Размещено на http://www.allbest.ru/

Геометрическое ядро - основа САПР

Волкова С.Л.,

Воробьева И.В.,

Копорушкин П.А.

В настоящее время разработано огромное количество систем автоматизированного проектирования, которые помогают инженерам-конструкторам значительно сократить время на разработку изделия и обеспечить его высокое качество. Ежегодно количество таких систем растет, а их функционал становится все более сложным.

Основным компонентом САПР является геометрическое ядро, которое представляет собой набор правил, объектов, интерфейсов, отвечающих за внутреннее представление модели и ее преобразования.

В геометрическом ядре выделяют следующие модули:

1. базовые типы и операции;

2. моделирование топологии граничного представления;

3. геометрические объекты и операции над ними;

4. булевы операции и операции редактирования поверхностей;

5. удаление невидимых линий и рендеринг;

6. модули для чтения и записи геометрических файлов популярных форматов.[1]

Чаще всего ядра разрабатываются специализированными программными фирмами, и для того, чтобы сократить время на выпуск очередной САПР, можно приобрести лицензию на использование желаемого ядра. Главный плюс такой покупки заключается в том, что разработчик САПР может уделить все свое внимание функциям самой системы и не отвлекаться на сложные алгоритмы вычислительной геометрии. К тому же, создатели ядер не стоят на месте и используют самые современные алгоритмы для повышения конкурентоспособности своей продукции, что позволяет ей являться основой мощнейших САПР.

К сожалению, представленные на рынке CAD-продуктов системы автоматизированного проектирования, основаны на ядрах и технологических компонентах зарубежных разработчиков.

Ниже представлена сводная таблица геометрических ядер, распространенных на сегодняшний день.

Сложившаяся в 2007 году ситуация на рынке CAD-систем, подтолкнула правительство РФ к созданию собственного геометрического ядра, которое помогло бы решить проблему зависимости российского программного обеспечения от иностранных разработок, и повысило конкурентоспособность отечественной продукции. В рамках федеральной целевой программы "Национальная технологическая база" был объявлен тендер на выполнение научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы "Создание отечественного лицензируемого программно-математического ядра трехмерного моделирования как базы для компьютерных систем автоматизированного проектирования сложной машиностроительной продукции".[2] Победителем тендера стал МГТУ "Станкин", под руководством специалистов которого проводилась разработка. Само геометрическое ядро впервые было представлено в 2013 году и получило название Russian Geometric Kernel (RGK).

Также в 2013 году известная российская компания Аскон, лицензировала ядро C3D, которое ранее использовалось только для собственных разработок. ядро интерфейс программный

Ядро RGK

Рассмотрим подробнее ряд преимущественных решений, которые были реализованы в проекте RGK.

1. Многопоточность.

Возможность внутреннего и внешнего распараллеливания ядра.

Распараллеливание может быть принудительно отключено или выключено как для всего ядра, так и для его отдельной сессии (документа). Также можно управлять количеством параллельных вычислительных потоков, которые допускается использовать в функциях ядра.

2. Использование вычислений на GPU

Часть вычислений, в зависимости от наличия аппаратных ресурсов, может быть перенесена на устройство GPU (графическую плату или специальный GPU-вычислитель). В таком случае, эти вычисления могут производиться на порядки быстрее, чем на центральном процессоре.

3. Многоплатформенность

При разработке кода ядра были учтены потребности современного парка вычислительных систем, а также перспективы его развития. Компоненты, входящие в состав ядра должны использоваться как на платформе Windows, так и на других платформах (например, Linux-системах).

4. Многодокументность

В модели ядра реализован набор инструментов, управляющий сессией ядра и обеспечивающий передачу информации о текущей сессии по всем функциям, задействованным в вычислениях. Таким образом, разработчики конечных CAD/CAM/CAE приложений, имеют готовую инфраструктуру для реализации работы с несколькими документами, имеющими свой набор трёхмерных объектов (например, тел), разные параметры точности вычислений и других специфичных настроек.

5. Многотельное и гибридное моделирование

Ядро RGK представляет полный набор инструментов для решения задач твердотельного, поверхностного и каркасного моделирования, а также одновременную работу с объектами разных типов. Причём, там, где это возможно, для работы с разными типами объектов модели, используются одни и те же инструменты.

6. Моделирование с управляемой точностью

Все вычисления в ядре выполняются с конечной точностью. В зависимости от типа вычислений используются разные значения точностей:

• Линейная точность используется для сравнения размерных величин. Если расстояние между точками или скалярными величинами меньше этой точности, то такие величины в системе неразличимы.

• Угловая точность используется для сравнения угловых величин.

В пределах этой точности углы неразличимы.

• Относительная точность для сравнения размерных величин на параметрических интервалах кривых и поверхностей. По умолчанию величина относительной точности подобрана с учётом возможной потери точности при преобразовании линейных и двумерных параметров в трёхмерное пространство.

Как и большинство геометрических ядер, RGK, поддерживает параметрическую функциональность в ограниченном объёме. В связи с чем возникает необходимость подключения параметрического ядра, для расширения функциональности разрабатываемых на его основе систем автоматизированного проектирования. В условиях импортозамещения, решатель геометрических ограничений должен быть представлен российской компанией. Самой известной российской разработкой на сегодняшний день является - LGS компании Ледас, но к сожалению права на интеллектуальную собственность в 2011 г. были проданы бельгийской компании Bricsys.

Ядро C3D

Еще одна российская разработка C3D - единственное в мире геометрическое ядро, объединяющее в себе три важнейших модуля САПР:[3]

1. Геометрический моделировщик C3D Modeler: выполняет построение геометрической модели, построение плоских проекций модели, построение триангуляции, вычисление инерционных характеристик модели, определение столкновений элементов модели

2. Решатель геометрических ограничений C3D Solver: обеспечивает взаимосвязи элементов геометрической модели и учитывает геометрические ограничения при редактировании модели

3. Конвертор данных C3D Converter: обеспечивает чтение/запись геометрической модели в основные обменные форматы: STEP, IGES, ACIS, XT, STL, VRML

Разработчику конечного приложения ядро позволяет:

• Улучшить функциональные возможности продукта

• Быстро создать 3D-продукт на основе существующей 2Dсистемы

• Снизить затраты на собственную разработку

• Повысить надежность и быстродействие программного продукта

Заключение

Геометрическое ядро определяет набор функций для создания и редактирования геометрических объектов, визуализации модели. Зачастую проектировщики САПР пользуются геометрическими ядрами сторонней разработки. В настоящее время наблюдается рост интереса отечественных компаний к созданию ядер и имеются конкурентоспособные продукты. Надеемся, что скоро основные компоненты САПР российского происхождения выйдут в лидирующие позиции на мировом рынке и составят основу многих автоматизированных систем.

Литература

1. Вопрос распараллеливания в разработке ядра геометрического моделирования: [Электронный ресурс ] // ООО "Сингулярис Лаб", Волгоградский Государственный Технический Университет. URL: http://academy.hpc-russia.ru/files/05_shapovalov_rgk_cka.pdf

2. Геометрические ядра в мире и в России: [Электронный ресурс ] // Дмитрий Ушаков. URL: http://isicad.ru/ru/articles.php?article_num=15185

3. Геометрическое ядро C3D: [Электронный ресурс ] URL: http://ascon.ru/products/c3d/

Размещено на Allbest.ru