Проектирование кораблей происходит в цифровом пространстве уже давно. И в любой проектной компании, независимо от ее размера, в процессе проектирования используется широкий спектр различных прикладных программ для моделирования и выполнения определенных судостроительных расчетов. Все эти программы обычно разрабатываются разными компаниями. Часто результаты, полученные в одной программе, используются как входные данные для другой. Обмен данными не представляет большой проблемы, если это набор числовых данных. Даже если выходной формат одной программы не соответствует входным данным другой, можно исправить данные вручную, в текстовом редакторе или переформатировать в Excel.
Обычно с передачей текстовых и числовых данных проблем не возникает, но в большинстве расчетов также используются геометрические данные, такие как геометрия поверхности корпуса корабля. Проблемы часто возникают при обмене геометрической информацией.
Начнем с того, что геометрию поверхности корпуса корабля можно представить как набор сечений и как набор сечений поверхностей NURBS. Представление поверхности в виде набора сечений сейчас используется все реже и реже, поэтому в данной статье оно не представляет интереса. Намного важнее понять возможные варианты переноса NURBS поверхностей.
Рассмотрим преимущества представления NURBS для обмена данными:
- компактность геометрического изображения поверхности. NURBS не содержит точек поверхности, а коэффициентов ее математического представления. Используя эти коэффициенты, вы можете легко получить любую точку на поверхности и все геометрические характеристики поверхности в этой точке.
- известные методы расчета координат точек поверхности и их геометрических характеристик.
- поддержка NURBS поверхностей большинством известных программ.
Однако у NURBS-поверхностей есть свои особенности.К особенностям поверхностей NURBS относятся:
- использование тетраэдрических участков поверхностей с представлением в UV-пространстве.
- возможное возникновение особенности некоторых точек поверхности, в которых невозможно однозначно определить геометрические характеристики поверхности.Например, вырождение одной из границ в точку при построении треугольного сечения поверхности.Подробнее о поверхностях NURBS здесь.
Обработка особенностей поверхности.
Отличия в реализации алгоритмов расчета геометрических характеристик поверхности как раз основаны на конкретных методах обработки возникающих особенностей поверхности. Это необходимо учитывать при моделировании поверхности для дальнейшего использования в той или иной программе, например, CADMATIC легко импортирует поверхность с особыми точками, а FORAN выдает сообщение об ошибке.
Точность чисел с плавающей запятой в транспортных текстовых файлах.
Формат файла IGES часто используется для передачи данных с моделей поверхности. Проект IGES был начат в 1979 году группой пользователей САПР и поставщиков программного обеспечения, поддерживаемых NIST и Министерством обороны США. Файл IGES состоит из 80-символьных строк ASCII и может содержать почти все геометрические данные, используемые при моделировании и производстве, от линий, поверхностей и твердых тел до дополнительной семантической и технологической информации. Подробное описание формата файла доступно в Интернете.По сути, этот формат отличается от других файлов обмена геометрическими данными, таких как STEP, только своим внутренним представлением.
Просто отметим, что большинство этих файлов для простоты использования на различных типах компьютеров представляют собой текстовые файлы. Это накладывает определенные ограничения на передачу цифровых данных с плавающей запятой, такие как импорт поверхности в AVEVA - это требует минимальных промежутков между областями поверхности. В этом случае бесполезно увеличивать точность представления поверхности в вашей программе, если количество значащих цифр при передаче данных в AVEVA недостаточно для обеспечения требуемой точности.
Изменение формы участков поверхности.
При использовании различных программ моделирования поверхности возможно изменение формы поверхности при переходе из одной программы в другую. Несколько раз я видел следующее описание функции импорта в руководствах некоторых программ: «Недостаточно гладкая поверхность будет автоматически улучшена при импорте». Что значит "недостаточно гладко"? Как будет улучшена поверхность? Это должно настораживать. Это может привести к неконтролируемому изменению формы поверхности.
Различия в обработке обрезаных поверхностей.
Из-за ограничений на количество граничных линий NURBS-поверхностей (обычно используются три или четыре границы) при моделировании широко используется обрезка участков поверхности. На участке поверхности определяется контур, вне которого поверхность не отображается, визуализируются и вычисляются только те точки поверхности, которые лежат внутри контура. Если есть необходимость в вырезе внутри поверхности, определяется внутренний контур. Комбинация внешнего и внутреннего контуров образует контур поверхности.
Для многих форматов передачи данных правильное определение контуров обрезных поверхностей является определенной проблемой. Каждый контур может состоять из кривых и / или полилиний, представленных как 3D-линии или 2D-линии в UV-пространстве области поверхности. Все эти варианты определения контуров разрешены в большинстве форматов передачи данных, но они не всегда четко понимаются при импорте геометрии в конкретную программу.
Контур задан как набор 3D-кривых или полилиний.
При импорте таких поверхностей необходимо понимать, что в конечном итоге контур должен быть представлен набором двумерных линий в UV-пространстве области поверхности. В этом случае программа импорта должна рассчитать положение точек контура в UV-пространстве как проекцию трехмерного контура на площадь поверхности. В некоторых случаях, если контурные линии удалены от поверхности, возможна ошибка определения UV-контура. То есть при такой конструкции происходит потеря точности, что приводит к возможным зазорам между участками поверхности в модели. Иногда невозможно правильно построить контур обрезки по трехмерному контуру для треугольных участков поверхности, в которых одна из границ является вырожденной. Несколько раз возникала ситуация, когда программы меняли форму поверхности при импорте, так как контурные кривые среза располагались на значительном удалении от поверхности.
Контур задан как набор 2D кривых или полилиний.
Как правило, такие контуры импортируются правильно. Просто обратите внимание, что предпочтительнее использовать кривые, а не полилинии. Использование полилиний снижает точность представления границ контура и в то же время увеличивает количество точек контура. Фактически, это аппроксимация кривой набором прямых линий, и точность представления контура будет зависеть от количества точек в ломаной линии. В любом случае использование кривых в качестве контурных границ увеличивает точность представления и делает его намного более компактным.
В моей практике довольно часто поверхность, сделанная в одной программе, дорабатывается в другой. Например, якорная ниша строится другой программой на основной поверхности корпуса с закругленными краями. После этого окончательная поверхность передается на изготовление рабочей документации на корпус корабля, при этом на всех обработанных поверхностях кривые автоматически заменяются полилиниями. Имейте в виду, что некоторые программы моделирования поверхностей могут искажать импортированные поверхности таким образом, что это не всегда сразу заметно. Проблемы возникают при выпуске рабочей документации или непосредственно на производстве. Поэтому, несмотря на то, что в большинстве программ используется один и тот же математический аппарат, есть важные нюансы, которые могут повлиять на форму переносимых поверхностей.