Знакомьтесь — геометрическое ядро C3D

Ровно год назад со скромного постера на Конгрессе о Будущем Инженерного Программного Обеспечения (COFES) начался путь геометрического ядра C3D на рынок. О том, что интересного произошло за это время, мы и расскажем в данной статье. Но в начале нужно пояснить, что же такое ядро геометрического моделирования и кому оно нужно.

Кому нужно геометрическое ядро?

Каждый разработчик прикладного решения стоит перед выбором: писать ли необходимые математические алгоритмы самому или приобрести сторонний компонент. У каждого подхода есть свои плюсы и минусы.

Что дает разработчику использование стороннего ядра? Главное — это возможность быстро повысить функциональные возможности своего продукта, не занимаясь решением задач геометрического моделирования, а работая над прикладными задачами приложения. Второй важный момент — это снижение затрат на разработку продукта, ведь математические алгоритмы — самая сложная и трудоемкая часть систем автоматизированного проектирования.

Основные потребители геометрического ядра — это разработчики САПР, производители 3D-пакетов. Но не стоит забывать о том, что ядро может пригодиться и учебным заведениям! В частности, оно поможет в обучении студентов по курсам Начертательная геометрия, Машинная графика, Геометрическое моделирование и Вычислительная геометрия, для обучения будущих математиков-программистов и разработчиков САПР. Использовать напрямую ядро (а не API CAD-систем) можно при выполнении научно-исследовательских работ, которым требуется построение трехмерных геометрических моделей. Кроме того, ядро геометрического моделирования может использоваться как при написании вузовского специализированного программного обеспечения, так и для создания коммерческого ПО в рамках малых инновационных предприятий, активно создаваемых при университетах.

Кстати, про предприятия. Если в организации есть сложные, узкоспециализированные задачи, для решения которых на рынке нет программного обеспечения (или оно по каким-то причинам недоступно), то лицензирование ядра позволит такое ПО создать самим. Конечно, в штате предприятия должны быть программисты и аналитики, обладающие необходимым опытом и знаниями.

Как видите, задач для геометрических ядер много, а самих ядер — очень мало. Полноценные коммерческие ядра геометрического моделирования разработаны единичными командами в мире, а в России компания АСКОН — единственная, кому это удалось. И сейчас как раз время поговорить о нашем C3D.

Что такое C3D?

Решение о написании собственного геометрического ядра было принято в компании АСКОН в 1995 году в рамках начала работ по созданию системы трехмерного моделирования КОМПАС-3D, коммерческий выпуск которой состоялся в 2000 году. До 2012 года ядро не было коммерческим продуктом и использовалось только в составе собственной САПР КОМПАС-3D. Все эти годы оно совершенствовалось, обеспечивая функциональное развитие КОМПАС-3D. Перечислим основные вехи:

• 2000 год: создано достаточное для использования в САПР количество алгоритмов трехмерного твердотельного моделирования;
• 2001 год: реализация решателя геометрических ограничений и конвертеров в основные обменные форматы данных;
• 2002 год: создание механизма построения ассоциативных видов по трехмерным моделям;
• 2003 год: появление основ поверхностного моделирования;
• 2004 год: описание математических алгоритмов создания элементов листового тела;
• 2005 год: реализация многотельного моделирования;
• 2007 год: поддержка каркасной модели;
• 2008 год: реализация кинематических сопряжений для моделирования механизмов;
• 2009 год: поддержка атрибутов геометрической модели;
• 2010 год: появление полноценного поверхностного моделирования;
• 2011 год: реализация кроссплатформенности;
• 2012 год: реализация элементов прямого моделирования.

17 лет команда разработки развивала геометрическое ядро: совершенствовала его архитектуру, создавала новую функциональность, модернизировала ранее реализованные методы. Без уникального опыта, основанного на практическом применении КОМПАС-3D на десятках тысяч рабочих мест, невозможно было бы говорить о возможности выпуска C3D в свободное коммерческое плавание. Создать конкурентоспособное ядро с нуля, без опыта практического применения, просто невозможно.

На сегодняшний день ядро C3D — единственное в мире, объединяющее в одном продукте три важнейших модуля САПР:

• геометрический моделировщик C3D Modeler, предоставляющий достаточный набор возможностей для твердотельного и гибридного моделирования, эскизирования и 2D-черчения;
• решатель геометрических ограничений C3D Solver, позволяющий накладывать вариационные зависимости на 2D и 3D элементы геометрической модели;
• конвертер данных C3D Converter, обеспечивающий чтение/запись геометрической модели в основные обменные форматы.

Первопроходцы

Рис. 1 ESPRIT Extra CAD

Кстати, говоря о заказчиках C3D, не будем обходить вниманием и компанию АСКОН, которая в феврале выпустила КОМПАС-3D V14 (рис. 2) — 3D-САПР, построенную на новейшей, уже четырнадцатой, версии ядра C3D. Все текущие разработки АСКОН сегодня также базируются на нашем программном компоненте.

Рис. 2 КОМПАС-3D V14

Что нового в C3D V14?

C3D Modeler

Функциональные возможности модуля:

• моделирование тел;
• моделирование поверхностей;
• моделирование листовых тел;
• триангуляция геометрической модели;
• вычисление инерционных характеристик модели;
• анализ столкновений элементов модели;
• построение плоских проекций и разрезов модели.

Рис. 3а
Исходная ситуация

Рис. 3б
Было возможно ранее

Рис. 3в
Остановка скругления

Рис. 3г
Остановка с площадкой

В операциях Оболочка, Придание толщины и Эквидистантная поверхность, имеющими в своей основе общие алгоритмы, появилась возможность обработки вырождения коротких ребер и поверхностей (граней). Для поверхностей возможна обработка как явного (невозможность создания эквидистанты), так и неявного вырождения (поглощение соседними гранями). Наглядно это видно на рисунке 4.

Рис. 4а Оболочка: было

 

Рис. 4б Оболочка: стало возможным

Рис. 5 Эллиптическая обечайка и ее развертка

C3D Solver

В новой версии появилась возможность диагностики переопределенных систем ограничений. В КОМПАС-3D данная функция реализована в виде выделения оранжевым цветом «лишних» ограничений (см. рис. 6).

Рис. 6 Переопределенный эскиз в КОМПАС-3D

Рис. 7 Параметризация NURBS

C3D Converter

На сегодняшний день модуль поддерживает следующие форматы:

• STEP (чтение/запись);
• Parasolid (чтение/запись);
• ACIS (чтение/запись);
• IGES (чтение/запись);
• STL (запись);
• VRML (запись).

Мы перечислили только основные новинки, всего их в новом релизе намного больше. Большинство из них уже нашли свое применение в только что вышедшей системе трехмерного моделирования КОМПАС-3D V14. И, мы надеемся, еще найдут свое применение в новых системах, создаваемых нашими текущими и будущими пользователями.

Ядро геометрического моделирования C3D доступно для лицензирования всем разработчикам САПР и прикладных решений, вузам и промышленным предприятиям. На три месяца компонент можно получить на бесплатное тестирование. Вся документация на продукт доступна онлайн. Для удобства ознакомления с ядром разработано небольшое приложение под операционные системы Windows и Linux, которое доступно в исходных текстах. По всем вопросам, связанным с C3D, обращайтесь на почту c3d@ascon.ru.

Также не забывайте, что у вас есть возможность лично задать вопросы авторам статьи на семинаре «Геометрическое ядро C3D», которое состоится 30 мая в Петергофе.

Об авторах

Авторы статьи — «костяк» команды геометрического ядра C3D:

Николай Голованов, архитектор, руководитель разработки, кандидат технических наук. В АСКОН 17 лет.

Олег Зыков, директор по продукту C3D. В АСКОН 12 лет.

Юрий Козулин, руководитель разработки C3D Modeler, кандидат технических наук. В АСКОН 7 лет.

Александр Максименко, руководитель разработки C3D Solver. В АСКОН 13 лет.