebuie sa fie ambele deschise sau ambele inchise. Una din ele poate degenera intr-un punct, caz in care se obtine o suprafata conica de tip general (fig.1).

4

Fig. 2.1

Comanda EDGESURF creaza retele 3dmesh de forma mai complicata, care aproximeaza suprafete Coons. Aceste suprafete sunt marginite de 4 curbe ce se ating doua cate doua pe capete (fig. 21. 2.2 ). Curbele de margine pot fi orice curbe spatiale. Prima curba selectata determina directia M de generare (cu variabila asociata SURFTAB1). Cele doua curbe care o ating pe prima definesc directia N de generare (cu variabila asociataSURFTAB2)

Fig. 2.2

Capitolul II

SUPRAFETE 3D MESH PREDEFINITE

Pentru a reda suprafete spatiale de forme regulate, AutoCAD ofera pe bara de instrumente "Surfaces" o serie de butoane adecvate. Acestea permit constructia urmatoarelor suprafete: paralelipiped, pana, piramida, con, sfera,

5

semisfera cu concavitatea in sus sau in jos, tor. Constructia piramidei include si crearea unui trunchi de piramida, iar a conului pe cea a trunchiului de con si a cilindrului. Acestea au fost primele obiecte 3D construite in mediul AutoCAD si au aparut la versiunea R10, ca si optiuni ale comenzii 3D. Comanda exista si acum, in versiunea 2000, dar are mai mult un rol istoric

FATETE 3D.COMANDA 3D FACE

Cea mai simpla suprafata spatiala este fateta 3D, creata de comanda 3DFACE. Comanda genereaza un obiect simplu de forma unui patrulater spatial (fig. 14.45). Sunt solicitate pozitiile varfurilor, programul unindu-le in ordinea indicata. Comanda permite crearea a oricat de multe astfel de obiecte, varfurile 3 si 4 ale fatetei actuale devenind varfurile 1 si 2 ale celei care urmeaza. Un raspuns nul pentru cel de-al patrulea varf conduce la crearea unui triunghi.

inaintea coordonatelor primului varf al muchiei in cauza.

Muchiile unei fatete 3D pot fi invizibile. Optiunea "Invisible”

GROSIMEA A OBECTELOR IN AUTO CAD

Una din proprietatile generale ale obiectelor grafice din desenele AutoCAD este grosimea ("Thickness" in limba engleza). Aceasta este dimensiunea unui obiect pe directia Z proprie, numita si directie de extrudare. Prin atribuirea unei grosimi de valoare diferita de 0, numeroase obiecte din desen pot dobandi aspect spatial (fig. 3). Proprietatea de grosime este prima tentativa de a a conferi a treia dimensiune obiectelor din desenele AutoCAD.

Un obiect are grosime constanta. Obiectele solide, suprafetele spatiale, hasurile, cotele, obiectele negrafice (layer-ele, viewport-urile) nu pot dobandi grosime.

6

Obiecte cu grosime zero, respectiv diferita de zero intr-un desen AutoCAD

Metode de redare a suprafeţelor 3D, luminate de una sau mai multe surse de lumina.

În continuare voi prezenta modele ce se referă la modul de calcul al luminii în toate punctele unei suprafeţe.

Suprafaţa se presupune a fi compusă din faţete poligonale. Ea poate fi reprezentarea exactă a unui corp poliedral sau reprezentarea aproximativă a unei suprafeţe curbe.

MODELUL LAMBERT

Pentru fiecare faţetă se calculează o singură intensitate, cu formula:

Id = k* (Nu · Lu)

unde

Nu – este vectorul unitate normal la suprafaţă iar

Lu – este versorul direcţiei sursei de lumină,

k – este o constantă.

Modelul se bazează pe următoarele presupuneri:

sursa de lumină este la infinit (produsul scalar (Nu · Lu) este atunci constant pe întreaga suprafaţă a poligonului);

observatorul este la infinit ( (Nu · Vu ) este constant pe suprafaţa poligonului);

7

poligonul face parte din suprafaţa de vizualizat şi nu este o aproximare a unui petic de suprafaţă curbă.

Dacă primele două cerinţe nu sunt satisfăcute, se poate adopta o convenţie de calcul al vectorilor L şi V pentru un întreg poligon. De exemplu, cei doi vectori pot fi calculaţi în centrul poligonului.

Dacă ultima cerinţă nu este îndeplinită, intensităţile calculate pentru faţete vecine cu orientare diferită vor fi diferite, evidenţiindu-se aproximarea suprafeţei curbe prin reţeaua de faţete poligonale. Soluţia simplă, de a diviza mai fin suprafaţa curbă nu rezolvă problema, deoarece percepţia diferenţei de intensitate dintre faţetele adiacente este accentuată de efectul de bandă Mach (descoperit de Mach în 1865). Efectul Mach este cauzat de inhibiţia laterală a receptorilor din ochi. Cu cât un receptor primeşte mai multă lumină cu atât mai mult receptorul va inhiba răspunsul receptorilor adiacenţi lui. Efectul Mach se produce atunci când panta curbei de intensitate a luminii variază brusc. In acel loc suprafaţa pare mai luminoasă sau mai întunecată. Deci, efectul de bandă Mach măreşte percepţia schimbării de intensitate pe laturile faţetelor adiacente.

Pentru afişarea cu efecte de lumină a suprafeţelor curbe aproximate prin reţea poligonală se recomandă modelele Gouraud şi Phong, în care intensitatea de afişare a unei faţete se determină ţinându-se cont de orientarea faţetelor vecine.

MODELUL GOURAUD

In modelul Gouraud [GOUR71] se calculează o intensitate în fiecare vârf al suprafeţei de vizualizat pe baza unui model de iluminare local. Intensităţile în toate celelalte puncte ale suprafeţei sunt obţinute prin interpolarea liniară a intensităţilor din vârfuri, pe parcursul generării interiorului poligonului linie cu linie.

Astfel, procesul de redare a unei suprafeţe iluminate după modelul Gouraud este alcătuit din următoarele etape:

1. Se calculează o normală în fiecare vârf al reţelei poligonale.

Normala se poate obţine direct din descrierea analitică a suprafeţei. Pentru cazurile în care reprezentarea reţelei nu conţine normalele în vârfuri, Gouraud sugerează aproximarea normalei într-un vârf prin media normalelor la faţetele adiacente în vârful respectiv.

2. Se calculează o intensitate în fiecare vârf al reţelei, folosind oricare dintre modelele de iluminare prezentate în paragrafele precedente (considerându-se ca normală la suprafaţă, normala vârfului).

3. Se afişează suprafaţa calculând intensitatea într-un punct al unui poligon:

(a) prin interpolarea liniară a intensităţilor vârfurilor, pentru punctele de pe laturi;

(b) prin interpolare liniară între intensităţile de pe laturi, pentru punctele interioare de pe fiecare linie de haşurare (Observaţie: punctele suprafeţei unui poligon se calculează ca în algoritmul Z-Buffer).

Una dintre cele mai importante probleme in sistemele de proiectare si fabricatie asistate de calculator este aceea a modelarii suprafetelor. Modelele trebuie sa ofere flexibilitate in proiectare, care este in esenta o activitate de natura creativa, sa conduca la implementari simple ale calculelor proprietatilor suprafetelor si nu in ultimul rand, sa permita descrierea unor forme oricat de variate.

8

clasic : prin ecuatii implicite sau explicite(exemple: sfera, clilindrul, paraboloidul, s.a.); ca suprafete de forma libera;

Suprafetele de forma libera, la randul lor se impart in doua categorii:

Suprafete obtinute prin baleiere spatiala :

suprafete de rotatie ;

suprafete de translatie;

Suprafete definite prin puncte si vectori tangenti :

suprafete de interpolare, care contin toate punctele date;

suprafete a caror forma si pozitie spatiala este determinata de punctele date; Suprafetele 3D pot fi definite :

Permite nu doar definirea muchiilor unui obiect 3D ci şi suprafeţele sale. 

Mesh – reţea tip plasă cu care se definesc suprafeţele ca o reuniune de faţete.

Densitatea plasei de suprafeţe, sau numărul de faţete, este stabilită cu ajutorul unei matrice de dimensiunea M x

N, similare unei reţele cu N linii şi M coloane, utlizând variabilele de sistem:

-SURFTAB1 – pe direcţia M

-SURFTAB 2– pe direcţia N

- cu cât valorile sunt mai mari cu atât acurateţea suprafeţei este mai bună. Valoare implicită: 6.

CONSTRUIREA UNEI PLASE POLIGONALE

256- se defineşte prin specificarea numărului de noduri pe linii şi pe coloane (M, N) valori între 2

Comanda 3DMESH

3DMESH - Bara de meniu: DRAW Surfaces 3d mesh

- Butonul: (Bara de instrumente Surfaces)

- Command: 3DMESH

Mesh M size: nr. de linii

Mesh N size: nr. de coloane

Vertex (0, 0): coordonatele 2D (3D) pentru primul nod

………….

Vertex (m, n): coordonatele 2D (3D) pentru ultimul nod

PLASE DE SUPRAFETE TRIDIMENSIONALE PREDEFINITE9

Comanda 3D

3D - permite accesul la un set de reţele poligonale predefinite;

- Meniul: DRAW Surfaces 3D Surfaces

- Command: 3D

Box/Cone/Dish/DOme/Mesh/Pyramid/Shere/Torus/Wedge:

- dacă comanda este accesată de la bara de meniu, pe ecran apare caseta de dialog din fig. 6.1;

- după alegerea suprafeţei dorite, AUTOCAD solicită parametrii construcţiei necesari pentru definirea completă a tipului

de suprafaţă indicată.

GENERAREA UNEI PLASE POLIGONALE 3D

- comenzi ce permit generarea suprafeţelor poligonale cu ajutorul unor metode specifice.

Bara de instrumente SURFACES

Comanda RULESURF

RULESURF - deplasarea unei drepte de-a lungul a două muchii – suprafeţe riglate;

- Bara de instrumente Surfaces: icon-ul

- Meniul: DRAW Surfaces Rulesurf

- Command: RULESURF

Select first defining curbe: se selectează prima curbăSelect second defining curbe: se selectează a doua curbă.

   Comenzi ce permit generarea suprafetelor poligonale cu ajutorul unor metode specificate

10

Bara de instrumente SURFACES

Comanda RULESURFRULESURF -         deplasarea unei drepte de-a lungul a doua muchii - suprafete riglate.

      Bara de instrumente Surfaces: icon-ul       Meniul: DRAW  Surfaces  Rulesurf      Command: RULESURF

            Select first defining curve: se selecteaza prima curba            Select second defining curve: se selecteaza a doua curba.

Cele doua curbe de definitie pot fi curbe închise sau curbe deschise, dar ambele trebuie sa fie de acelasi fel.Câteva exemple sunt date în fig. 3.

FIG.3

Tehnici de vizualizare realistica a modelelor spatiale

Utilitatea tehnicilor de vizualizare spatiala realisticaEficienta modelarii spatiale în CAD depinde esential de vizualizarea realistica a modelelor, la o viteza de lucru corespunzatoare, si prin manevre comode. Mediul AutoCAD ofera utilizatorului o gama larga de facilitati de vizualizare, abstracte, simple, sau realistice, sofisticate. Redarea corecta a formei geometrice a obiectelor în mediul virtual este acompaniata de optiuni numeroase de afisare. Modelele pot fi "privite" din orice punct al spatiului virtual, în ansamblu sau în detaliu, muchiile nevizibile pot fi îndepartate din imagine, suprafetele pot fi colorate, luminate, umbrite, îmbracate în texturi de material.

11

Imaginea modelului poate fi proiectata într-un fundal realistic, se poate simula lumina solara, pot fi incluse în imagine elemente de peisaj. Majoritatea facilitatilor de vizualizare nu modifica în nici un fel modelul, ci doar modul în care utilizatorul îl vede pe ecran.

Dintre modalitatile de afisare realistica a modelelor pe ecran, cea mai simplista alternativa este ascunderea muchiilor nevizibile Colorarea suprafetelor este nivelul urmator. Nu numai ca muchiile nevizibile sunt ascunse, dar suprafetele sunt colorate Obiectul nu mai este redat prin conturul sau, ci prin întreaga sa suprafata exterioara, colorata însa uniform. Randarea dezvolta afisarea realistica, prin adaugarea texturilor de material, a luminii ambientale (Utilizarea surselor de lumina virtuale, împreuna cu generarea corespunzatoare a umbrelor apropie considerabil imaginea modelului de lumea reala (fig. 15.1 d). Redarea monocolora a imaginii în carte reduce mult din caracterul ei realistic pe care aceasta îl are pe ecran.

Tehnicile de vizualizare realistica a modelelor spatiale sunt influentate puternic de calitatea echipamentului hard (monitor, placa grafica, memorie RAM, memorie video, etc.). Cu cât imaginea construita este mai realistica, cu atât timpul de generare a acesteia creste pe un anumit sistem de calcul.

Facilitatile de vizualizare a modelelor 3D în mediul AutoCAD includ si posibilitatea de a dispune simultan de mai multe imagini pe ecran) Astfel privitorul, utilizator, proiectant, beneficiar al proiectu îsi poate forma rapid o imagine mentala clara asupra modelului.

Variante de afisare realistica a unui model spatial: a) muchii nevizibile ascunse; b) suprafete colorate uniform; c) imagine randata cu folosirea unor surse de lumina; d) imagine randata cu aplicarea texturilor de material

12

Afisarea wireframe

Cel mai simplu mod de afisare pe ecran a modelului 3D este afisarea "wireframe", adica un schelet simplist al modelului, în care sunt redate muchiile si vârfurile acestuia.

Nu trebuie sa fie confundata modelarea wireframe cu afisarea wireframe! Un model de orice tip (volumic, de tip suprafata) poate fi afisat pe ecran numai prin muchiile si vârfurile sale, pentru economie de resurse hard, pentru a mari viteza de lucru si pentru a vedea usor obiectele din spatiul virtual, oriunde s-ar afla ele. În timpul sesiunii de lucru, afisarea modelelor 3D este în majoritatea timpului de tip wireframe.

Suprafetele plane sunt afisate prin conturul lor în imaginile wireframe. Suprafetele curbe ale solidelor sunt afisate prin muchiile de capat si printr-o serie de muchii intermediare, sub forma unui set de fatete patrulatere. Numarul muchiilor intermediare este stabilit prin variabila de sistem ISOLINES si are implicit valoarea 4. La crearea unui obiect solid cu suprafete curbate, programul anunta valoarea curenta a variabilei mentionate. În de3 mai jos este redat un exemplu de afisare wireframe a unor obiecte solide cu suprafete curbe, pentru diferite valori ale variabilei ISOLINES.

fig.2

Obiecte solide în afisare hidden-line pentru: a) DISPSILH=0; b) DISPSILH=1

Imaginile hidden-line se ploteaza numai din spatiul hârtiei, atribuind viewport-ului respectiv proprietatea "Hide plot", prin caseta de proprietati a viewport-ului sau prin comanda MVIEW.

Colorarea si umbrirea suprafetelor

Un nou pas pentru apropierea imaginilor din desen de cele reale îl constituie colorarea si umbrirea suprafetelor. Termenul în limba engleza este "shade", care se traduce exact prin "umbrire". Procedura consta în colorarea si umbrirea uniforma a suprafetelor plane.

Modele spatiale în afisare colorata si umbrita; imagine de tip shaded

13

Se considera prezenta în desen lumina ambientala, care nu are o sursa alocata, si o sursa de lumina alba uniforma, plasata în spatele utilizatorului, la umarul sau stâng. Sursa este innaccesibila reglarii. Fiecare fateta plana din reprezentarea unei suprafete curbe este colorata si umbrita uniform. Culoarea atribuita este culoarea obiectului sau a fetei respective.

Pentru umbrire, exista doua proceduri. La o umbrire obisnuita, plana, denumita "flat shade", gradul de umbrire se calculeaza dupa raza de lumina incidenta în centrul de masa al fatetei. Gradul de umbrire a doua suprafete adiacente poate diferi mult. Pe o suprafata curba, între doua fatete adiacente care aproximeaza suprafata, apare o delimitare pronuntata, suprafata curba fiind colorata în dungi (fig. 5 a). Daca se aplica procedura de umbrire "Gouraud", umbrirea este calculata ca valoare medie a valorilor din cele trei vârfuri ale unei fatete de afisare. Aceasta face ca diferenta de umbrire între doua fatete adiacente sa fie mai redusa, iar umbrirea suprafetei curbe în ansamblu sa rezulte mai fina (fig. 5 b).

fig. 5

Corpuri cu suprafete curbe, în afisare umbrita plan ("flat shaded"): se observa diferente nete de umbrire între fatetele adiacente de pe suprafetele curbe

Corpuri cu suprafete curbe în afisare umbrita, prin procedura "Gouraud": se observa variatia lina a gradului de umbrire pe suprafetele curbe

Randarea suprafetelor

15.6.1. Particularitati ale randarii

Obiectele din lumea reala nu sunt perfect netede si colorate în culori pure, ideale. Suprafetele lor prezinta asperitati, coeficienti de reflexie, absorbtie, refractie, transparenta de diferite valori. O serie de suprafete exterioare au texturi complicate, policolore. În lumea reala, obiectele sunt iluminate prin variate surse de lumina artificiala, de diferite culori si intensitati, precum si de lumina naturala. Zona neocupata dintre obiecte, "aerul", nu este totdeauna perfect transparenta; ea poate fi cetoasa, cu vizibilitate mai redusa. O imagine

14

realistica tine cont de toate aceste conditii. Randarea este în acest sens o procedura avansata de vizualizare realistica a obiectelor, utila mai ales în spatiul tridimensional.

La ora actuala, randarea imaginilor este operatia care consuma cel mai lung timp în proiectarea în mediul AutoCAD si în oricare alt mediu soft. Randarea se realizeaza în mai multi pasi: redarea corecta a modelelor este urmata de înlaturarea muchiilor momentan nevizibile, elaborarea retelei de colorare si umbrire, stabilirea rezolutiei imaginii. Utilizarea surselor de lumina virtuale si crearea corespunzatoare a umbrelor completeaza procedura de randare. Colorarea suprafetelor necesita si definirea calitatilor optice ale suprafetei materialului. Acesti pasi nu sunt procedurali si nu apar explicit în procedura de randare.

Teoria generarii imaginilor randate este foarte vasta. Ea poate fi obiectul unui volum separat.

15

Norme de proectia muncii

1) Aparatele şi montajele vor fi folosite numai la tensiunea pentru care au fost construite .

2) Nu se vor efectua montaje sau se vor repara aparate aflate sub tensiune.

3) Nu se lucrează cu conductori neizolaţi şi de asemenea nu se lucrează cu mâini ude .

4) Masa de lucru trebuie să fie uscată şi acoperită cu un material izolator .

5) Alimentarea de la reţea se va face printr-un tablou cu siguranţe fuzibile calibrate sau întrerupătoare automate .

6) Părţile metalice ale aparatului sub tensiune vor fi legate la pământ .

7) Uneltele de lucru vor avea mânere izolate, rezistente la tensiunile folosite .

8) Cablurile calculatoarelor vor fi izolate .

16

BIBLIOGRAFIE

1.Manual autoCAD

2.Http://www.metode de generare a suprafetelor 3D.com

3.Http://www.suprafete 3D.com

17