Поэтому переход на трехмерное моделирование в машиностроении или строительстве не был безболезненным. Однако богатство возможностей по созданию моделей сложных форм, легкость в проектировании и планировке, намного более широкие возможности для выявления ошибок на этапе проектирования, а самое главное — более наглядное представление объекта проектирования сделали свое дело. С середины 90-х годов 3D намертво вцепилось в инженерию и отпускать ее, похоже, не собирается.По своей сути инженерное 3D-моделирование (назовем так любое моделирование, применяемое в проектировании машиностроительных объектов) мало чем отличается от дизайнерского. Однако программы для него применяются совсем другие. Почему? Давайте разберемся.
Сами базовые принципы те же самые. Основное моделирование — твердотельное, когда на основе плоского эскиза путем булевых операций получается какое-то тело. Отличия — в базах элементов. Отверстия, фаски, болты и подшипники для конструктора гораздо важнее шерсти. Вторая ветвь — поверхностное моделирование, не менее важное при проектировании сложных форм. Ведь сложная форма — это не только животные или растения, но и корпус бытового прибора, кузов автомобиля, фюзеляж самолета. Долгое время поверхностное и твердотельное моделирование жили независимо друг от друга — в разных пакетах или в одном, но как два независимых модуля.
Однако постепенно все 3D-CAD-системы стали гибридными, поддерживающими и твердотельное, и поверхностное моделирование одновременно. На сегодня некоторые конструкторские системы тяжелого класса владеют средствами поверхностного моделирования, развитыми не хуже, чем у самых «продвинутых» дизайнерских систем.
Следующее отличие — в самой задаче моделирования. Конструктор не моделирует ради самой модели (в отличие от дизайнеров и аниматоров). Для него важнее точность размеров, форм и размещения объектов, но не их реалистичное представление. Если у аниматора или дизайнера на выходе красивый ролик или картинка, то у конструктора — документация для производства. И хотя станки с числовым программным управлением и установки быстрого прототипирования, получающие готовые изделия на основе 3D-модели, уже не редкость, все равно основным документом, выходящим из рук конструктора, остается чертеж. И создание чертежа по модели — прерогатива исключительно инженерных систем. Поэтому функционал по формированию плоской графики остается важнейшим параметром при выборе 3D-системы для проектирования.
Но мы зря говорим только о разнице между дизайнерским и инженерным моделированием. У них ведь много и общих задач. Инженерная анимация — очень распространенное явление. Она позволяет показать заказчику изделие еще до его появления на свет, дает возможность имитировать процессы сборки-разборки изделия, кинематики движения механизмов. Схожих задач много. Рендеринг — тоже не редкость. Скажем, тот же отдел маркетинга предприятия частенько требует картинку изделия для каталога еще до того, как само изделие запущено в серию. Другое дело, что требования для инженерной анимации и фотореалистичных изображений все-таки, как ни крути, ниже, чем для дизайна. Поэтому приложения такие проще и дешевле. Характерный пример из этой области — компания Autodesk.
Для своего инженерного пакета Inventor она использует не движок собственного 3D Studio max, а стороннюю разработку. Значит, задачи совсем разного уровня. Однако, чтобы у читателя не создалось впечатление об инженерном моделировании как о чем-то второсортном, следует упомянуть о классе CAE-систем — инженерных расчетных пакетов, работающих с созданными в CADсистемах трехмерными моделями. Вот это высший пилотаж. Расчет на прочность, кинематика и динамика, проливаемость пресс-форм, аэродинамические и гидравлические расчеты, имитации краш-тестов… Сложнейшие вычислительные комплексы работают на полную катушку, чтобы обеспечить мощностями такое программное обеспечение. По своей сложности такие программные пакеты стоят на одной ступени с мощнейшими анимационными приложениями, применяемыми в кинематографии, а по значимости — возможно, даже и выше их.
Инженер-конструктор получает в свои руки поистине фантастический инструмент: трехмерное представление напряжений в изделии, объемное распределение температур, пространственное моделирование потоков газов, смесей и жидкостей. И все это просто и наглядно — никаких тебе «трехэтажных» формул, плоских графиков, диаграмм или приблизительных исчислений. Короче говоря, переворот, совершенный 3D в кинематографе и дизайне, и сравнить нельзя с тем, что дало появление CAE-систем в конструировании.
Отрадно, что в области инженерного 3D-моделирования отечественные разработки догоняют западные аналоги. Пример тому — российская система КОМПАС-3D, за пять лет выросшая из плоского чертежного редактора в мощную 3D-САПР с собственным математическим ядром. Только за последний год она обзавелась приложениями для анимации (собственная разработка), рендеринга (совместно с ПРА «Эстетика», известным разработчиком приложений для рендеринга и анимации), кинематического и динамического анализа (совместно с брянской Лабораторией вычислительной механики).