Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние вопроса и постановка задач исследований 11
1.1. Анализ эстетических, художественно-проектных и технологических задач изготовления скульптурных изделий из камня 11
1.1 Классификация скульптурных композиций 13
1.2 Современные стили скульптурных композиций и требования потребителя к качеству изделий 21
1.3 Анализ технологических процессов изготовления скульптурных изделий из природного камня 26
1.4 Обзор современных технологий сканирования пространственных объектов 30
1.5 Информационные технологии поддержки жизненного цикла изделий 41
1.6 Постановка задач исследований 48
Выводы по главе 49
Глава 2. Исследование эстетических свойств природного камня для производства скульптурных изделий и композиций 51
2.2 Основные физические свойства природного камня 60
2.3 Эстетические свойства природного камня 66
2.4 Методика исследования эстетических свойств природного камня для производства скульптурных изделий и композиций 68
Выводы по главе 88
Глава 3. Разработка системы художественно-технологического проектирования и реставрации скульптурных объектов методом обратного инжиниринга 89
3.1 Общий алгоритм функционирования системы 91
ART-CAM «Скульптура» 91
3.2 Выбор базовых программных средств для задач художественного и технологического проектирования 99
3.3 Универсальная система ЗБ-моделирования «Blender» 106
3.4 Специализированные программные пакеты первичной обработки информации со сканеров 108
3.4.1 Система обработки и оптимизации данных с ЗО-сканеров - «Meshlab» 103
3.4.2 Система обратного инжиниринга - «Geomagic Studio» 111
3.4.3 Открытая система сканирования объектов - «David Laser Scanner» 113
3.4.4 Комплекс бесконтактных измерений «Форма» 116
3.5 Интеграция программно-аппаратных средств системы «Скульптура» 126
Выводы по главе 131
Глава 4. Разработка аппаратно-программных средств ввода-вывода графической информации 133
4.1 Обзор методов обработки графической информации 133
4.2 Интегрально-дифференциальный метод обработки геометрических данных, получаемых с ЗБ-сканеров 138
4.3 Практическое применение системы «Скульптура» 154
Выводы по главе 164
Глава 5. Обоснование применения интегрированного комплекса «Скульптура» 165
Выводы по главе 169
Заключение ; 170
Литература 173
- Современные стили скульптурных композиций и требования потребителя к качеству изделий
- Основные физические свойства природного камня
- Выбор базовых программных средств для задач художественного и технологического проектирования
- Интегрально-дифференциальный метод обработки геометрических данных, получаемых с ЗБ-сканеров
Введение к работе
Актуальность темы
Высокая конкуренция на внутреннем и мировом рынках сложных
изделий из природного камня (мозаики, рельефы, скульптуры, гравированные панно и т.д.) вынуждает отечественные камнеобрабатывающие предприятия изыскивать возможности для освоения новых технологий, повышать качество и снижать себестоимость выпускаемой продукции.
Наиболее трудоемкими художественными изделиями камнеобработки являются скульптуры и барельефы. В то время как потребность в таких изделиях возрастает, производство их в значительной степени остается на уровне ручных камнерезных мастерских. Появившиеся в последние годы высокопроизводительные и прецизионные многокоординатные станки типа «обрабатывающих центров» с числовым программным управлением (ЧПУ) позволили автоматизировать технологический процесс изготовления рельефных и скульптурных изделий. Применение обрабатывающих центров с токарно-фрезерно-шлифовально-полировальными технологическими методами в камнеобработке требует организации компьютерной технологии подготовки производства сложных изделий. Однако высокопроизводительной и высокоточной обработки недостаточно. При производстве, реставрации и репликации сложных изделий из камня необходимы компьютерные технологии моделирования и ввода информации о пространственном объекте. Широко применяемые в машиностроении контактные измерительные системы непригодны для измерения художественных изделий из-за возможного механического изменения и даже разрушения объекта искусства. В связи с этим активно внедряются и разрабатываются системы бесконтактного измерения, лежащие в основе современного принципа обратного инжиниринга.
Сохранение скульптурного наследия, создание точных копий-реплик произведений искусства является актуальной задачей, которая без нового
подхода к процессам измерения и контроля качества не может быть успешно
решена. В связи с этим тема диссертационной работы представляет научно-практическую ценность для камнеобрабатывающих предприятий, изготавливающих различную номенклатуру скульптурных изделий и рельефных деталей декора.
Цель исследования
Создание компонентов комплекса программно-аппаратных средств для
технологической подготовки производства, реставрации и обеспечения качества производства сложных рельефных и скульптурных изделий из камня на основании принципа обратного инжиниринга с использованием интегро-дифференциального метода аппроксимации результатов бесконтактного измерения формы и определения факторов, влияющих на изменение декоративности художественного объекта в объемно-пространственной среде.
Для достижения цели в диссертации решались следующие основные задачи:
разработать структурный алгоритм функционирования интегрированной компьютерной системы технологической подготовки производства и реставрации скульптурных изделий;
в соответствии с разработанным структурным алгоритмом создать пользовательскую модульную среду системы «Скульптура» с использованием открытого программного обеспечения;
уточнить методику оценки декоративности скульптурной композиции с учетом факторов окружающей среды;
обеспечить техническую возможность бесконтактных измерений посредством доступной аппаратной поддержки;
разработать принцип интерпретации результатов измерений для передачи в модули подготовки технологического процесса на оборудовании с ЧПУ.
Объект исследования
В качестве объекта исследований были выбраны процессы художественного
и компьютерного проектирования и реставрации художественных изделий из природного камня методом обратного инжиниринга с использованием
программно-аппаратного комплекса бесконтактных измерений «Форма» фирмы Логос. Этот комплекс имеет все необходимые характеристики для обеспечения заданной точности измерений, анализа результатов измерений, их интерпретации для последующего технологического процесса. В качестве экспериментальной базы была выбрана лаборатория фирмы Логос и учебная лаборатория компьютерного дизайна на кафедре ТХОМ МГГУ.
При выборе объекта исследования учитывались следующие факторы:
применение модульной структуры построения системы реинжиниринга;
использование широко распространенных аппаратных компонентов;
принципиальная и практическая возможность компьютерного реинжиниринга с использованием бесконтактного измерения на основе проецирования последовательности контрастных световых полос на объект измерения.
Основная идея работы
Оптимизация творческих процессов проектирования и компьютерной
реставрации сложных скульптурных изделий из камня, обеспечение качества изготовления и реставрации сложных скульптурных изделий из камня должно основываться на интеграции бесконтактных средств измерения пространственных объектов с компьютерными системами дизайна и интеграции процессов технологического проектирования (ART-CAM) с современными программными средствами обработки и преобразования трехмерной графической информации, а также учитывать объемно-пространственные структуры рассматриваемого объекта и среды использования для достижения композиционной гармонии.
Общая методика исследования
Поставленные в работе задачи решаются компьютерными методами 3D-
моделирования, инструментальными средствами разработки прикладных программных приложений, бесконтактными методами измерений объектов, сопоставлением результатов измерений мастер-моделей и результатов технологического производства реплик по измеренным мастер-моделям.
Дизайн скульптурных композиций выполняется на основании анализа закономерностей создания художественных композиций в архитектуре и камнерезном творчестве с учетом современных научных и практических разработок в области технологий камнеобработки, петрологии, геммологии и дизайна.
Научные положения, выносимые на защиту и их новизна
1. Интеграция технологических, конструкторских и художественных процессов
в единую программно-аппаратную систему по предложенной автором работы
схеме позволяет повысить эффективность процесса реставрации и копирования
сложных художественных изделий на технологическом оборудовании с ЧПУ.
Гибкость и эффективность такой системы обеспечивается модульностью и
взаимозаменяемостью программных и аппаратных компонентов.
2. Разработанная автором методика оценки эстетических свойств скульптурной
интерьерной композиции позволяет проводить оценку декоративности с учетом
факторов окружающей среды.
Впервые, применительно в камнеобрабатывающей области использован интегро-дифференциальный метод аппроксимации данных бесконтактного измерительного прибора.
Экспериментально показано, что применение разработанной автором интегро-дифференциальной математической модели для восстановления и описания сложных рельефных объектов по результатам бесконтактных измерений дает аналогичный или более высокий уровень аппроксимации по сравнению с традиционным кубическим методом, при наименьших вычислительных затратах. Установлено, что использование упрощенного интегро-дифференциального метода, по сравнению с базовым дает прирост в скорости аппроксимации ~ 20% и сохранении заданной точности при последующей механической обработке заготовок изделий.
Практическое значение работы
- на базе проведенных исследований разработан алгоритм
функционирования интегрированной системы «Скульптура», создана
модульная прикладная пользовательская система с использованием открытых программных продуктов художественно-технологического проектирования, методика проектирования, реставрации и восстановления скульптурных и рельефных изделий из камня прошла испытания на ООО «Фирма-Логос» и рекомендована к внедрению на камнеобрабатывающих предприятиях;
показана на практике возможность применять интегро-дифференциальный метод для описания художественных объектов, разработанный алгоритм аппроксимации интегрирован в программно-аппаратный комплекс «Форма»;
разработаны рекомендации по подбору и оценке гармоничности скульптурных композиций с использованием природного камня, учитывающие изменения декоративности в зависимости от факторов объемно-пространственной среды;
создано практическое руководство технологу-дизайнеру по использованию возможностей бесконтактного измерения координат точек поверхности объектов, реализованных в интегрированной компьютерной системе «Скульптура».
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение:
на ежегодных научных симпозиумах «Неделя Горняка»; (Московский государственный горный университет) в 2005, 2006, 2007, 2008, 2009 г.г.;
на «Ежегодной Международной Интернет ориентированной конференции молодых ученых и студентов по современным проблемам машиноведения» (МИКМУС 2005, 2006 г.г.), Институт машиноведения им. А.А.Благонравова (ИМАШ) РАН;
на XIII Международной научной конференции «Недра 2008»; Московский государственный горный университет, 2008 г.
Личный вклад автора
Произведен анализ результатов комплексного экспериментального исследования;
Выполнено аналитическое и практическое обоснование возможности применения интегрированного подхода к процессам художественного и технологического моделирования и реставрации художественных объектов из камня.
Реализация выводов и результатов работы:
- на кафедре ТХОМ МГГУ при подготовке учебно-методических
материалов по дисциплине «Информационные технологии
художественной обработки изделий из камня»
- на фирме «Логос» при измерении скульптурных изделий.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы. Работа изложена на 181 странице машинописного текста, содержит 10 таблиц, 79 рисунков, библиография включает 90 наименований.
Современные стили скульптурных композиций и требования потребителя к качеству изделий
XX век ознаменовался революционными переменами в скульптуре и живописи. Великое разнообразие новых направлений, стилей, тематики и, материалов одарило человечество несметным богатством новых удивительных творений.
Со времен итальянского Возрождения до начала XX века от скульпторов ожидали создания более или менее точных (пусть иногда сентиментальных или идеализированных) образов реального мира. Лишь крайне редко скульптура становилась формой самовыражения личности мастера. Скульптор работал, как правило, в камне, глине или бронзе.
Появление кубизма (нач. XX в.), основоположником которого являлся Пабло Пикассо и зародившегося в живописи, быстро затронуло и другие стороны искусства, не миновав и скульптуру. Из кубизма возникли конструктивизм, футуризм, дадаизм, функционализм и примитивизм. Идеи последних двух течений благополучно эксплуатируют и продвигают современные художники и дизайнеры. Примитивизм привел многих мастеров к упрощению форм и все большему сближению с чистой абстракцией без утраты некоего высшего смысла [5].
Скульптура конструктивизма (пик развития - 70-е годы XX в.), в противовес кубизму, направлена на повышение функциональности, эргономики, и зародила основы современного промышленного дизайна [6], [7]. Несмотря на появление таких положительных и утилитарных направлений, появилось так называемое антиискусство, во главе которого были все те же выходцы конструктивизма - дадаисты [8], [9]. Основными принципами дада были иррациональность, отрицание признанных канонов и стандартов в искусстве, цинизм, разочарованность и бессистемность. В скульптуре это отразилось в создании скульптурных композиций на основе случайных предметов, мусора, и основное назначение вкладывалось в эмоциональность. Скульптура стала модернистской (получила признание после Второй мировой войны). В начале 1960-х гг. наибольшую известность в искусстве приобрело направление поп-арт. Будучи модернистским, оно пропагандировало потребительские свойства. К характерным творениям поп-арта относятся бронзовые пивные банки Джаспера Джонса или гигантские виниловые гамбургеры и рожки мороженого Класа Ольденбурга [10].
В настоящее время в связи со стремительным развитием техники, улучшением уровня жизни, появлением индивидуального элитного строительства и появлением общей тенденции на максимальное использование природного материала в отделке интерьеров и экстерьеров происходит формирование новых стилей скульптурных композиций из камня, как на основе известных стилей, так и появление новых, диктуемых синтезом утилитарности, красоты, натуральности и индивидуальности.
Технологичность и дешевизна производства, легкость монтажа и эксплуатации, возможности демонтажа и утилизации - вот те параметры, которые характеризуют современное производство любых изделий, в том числе и из природного камня. Именно эти параметры формируют вид жизненного цикла изделия, а современное производство позволяет сформировать наиболее выгодный способ реализации этого жизненного цикла.
Но несмотря на кажущиеся функциональные приоритеты, красота не утратила своих качеств, она трансформируется под влиянием времени и эволюционирует. Современные технологии диктуют совершенно иное качество и функциональность изделий, нежели четверть века назад. Скорость производства, технологичность, эксплуатационные качества неуклонно улучшаются. Это хорошо заметно на появлении новых синтетических композитных материалов, имитирующих природные. Например, существует много разновидностей керамогранитов, которые широко используют в архитектуре. В имитации драгоценных камней, например алмазов, техника очень далеко шагнула вперед, поэтому отличить визуальные и технологические свойства этих камней порой бывает невозможно, чего нельзя сказать о поделочных и облицовочных материалах, таких как мрамор, мраморизованные известняки и доломиты, лабрадориты, серпентениты и яшмоиды. В современном обществе ценность этих природных материалов и их красота как никогда высоки. В связи с этим актуальна разработка новых художественных форм для этих материалов, пересмотр назначения и материалов привычных вещей. Одной из тенденций в производстве современных скульптурных композиций является обращение к формам классической римской скульптуры, копирование визуальной техники данного стиля и перенос на современные сюжеты.
Немаловажной задачей современных технологий является сохранение культурного наследия, сохранение скульптурных памятников, их охрана и изучение, реставрация и создание копий для замены оригиналов на их исторических и других местонахождениях.
Приведенная схема на Рис. 1.10 иллюстрирует факторы, учитываемые на различных этапах формирования скульптурной композиции на начальной проектировочной стадии жизненного цикла изделия. Также из схемы видны некоторые основные параметры и потребительские свойства скульптурных изделий.
Рассматривая современный скульптурный объект или скульптурную композицию, можно выделить основные жизненные этапы и свойства, на которых формируется облик и назначение скульптуры. Перечислим эти этапы и свойства и их вклад в формирование образа скульптуры.
Основные физические свойства природного камня
В облицовочных работах камень является одним из основных декоративных материалов. Кроме того, он служит защитой поверхности зданий, сооружений, особенно фасадов. Оба ведущих свойства камня -декоративность и долговечность - тесно взаимосвязаны, и при производстве изделий необходимо учитывать условия сохранения в течение длительного времени этих качеств.
Заготовки для изделий из природного камня выпиливаются из блоков-заготовок или, что значительно реже, непосредственно из массивов. Изделия из гранита, базальта, габбро, лабрадорита, мраморов и некоторых других пород природного камня в основном используют для отделки зданий или сооружений, к которым предъявляются высокие архитектурные, художественные или специальные требования.
Архитектурно-строительные детали из природного камня, такие как фасадные элементы зданий, базы, капители колонн, балясины, карнизы, элементы порталов, тяг и т.п. не являются предметом массового выпуска и изготовляются в основном по индивидуальным рабочим чертежам в единичных заказах [36, 37, 41].
Приведем список наиболее популярных горных пород, материалов и их свойств для производства скульптурных и архитектурных объектов строительства и декора.
Гранит (от латинского «гранум» - зерно) - самая распространенная горная порода. Имеет ярко выраженную зернисто-кристаллическую структуру и состоит в основном из полевых шпатов, кварца, слюды и других минералов. По величине зерен граниты делятся на мелкозернистые, среднезернистые, крупнозернистые. Цветовая «палитра» гранита чрезвычайно богата. Чаще всего встречается серый гранит разных оттенков - от светлого до темного. Бывает также розовый, оранжевый, красный, голубовато-серый и иногда голубовато-зеленый гранит. Исключительно редки граниты с голубым кварцем. Наиболее ценными в декоративном отношении считаются следующие разновидности гранитов: мелкозернистые светло-серые с голубым оттенком, насыщенно темно-красные и зеленовато-голубые. Гранит хорошо полируется, сохраняя зеркальный блеск поверхности в течение долгого времени, легко поддается теске, что позволяет создавать различные фактуры. Для создания декоративных эффектов некоторые разновидности гранитов подвергают термической обработке. Светло-серые граниты приобретают после этого нежный сахарно-белый оттенок.
Благодаря своим высоким механическим показателям и эксплуатационным свойствам гранит широко применяется в строительстве цокольных конструкций, в облицовке набережных, фасадов зданий, а также пола в местах с большим человекопотоком. Мелкозернистый гранит используют в скульптуре (поскольку его структура позволяет проводить ударную обработку), а крупнозернистый - для возведения монументальных сооружений. Очень часто к гранитам относят сиениты, которые отличаются от гранитов менее выраженной зернистостью и отсутствием кварца (благодаря этому они лучше поддаются обработке). Сиениты темнее гранитов: обычно они имеют серый, темно-серый, серо-голубой, темно-розовый цвета. Применяются в строительстве точно так же, как и граниты.
Габбро - глубинная зернисто-кристаллическая порода. Имеет ту же структуру, что и гранит: мелко-, средне- и крупнозернистую. Отличается повышенной вязкостью и стойкостью к выветриванию. В габбро отсутствует кварц, поэтому камень легко поддается механической обработке, очень хорошо полируется и долго сохраняет блеск поверхности. Габбро представлен цветовыми оттенками от темного серо-зеленого до черного. Благодаря некоторой прозрачности плагиоклаза полированная поверхность камня приобретает хорошо выраженную глубину, что выгодно отличает габбро от других горных пород черного цвета. Например, от базальта. Довольно эффектно выглядит сочетание черного полированного и светлосерого сколотого габбро, которое используют при составлении рисунков и орнаментов. В качестве облицовочного материала обычно применяют мелкозернистый зеленовато-черный и черный габбро. Габбро отлично переносит морозы. Поэтому его широко используют для облицовки фасадов, отделки общественных зданий, при создании монументальных сооружений, реже - в частных интерьерах. Полы из габбро в местах с интенсивным движением быстро теряют полировку.
Эта горная порода была впервые обнаружена на полуострове Лабрадор. Лабрадорит — глубинная зернисто-кристаллическая порода, основным составляющим которой является плагиоклаз лабрадор. Выделяют два вида лабрадоритов: черные и серые. Наиболее распространены черные лабрадориты. Особенный декоративный эффект придают этому камню мерцающие радужные пятна иризации сине-зеленых, васильковых, золотисто-желтых и красных оттенков. Камни в голубых, синих и зеленоватых тонах увеличивают декоративную ценность породы. Лабрадорит чаще всего используется в полированном виде. Камень обладает высокой прочностью и морозостойкостью, что позволяет с успехом применять его во внешней отделке зданий. Но его используют и внутри помещений - для облицовки полов, цоколей стен, колонн.
Песчаник - осадочная порода, состоящая из сцементированного песка. Песчаники бывают серого, зеленого, красного, желтого, коричневого и бурого цветов. Декоративными считаются мелкозернистые красные, шоколадно-коричневые и зеленые разновидности песчаника, которые с успехом используются для наружной облицовки. Песчаник довольно пористый материал, поэтому использовать его для отделки элементов, соприкасающихся с водой, нежелательно. Песчаники не поддаются полировке, поэтому самые популярные фактуры песчаника - фактура скалывания, пиленая, иногда шлифованная фактура. Песчаник легко обрабатывается, но достаточно сильно крошится, поэтому выполнение художественных рельефных элементов с крупными элементами наиболее целесообразно.
Выбор базовых программных средств для задач художественного и технологического проектирования
На рисунке видно иерархическое дерево технологического процесса. В данном примере рассмотрена деталь, но это может быть и сборка. Технологический процесс состоит из технологических операций, а операции состоят из технологических переходов. Каждый пункт дерева технологического процесса содержит всю необходимую информацию о данной операции. Информация может быть получена из имеющейся базы данных или введена вручную, тем самым, пополнив технологическую библиотеку.
Программа «T-Flex / ТехноПро» позволяет в любой момент открыть существующий технологический процесс, внести корректировки и произвести перерасчет основного и вспомогательного времени, режимных параметров, быстро получить новый процесс на основе существующего, сформировать документацию, такую как Операционная карта (ОК), Карта наладки инструмента (КН/П), Ведомость обрабатываемых деталей (ВОД), Карта заказа на разработку управляющей программы (КЗ/П) и другие необходимые дополнительные документы [55].
Предварительно протестировать процесс обработки позволяют такие пакеты имитационного моделирования процессов, как ArtCam, T-Flex NCracer 3D и другие. Возможности этих программ нельзя недооценивать, они на стадии проектирования позволяют точно отладить процессы обработки, не применяя и не тратя дорогостоящие ресурсы оборудования и материалов (Рис.3.6). Современное оборудование с ЧПУ и мощное программное обеспечение позволяют сократить до минимума ручной труд человека при производстве скульптурных изделий и открывают широкие возможности для дизайна и производства сложных форм из различных материалов, будь то камень, пластик, метал, керамика и стекло. Создание трехмерной модели средствами компьютерной графики предполагает использование геометрии двух типов: на базе многоугольников и на базе сплайнов. Обычно трехмерная модель строится из многоугольников и представляет собой упорядоченную совокупность плоских граней треугольной формы (метод триангуляции). В противоположность им NURBS-объекты генерируются аналитическим методом. Они строятся на основе математических кривых и не имеют граней. NURBS (Non-uniform rational B-splines) - Неоднородные рациональные В-сплайны - являются подходом в описании объектов уравнениями, определяющими прохождение кривых в пространстве. В-сплайны интенсивно используются в трехмерных графических системах, позволяя сделать кривые действительно гладкими (отказ от линейной аппроксимации), а не склеивать их из кусочков прямых линий. Из-за своей гибкости и точности NURBS-модели идеально подходят для моделирования скульптурных форм.
Первоначально NURBS-кривые появились в математике для интерполирования функций и построения решений дифференциальных уравнений. Первыми появились кусочные кривые на основе параметрических полиномов 2-го, чаще 3-его порядка, для построения которых достаточно знать только координаты узлов-точек, через которые проходит кривая. Каждый отрезок -кусок кривой между двумя соседними точками - описывается своим уравнением. Чтобы кривая получилась гладкой, вводится дополнительное условие: значение производной (а стало быть, и направление касательной) в конечной точке n-ого отрезка должно совпадать со значением производной в начальной точке п+1-ого отрезка. Затем появились кривые Безье и Эрмита (Bezier, Hermit). От параметрических такие кривые отличаются тем, что значение производной в узле можно изменить; как правило, оно задается направлением касательной. Логическим продолжением кривых Безье и Эрмита стало появление В-сплайнов (B-spline, Basis spline). Отличие сплайнов от других интерполяционных кривых состоит в том, что в начальных и конечных точках уравниваются не только первые, но и вторые производные. Эта особенность делает кривую более гладкой, и добавляет еще один инструмент для редактирования - возможность изменить в узле вторую производную, обычно отображаемую радиусом кривизны.
Однако сплайновые кривые не решили проблемы моделирования скульптурных поверхностей. В конечном счете, они становились лишь основой для создания сеточных моделей. Появление лоскутковых (patch) поверхностей не решило проблемы, так как слишком узок был сектор их применения. Окончательным (на данный момент) шагом в развитии моделирования стали NURBS (Non-uniform rational B-splines), представляющие собой сочетание разнообразных видов интерполяционных кривых. Впервые они были использованы компанией Computervision в CAD-пакете CADDS в 1988 году (Рис.3.7 сравнение b-сплайна (сверху) и NURBS (снизу)) [55].
Технология NURBS может быть использована как для кривых, так и для трехмерных поверхностей, а также для уникального вида геометрии «кривые на поверхности» (Curve on Surface). Принципы построения NURBS таковы: есть опорные точки (Editing Point, ЕР), через которые проходит кривая; и задающие вершины (Control Vertex, Control Points, CV), которые не лежат на кривой, а задают ее направление, выгибая кривую в свою сторону. Каждой CV присваивается «вес» (Weight), показывающий насколько сильно должна выгибаться кривая. NURBS-поверхности представляют собой сетки, состоящие из кривых, причем каждая «ячейка» ограничивается не более чем четырьмя кривыми. Точки пересечения кривых - узлы.
Интегрально-дифференциальный метод обработки геометрических данных, получаемых с ЗБ-сканеров
Компьютерные системы автоматизации проектирования и дизайна имеют средства для создания собственных прикладных программ различного назначения, а также дают возможность обмена данными с другими внешними программами. Такой подход существенно расширил количество пользователей базовых графических систем, прежде всего благодаря тому, что позволил комплексно подойти к решению конкретных проблем заказчиков. Как двухмерная (2D), так и трехмерная (3D) части графических систем поддерживают широкий спектр форматов обмена данными (DXF, DWG, IGES, Parasolid, STEP, STL, WMF и др.). Это позволяет согласовывать работу базовой системы практически с любым самостоятельным профессиональным приложением в области дизайна и конструкторско-технологического проектирования. Одним из решений является прямая программная интеграция приложений с базовым пакетом, которая может быть выполнена на различных уровнях и различными средствами. Наиболее просто создать приложение можно с помощью встроенного в базовую систему специализированного языка формул и условных выражений (макроопределений). Этими инструментальными средствами осуществляется программирование созданной графической модели на различное поведение при задании ключевых входных параметров.
Более прогрессивный метод создания приложений на базе графических систем предполагает использование технологии ActiveX {OLE Automation) для среды Windows. Такая технология позволяет прикладной программе непосредственно обращаться к данным и функциям программных модулей базовой системы, обеспечивая, в частности, прямой доступ к геометрическому ядру при работе с элементами чертежей и моделей. ActiveX является гораздо более удобным средством разработки прикладных программ, чем различные специализированные языки и макроопределения. Эта технология поддерживается многими средствами разработки, включая Visual Basic, Visual C++, а также приложения Microsoft Office (Word, Access, Excel), которые не требуют профессиональных знаний в программировании и в принципе доступны любому пользователю. Например, профессиональная САПР Solid Works 98 имеет встроенный прикладной программный интерфейс (API), поддерживающий два языка программирования (Visual Basic for Applications и Visual C++) и позволяющий программно работать с геометрическим ядром этой системы. Поскольку ActiveX интегрирована во многие мощные системы программирования, .она дает пользователю весь арсенал современных инструментов и средств разработки приложений [78].
Выбирая программные средства обработки информации со сканеров, следует, по возможности, использовать программное обеспечение производителей оборудования для исключения различных нестыковок на программно-аппаратном уровне. Все рассмотренные программные комплексы позволяют работать, в той или иной мере с данными со сканеров. Некоторые являются прямым программным обеспечением для управления сканирующим процессом и обработки данных. Некоторые не могут управлять оборудованием, но, как правило, имеют развитые средства редактирования данных со сканеров. Помимо совместимости на аппаратно-программном уровне необходимо исходить из стоимостных показателей. По данному критерию из рассмотренных программных продуктов наиболее полно отвечают системы с открытым исходным кодом, распространяемые бесплатно, и имеющие многоплатформенную поддержку. Исходя из критериев открытости исходного кода программного обеспечения и бесплатного распространения, можно считать оптимальной интеграцией программно-аппаратного комплекса «Форма» и программного обеспечения «Meshlab» для соответствия разработанному алгоритму системы «Скульптура» для этапа проведения измерений и оптимизации данных. Для более детальных работ по дополнительному моделированию и доработке моделей к предлагаемой связке ПО наиболее лучшим образом подходит система «Blender». Уровень интеграции на данном этапе развития системы «Скульптура» осуществляется посредством передачи данных в файловом формате, доступном каждому компоненту системы. Существуют интеграции различных уровней. Наиболее простая интеграция является на уровне файлов, более сложная и эффективная интеграция осуществляется на программном уровне.
Таким образом, часть системы «Скульптура», которая отвечает за ввод и обработку информации с 3D-CKaHepoB, можно схематично представить следующим образом:
Для обработки данных, полученных с фотопроекций, вместо системы «Форма» и «Meshlab» можно использовать растровый редактор «The Gimp», который также имеет многоплатформенную поддержку и распространяется бесплатно.
Современные пакеты ЗБ-графики обладают всеми необходимыми инструментами для создания высококачественных ЗБ-объектов, включая сложные архитектурно-скульптурные формы, и позволяют работать с массивами точек координат формата .stl и .txt, полученных с измерительных устройств. Модульность большинства графических пакетов позволяет конфигурировать и наполнять комплекс только необходимыми инструментами, тем самым экономить финансовые средства и вычислительные ресурсы аппаратных средств.
