Введение

Слово «дизайн» до недавнего времени ассоциировалось у рядового российского потребителя исключительно с красивыми картинками, а слово «дизайнер» было неразрывно связано с понятием «художник». В наши дни, с развитием информационных технологий в промышленности и появлением множества статей и исследований, доступных широкому кругу читателей, этот стереотип стал отходить в прошлое. Сейчас внешний вид привычных предметов все меньше воспринимается большинством как нечто само собой разумеющееся и все больше становится тех, кто понимает, что за каждой формой телефона, ноутбука, рюкзака и даже пластиковой бутылки стоит труд инженеров, заботящихся о целом ряде свойств изделия: эстетике, функциональных особенностях, прочностных характеристиках, экономии материалов, себестоимости производства, успехе товара на рынке и, главное, о взаимосвязи всех этих свойств в рамках одного проекта. Имя этих инженеров — промышленные дизайнеры. Они трудятся на стыке художественных, научных, инженерных и экономических дисциплин, а в работе используют как широко известные инструменты, такие как карандаш и ластик, так и узкоспециализированное программное обеспечение, имеющее в своей основе уникальный математический аппарат.

По мере развития технологий автоматизации производственных процессов на основе электронной вычислительной техники, берущих свое начало в 40-50-х гг. прошлого века, все острее становился вопрос связи между геометрией, формируемой дизайнерами и конструкторами, и автоматизированным оборудованием, работающим на основе математической логики. И если с простыми геометрическими задачами проблем не возникало, то работа со сложными пространственными формами, определяющими свойства, связанные, например, с аэродинамикой или эргономикой, вызывала значительный интерес у представителей промышленности. Так, в ходе множества исследований, более 50 лет назад родилась технология математического описания кривых и поверхностей, связанная с NURBS, — неоднородными рациональными B-сплайнами (от англ. Non-Uniform Rational B-Spline). Безусловно, эта технология имеет как преимущества, так и недостатки. Однако на протяжении многих лет NURBS все больше завоевывала популярность среди инженеров и к настоящему времени практически не осталось систем автоматизированного проектирования, которые не содержали бы в себе эту математику в том или ином виде.

Особое место среди графических пакетов для 3D-моделирования занимают системы разработки промышленного дизайна (CAID — от англ. Computer-Aided Industrial Design). Эти пакеты предназначены специально для дизайнеров и содержат математический аппарат, максимально использующий геометрические вычисления, основанные на NURBS. CAID-системы позволяют пользователям создавать пространственную геометрию практически любой сложности, и при этом данная геометрия будет математически точной, что позволяет использовать эту модель и для дальнейшего проектирования в других системах, и для производства с помощью автоматизированного оборудования. В этом состоит отличие CAID-систем от систем моделирования, работающих с полигональной геометрией, — полигональные модели состоят из элементарных участков — полигонов, поверхности не обладают свойством непрерывности и точного математического описания, пригодного, например, для «понимания» металлорежущим оборудованием, не имеют. Кроме того, полигональные модели имеют, как правило, больший объем, нежели модели, основанные на NURBS.

Графических пакетов для разработки промышленного дизайна не так много, как, например, систем, предназначенных для конструкторов. Часть из них представлена модулями в составе комплексных «тяжелых» САПР, а часть — в виде независимых приложений. К последним относится такой программный продукт как Autodesk Alias, являющийся на данный момент одним из лидеров среди CAID-систем в мире.

Autodesk Alias поставляется в нескольких конфигурациях, самая сложная из которых представляет собой среду для разработки дизайна автомобилей с множеством специализированных функций, а самая простая носит название Alias Design и предоставляет пользователю инструменты, с помощью которых можно создать математически точные и внешне привлекательные модели поверхностей объектов, относящихся, например, к категории потребительских товаров. Для начала работы с Alias и освоения основ NURBS-моделирования удобнее всего использовать именно эту, самую простую, конфигурацию.

В первой части этого издания приводятся краткие сведения о NURBS-моделировании, позволяющие понять смысл и значение математически точного описания поверхностей. Во второй дается обзор интерфейса и ключевых настроек программы. В третьей собраны сведения о наиболее часто используемых инструментах с примерами их применения и описанием некоторых настроек, а также теоретическими сведениями о процессе моделирования. Четвертая часть содержит советы и основные методики работы по построению кривых и поверхностей. Пятая часть представляет собой практикум и включает как простейшие задачи, связанные с владением базовыми инструментами, так и полноценный проект, выполняемый в программе «с нуля».

Предлагаемый материал рассчитан на то, чтобы после его освоения пользователь мог совершенно самостоятельно воплощать свои идеи в жизнь с помощью NURBS-моделирования в программе Autodesk Alias Design и обладал знаниями, позволяющими и далее развивать свои навыки работы с программой в ходе самостоятельного изучения инструментов и настроек.