Софт для промышленного дизайнера

От редакции isicad.ru: Ярослав Рассадин, известный промышленный дизайнер, бывший шеф-дизайнер Marussia Motors, обладатель ряда престижных наград, на дня опубликовал в своем блоге интересный пост с обзором программного обеспечения для промышленного дизайна. С любезного разрешения автора перепечатываем его на нашем портале.

Сначала стоит сказать, что интернет забит virtual product design, который никогда не будет сделан. Чаще всего потому что там нарушены нормы эргономики и соотношения цена-качество, но это не мешает выпускать даже книги про несуществующие предметы. Для презентации таких идей подойдет что угодно, можно лепить хоть в Z-Brush. Но промдизайнера интересует именно проектирование — как правило длительный всесторонний процесс, от этапов подготовки технического задания до испытания опытных образцов, отвечающий требованиям, стиля, конструкции, технологии производства, логистики, и чёрт-знает-чего-еще. Я рассмотрю софт, необходимый для создания реальных продуктов, который знаю.

Забудьте про полигоны

Инженеры от полигонов чаще всего получают проблемы, посколько при сглаживании геометрия аппроксимируется, то есть становится приблизительной, размеры плывут, искажается её кривизна и появляется еще ряд проблем, конечно, если вы не делаете простые кубики. Иногда появляются примеры, как человек по фотографиям по управляющей сетке вылепил, например, 3D автомобиль и сделал очень крутые рендеры, это всё годится только в картинку, работать с этим крайне сложно, окажется, что все размеры плавают, и непонятно как сделать из этого конструкцию.

Есть исключения, когда полигоны более удобны. Например, это управления массивами мелкой геометрии. Лампы Росса Лагроува для Artemide удобно делать именно так. Но здесь нужно заранее сидеть с инженером, чтобы договорится о корректном формате и выводе ему данных.

Дизайнеру, чаще всего, нужно работать с кривыми, обычно это NURBS и прочие разновидности (spline, b-spline, t-spline, зависит от софта), из которых отстраиваются поверхности, и затем, различными способами кроятся и сшиваются в окончательную форму.

Смысл их в том, что это математически точные описания линий. Их уже нельзя искривлять как в голову пришло и придется научиться некоему набору правил работы, но это будет компенсироваться правильной кривизной и хорошими соединениями.

Хорошая историческая статья Дмитрия Ушакова на эту тему, для тех кто хочет понять глубже: «NURBS и САПР: 30 лет вместе». Технически\теоретически тоже самое можно сделать и в полигонах, но это невыносимо мучительно, это как рисовать идеальные круги от руки, что сведет в могилу любого моделлера.

В дизайне предметов существует два глобальных принципа построения поверхностей:

1. сначала создаются кривые в пространстве, из них формируется поверхность (в этом случае поверхность зависит от формы исходных кривых, но часто можно накинуть управляющую сетку, отвязаться от кривых),
2. поверхность строится сразу по точкам, и потом искривляется по управляющей сетке.

Модули работы с поверхностями A-class часто идут отдельно. Это один их видов freeform surfaces, просто более продвинутый с возможностями делать более гладкие переходы.

Стоит сказать, что существует классы соединений по кривизне. Чтобы по-настоящему понять, как они работают, в идеале нужно учить математику, и знать, например геометрический смысл производной. Но, для практического применения, придумали кодировку G0, G1, G2, G3, G4 по степени гладкости. A-class может адекватно работать с G2, G3, G4 и реально нужен только автодизайнерам, и тем кто делает продукцию, очень требовательную к качеству поверхностей. В остальном особого смысла в этом нет, потому что не все конечные технологии изготовления могут поддержать заданную точность.

Хорошее объяснение про G0-G4 для чайников, 8 минут, не поленитесь:

Чаще всего, на YouTube показывают как с помощью этой технологии кто-то делает из шарика либо страшную канистру, либо жуткий фотоаппарат. Основная проблема этой технологии таже что и с полигонами, это руки человека, очень легко сделать биоморфное, очень нелегко что-то более серьёзное. Поэтому их нужно использовать очень аккуратно, чаще всего в некоторых местах, и с помощью других модулей соединять с остальными поверхностями, и это их плюс, они интегрированы в систему.

Твердотельное моделирование (Solid modelling)

Параметризация

На примере это выглядит так. Допустим, вы сделали дизайн мобильника и смоделировали корпус. Если сразу работали с инженером, то у вас есть приблизительная начинка, вы отдаете модель, дальше процесс идет без вас. Но в жизни, чаще всего, происходят форс-мажоры. Например, оказалось, у поставщика нет аккумулятора вашего размера, у него есть только большой и он не помещается, у вас ползут пропорции, не лезет экран, и так далее по цепочке. Если все сделано не в параметрическом софте, то все делать заново, будет перестройка всех кривых и поверхностей фактически с нуля. Если было сделано грамотное дерево конструирования, то меняя размер одной части, все остальное (по заданному вами заранее правилу) всё тоже будет двигаться. Второй существенный плюс параметризации, возможность поиска сразу в 3D. Бывает что нарисованное в объеме смотрится ужасно, и все что нужно «подвинуть влево». Оперативно меняя часть, у вас не будет разваливаться вся модель.

Параметризировать можно геометрию с исходными измеряемыми данными, а именно сплайны по конкрентым точкам (координатам в пространсве) и операции построения поверхностей из них. Иногда параметризация частичная, например сплайны нельзя задать параметрами, но можно параметризовать операции построения, обрезки, соединения. Solid Modelling и многие CAD модули, почти всегда с полной параметризацией, они просто так устроены. Freeform, A-class, Shape и прочие с управляющей сеткой не могут быть параметризованы, опять же, только операции с ними, поэтому freeform surfaces можно только использовать в общей модели, как часть процесса, помещая их в нужные места.

В каких-то крупных проектах невозможно добится идеальной параметризации, либо угрохать все время на построение взамосвязей в дереве конструирования, что не всегда даже нужно. Поэтому здесь обычно ищут баланс между затратами сил и времени.

Про софт

Rhinoceros. Очень популярный из-за своей дешевизны (1000$) и понятности. Делает все «ну так». Но в сложном проектировании лезут косяки, что-то не будет сшиваться, где то тупняк, плюс параметризация на нуле, все перестраивать и пошло-поехало. Если человек до этого пользовался иным софтом, то от Рино его начинает колотить, как я наблюдал не раз на практике.

Autodesk Alias Surface 2013

CAD cистемы, дорогие и нередко огромные. Типичные представители NX (Unigraphics), Creo Elements/Pro (бывший Pro\E), CATIA и SolidWorks (Dassault systemes)

Они проектируют всё в буквальном смысле, от первой кривой, до готового изделия в станке. Набираются из модулей, необходимых в конкрентном проектировании (всё учить нет смысла) и заточены под коллективную работу разных специалистов. Они же в свою очередь иногда входят в еще большие мульти-платформы PLM, обеспечивающие весь цикл жизнедеятельности. Их суть в том, что они включают в себя взаимосвязанную систему позволяющую выдать законченный продукт и использовать его в других частях всего процесса. Например, на CATIA разрабатывают самолеты, поезда и термоядерные реакторы.

CATIA V6

Во-первых, можно легко интегрировать и использовать в работе уже готовые инженерные компоненты, если такие имеются. Работать по конкретным размерам и ограничениям. Во-вторых, есть параметризация, и ряд способов сокращения времени в проектировании, в основном за счет интеграции. Поверхности сделанной в A-class модуле может быть придана толщина в соседнем твердотельном, и затем передана дальше в проектирование. Или, например, с твердотельного объекта можно выдернуть поверхность и работать с ней отдельно. Количество таких фишек исчисляется сотнями. В-третьих, инженеры с вами будут разговаривать на одном языке, что немаловажно.

CAD это сложно и дорого, поэтому сложилось, что на практике у дизайнера свой софт, у инженера свой. Обычный разумный пример — Alias или Rhino (дизайнер, поверхности) + СAD (разработчик инженер). Плюс этой связки — будут отличные поверхности. Минус тут же в интеграции первого и второго. Если возникнет нужда что-то поменять, то возникает ряд вопросов. Иногда можно решить их в CAD, иногда нет, и придется обратно кидать в исходный софт. Собственно, это случай с мобильником, описанный выше.

Уровни глубины разработки различные, иногда дизайнеру нужно показать идею, иногда нужно сделать сразу финальные поверхности с заданной точностью. В конкретной работе нужно смотреть что лучше под задачу.

Всё очень отличается по сложности: в разработке табуретки, вероятно, нет смысла использовать Catia, разве что этот табурет с космического корабля. Лучше нарисовать, примитивно смоделировать, или даже сделать макет своими руками Если что-то из промтоваров, типа mp3-плеера или типа того, то вполне сгодится Rhino, чтобы сделать рендер, вырастить прототип на 3d принтере и передать инженеру. Ну а если вас угораздило проектировать скоростной поезд, то вероятно в вашей компании будет стоять CAD система.

Существует еще куча софта, но он, так или иначе работает по тем же принципам.

Cтоит также отметить что не всем дизайнерам вообще нужно моделировать, есть специальные высокооплачиваемые специалисты моделлеры. У нас пока мало именно по дизайну, в основном они все сидят в кино-теле индустрии. Это выбор затрат энергии и сил, и если нужно сконцентрироваться на креативе, идеях, то некоторых людей моделирование модет сковывать, так же как некотрых наоборот раскрепощать, всё индивидуально.

PS: нет времени выписывать все нюансы, дополнения и замечания привествуются.