EURÓPAI UNIÓ STRUKTURÁLIS ALAPOK
Építész-informatika 2 – digitális ábrázolás
Segédlet a BME Építészmérnöki Kar hallgatói részére
„Az építész- és az építőmérnök képzés szerkezeti és tartalmi fejlesztése” HEFOP/2004/3.3.1/0001.01
A tárgy oktatási koncepciója Célkitűzés A CAD rendszerek elméleti és gyakorlati bemutatása. Az építészeti gyakorlatot előkészítő síkbeli és térbeli szerkesztések, építve a geometriai, építészettörténeti, épületszerkezeti, statikai alapismeretekre. A számítógépes tervdokumentációkészítés alapjainak megismertetése. Módszertan Az elméleti tudnivalók már az előadásokon összekapcsolódnak a gyakorlati alkalmazással. Az előadások elsődleges célja a gyakorlaton bemutatásra kerülő megoldások elméleti hátterének fölvázolása, a gyakorlati ismeretek rendszerbe foglalása, ami nélkül az e gyorsan változó területen óhatatlanul szükséges önálló ismeretszerzés (ön-továbbképzés) jóval nehezebb volna. A gyakorlatok kezdetben lépésről lépésre bemutatják a teendőket, később mind jobban építenek a hallgatók megszerzett tudására, hisz a fő cél épp az, hogy a tanult megoldásokat konstruktív módon kombinálva képesek legyenek önállóan megoldani egyedi feladatokat is. Kiméret A tárgy heti 1 óra (kéthetente 2x45 perc) előadásból, és heti 2 óra (2×45 perc) gyakorlatból áll.
1. előadás Az előadás témája A kétdimenziós szerkesztés alapjai
Az előadás célkitűzése Az előadás célja az alapvető kétdimenziós szerkesztési feladatokhoz kapcsolódó elméleti ismeretek átadása.
Az előadás vázlata Rajzolás – rajzelemek elhelyezése a rajzban Derékszögű és poláris, ill. abszolút és relatív koordinátarendszerek Optikai és geometriai rajzolás-segítők Módosítás – létező rajzelemek manipulálása Rajzelemek kijelölésének módjai Nyomtatási elrendezések Modelltér és papírtér
Alkalmazás Rajzolás A rajzolás kifejezés szűkebb értelemben csak újonnan rajzolt elemeknek a rajzban történő elhelyezésére vonatkozik (pl. meglévő elemek másolására már nem). Az elemek megrajzolásakor gyakran többféle megadási mód áll rendelkezésre: pl. középpont + sugár vagy átmérő, két átmérővégpont, három pont… A rajzelemek pontjai megmutathatók egérrel (bal kattintással), beírhatók billentyűzetről (koordináták beírásával), vagy megadhatók e kettő kombinációjaként. Koordinátarendszerek A rajzoláshoz és szerkesztéshez szükséges pontok megadásakor többféle koordináta-rendszer alkalmazható. Derékszögű:
az (aktuális) origótól vagy az utolsó ponttól mért távolság x ill. y tengelyekkel párhuzamos vetülete; formátum: x,y.
Poláris:
az (aktuális) origótól vagy az utolsó ponttól mért távolság; és az (aktuális) x tengellyel bezárt szög; formátum: d<.
Relatív:
a beírt koordináta-értékek az utolsó ponttól mérendők; formátum: @x,y, ill. @ d<.
Abszolút:
a beírt koordináta-értékek az (aktuális) origótól mérendők; formátum: #x,y, ill. #d<. (Csak ha Dinamikus módnál DynPiCoords = 0.)
Leggyakoribb a relatív polárkoordináták alkalmazása: az irány megmutatása egérrel, majd a távolság megadása billentyűzetről (+Enter).
Rajzolás-segítők A rajzolás-segítő jelenthet optikai visszajelzést (pl. a kurzor pozíciójáról, vagy a látott térrész méretéről), vagy geometriai kényszert (pl. a kijelölhető pont helyének korlátozásával). Utóbbi esetben fontos a segítők közti hierarchia ismerete. Koord (Coord)
koordináta-kijelzés (abszolút derékszögű ill. relatív polárkoordináták)
Háló (Grid)
adott sűrűségű (pont)háló megjelenítése a háttéren
Raszter (Snap)
a kurzor adott távolságú rácspontokra való korlátozása
Orto (Ortho)
az egérrel megadható vektorok merőleges irányokra történő korlátozása – fölülírja a Raszter módot!
Poláris (Polar)
vektor-megadás segítése ideiglenes illesztési útvonalak megjelenítésével (az illesztési útvonalakkal megfogható szögek megadhatók ill. –változtathatók)
TRaszter (OSnap)
létező elemek jellemző pontjainak (pl. végpont, középpont) megfogása – fölülírja a Raszter és Orto módokat; megadhatók a futó~ alapértelmezései, ám az egyedi~ egy pontkiválasztás idejére fölülírja a futó beállításokat
Pontszűrők
keresett pont adott (pl. csak x, vagy y) koordinátájának megadása (koordináták egyedi megadása)
TRköv. (OTrack)
tárgyraszter-követés pont/vektormegadás segítése a tárgyraszter-pontokból indított ideiglenes illesztési útvonalak megjelenítésével
Din (Dyn)
dinamikus adatbeviteli mód: a mutatóhoz közeli parancsfelület a pont-, és méretbevitel segítésére, ill. dinamikus promptok megjelenítésére
Módosítás – létező rajzelemek manipulálása A módosító parancsok közös vonása, hogy megkövetelik az elemek kijelölését. A parancsok érdemi futása már különböző – működésükhöz további (egyedi) adatokat kérhetnek be. Némely parancs használata módosíthatja az elem típusát is: pl. a kör metszése (Metsz (Trim)) ívet ad. Kijelölés A módosító parancsok használatához, ill. az elem-tulajdonságok módosításához szükség van az elemek kijelölésére. A legtöbb (de nem minden) parancs használható mind előzetes (kijelölés+ parancskiadás), mind utólagos (parancskiadás+kijelölés) kiválasztással. Általános kijelölési módok Auto (mód): az elemre kattintva kijelölhető egy elem, vagy üres helyen kattintva megadható egy téglalap-átló; ha ennek második pontja jobbra esik, a téglalap belsejébe eső elemek jelölődnek ki (=Ablak (Window)), ha balra, a határt metszők is (=Metsz (Crossing))
Shift
lenyomása mellett a kijelölési listáról (Auto módban) elemek távolíthatók el
Csak utólagos kiválasztás esetén használható kijelölési módok Előző (Previous): az előző kiválasztási lista újra-kiválasztása Utolsó (Last):
az utolsóként létrejött látható elem kiválasztása
Mind (All):
az összes módosítható rajzelem kijelölése
Vissza (Undo)
az utolsó kijelölés visszavonása
Kivon (Remove)
hatására a kijelölési listáról törlődnek az elemek
Hozzáad (Add)
hatására a kijelölési listához újból hozzáadódnak elemek
Felfűzés (Fence):
egy vonalláncot metsző elemek kiválasztása
AP / MP (WP/CP):
az Ablak, ill. Metsz módokkal egyező kijelölési módok zárt sokszög alakú kijelölési területtel
Elrendezés (Layout) A modell megrajzolására szolgáló Modell lapon kívül a rajzfájl tartalmazhat a nyomtatási elrendezés(eke)t tároló Elrendezés (Layout) lapokat is, melyek törölhetők, beszúrhatók, másolhatók, átnevezhetők. Bár itt is látható a (papír)lap, az elrendezés nem nyomtatási előnézet: – láthatók lehetnek a nem nyomtatandó fóliák, – rajzolhatunk (nézetablakokban, ill. a lapon). Elrendezésre alkalmazható (azzal eltárolódó) fontosabb beállítások: – nyomtató típusa, lap mérete, nyomtatás minősége, – nyomtatási vonalvastagságok. Az elrendezéseken a papírtérben (PaperSpace) a rajzelemek és szövegek (pl. keretek, feliratok) mellett elhelyezhetők Nézetablak (ViewPort) elemek. Nézetablak (Viewport) A nézetablak a modell aktuális állapotát megjelenítő kép. Nézetablakonként külön fagyaszthatók egyes fóliák. Nézetablakonként állítható a képkivágás, és/vagy a méretarány: pl. ha a modelltér alapegysége méter, a papírtéré milliméter, egy 1:50-es rajz léptéke 20xp, mivel 20 mm × 50 = 1000 mm = 1 m. Nézetablak belsejébe duplán kattintva áttérhetünk a modelltérbe (ModelSpace): – ideiglenesen teljes méretűre növelhetjük a nézetablakot, – (akár parancs közben) átléphetünk más nézetablakba. A papír területén duplán kattintva visszatérhetünk a papírtérbe (PaperSpace):
Kapcsolódó gyakorlati anyagok http://www.star.bme.hu/szgalk2/cad2d1/ http://www.star.bme.hu/szgalk2/cad2d2/
2. előadás Az előadás témája A CAD rajzok logikai struktúrája.
Az előadás célkitűzése Az előadás célja a rajzok adott bonyolultsági szint fölött elkerülhetetlen logikai strukturálására használatos megoldások bemutatása.
Az előadás vázlata Rajzelemek általános (szín, vonaltípus és -vastagság, fólia) tulajdonságai Fóliák, fólia-jellemzők és állapotok (zárás, kikapcsolás, fagyasztás…) Blokkok, tulajdonságaik, használatuk, főbb típusaik Szöveg- és kótastílus
Alkalmazás Általános tulajdonságok A rajzelem típusának egyedi jellemzői mellett vannak tulajdonságok, melyek minden elemre vonatkoznak (pl. szín, vonaltípus és -vastagság, fólia). A színre, vonaltípusra és vonalvastagságra vonatkozólag beállítható konkrét érték (pl. fehér, szaggatott, 0.3 mm vastag), ill. átvehető az elem fóliájára beállított alapértelmezés, vagy az elemet magába foglaló blokk tulajdonsága. Fólia (Layer) A rajz minden eleme szimbolikus (háromdimenziós) fóliákra kerül. Újonnan rajzolt elemek az aktuális (current) fóliára kerülnek. Meglévő elemek másolatai az eredeti fóliára kerülnek (kivétel: Párh (Offset)). A fóliarendszerek átláthatóbbá teszik a rajz logikai szervezését – pl. irodánként közös sablonok, de akár szakági szabványok írhatók elő. Fólia-tulajdonságok Fóliánként állíthatók az elemeik alapértelmezéséül szolgáló tulajdonságok. Minden fóliának állítható a státusza, ill. (a „0” kivételével) módosítható a neve: Zár (Lock)
lezárt fólia elemei nem módosíthatók
Ki (Off)
kikapcsolt fólia tartalma nem jelenik meg
Nyomtatás
egyes fóliák nyomtatása letiltható
Fagyaszt (Freeze)
fagyasztott fólia tartalma nem generálódik (nem látszik, ill. nyomtatódik), kímélve az erőforrásokat az aktuális fólia nem tehető fagyasztottá – és fordítva
Fagyasztás aktuális/új nézetablakban: l. előbb, de csak az egyes nézetablakokra vonatkozóan
Blokkok A gyakran használt elemek egyszerűbben kezelhetők: pl. nem kell minden ablakot külön megrajzolni, ill. létező ablak minden elemét kiválasztani másoláskor. (Ha csak egyes elemek egyben tartása a cél, elegendő a Csoport (Group) paranccsal összekapcsolni őket, melynek hatása ki-be kapcsolható.) Blokkok alkalmazásával rajzfájl kisebb lehet, mivel a blokk-definíciót csak egyszer kell elmenteni, a beillesztett példányoknak már elég az egyedi tulajdonságait (pl. pozícióját, elforgatási szögét) eltárolni. A blokkok átdefiniálhatók, így az esetleges utólagos módosítások teljes rajzon történő átvezetése jóval egyszerűbb. A blokkba foglalt rajzelemek minden körülmények közt megőrzik eredeti tulajdonságaikat, így azok csak a blokk újradefiniálásával változtathatók. Tulajdonságok – fólia Adott fólia az ilyen elemnek blokkba foglalása után is megmarad eredeti fóliája – az elem „magával viszi” fóliáját a blokkba (az eredeti fóliát kikapcsolva eltűnik) 0 fólia
az ilyen elem blokkba foglalása után mindig a blokk aktuális fóliájára kerül – akár minden blokk ilyen elemeinek fóliája különbözhet, (a blokk fóliáját kikapcsolva eltűnik)
Tulajdonságok – szín, vonaltípus, vonalvastagság Adott szín az ilyen elemnek blokkba foglalása után is megmarad eredeti színe (azaz az összes ilyen elem azonos színű) Blokk szín
az ilyen elem mindig blokkja aktuális színét veszi föl (azaz akár minden blokk ilyen elemeinek színe különbözhet)
Fólia szín
az ilyen elem blokkba foglalása után mindig fóliája színét veszi föl
A blokkba foglalt rajzelemek akár eltérő tulajdonságúak is lehetnek: különböző tulajdonságú elemek összekapcsolásával összetett viselkedésű blokkok hozhatók létre (pl. egy széknél a textil színét a blokk színe, a láb színét a beillesztési fólia színe adja, a görgő pedig mindig kötött színű) Blokk definiálása Blokk létrehozható a Blokk (Block) paranccsal, létező blokk elhelyezhető a Beill (Insert) paranccsal (természetesen blokk létrejöhet előzőleg beillesztett blokk másolásával is). Egy rajzban értelemszerűen csak egy azonos nevű blokk-definíció létezhet. Egy blokk tartalmazhat rajzeleme(ke)t és/vagy blokko(ka)t, kivéve bármely önmagát tartalmazó blokkot. A blokk bázispontjának célszerű kötődnie az elemhez, és jó, ha beillesztéskor könnyen megadható. A blokkba foglalt elemek elforgatása célszerűen 0 fokos (X tengely irányú), hogy segítse a beillesztést.
Létező név megadásával az adott nevű blokk újradefiniálható (tartalma lecserélhető), ekkor a blokk minden rajzba illesztett példánya átveszi az új definíciót. Újradefiniáláskor fontos, hogy a bázispont és az elforgatási szög ne változzon. Külső blokkok Egy blokk tartalma fájlba írható (WBlock), ill. fájl beilleszthető a rajzba blokként. Gyakran változó, vagy más által kezelt elemek külső blokként is beilleszthetők (XRef): az ilyen külső blokk definíciója nem mentődik el a rajzfájllal, ami helytakarékos, de nagyobb figyelmet igénylő megoldás. Parametrikus (dinamikus) blokkok Egyetlen blokk-definícióban több alternatív tartalom tárolható: használható különböző változatok megjelenítésére (pl. többféle fa, autó…), vagy méretvariációk egyesített kezelésére (pl. ablakok 30cm-enkénti méretvariációi).
Attribútumos blokkok Rajzi információ mellett vagy helyett számszerű és/vagy szöveges adatok (pl. a helyiségpecsét tartalmazhatja a helyiség nevét, burkolatát, területét). Az ilyen blokkba attribútum-definíciók (létrehozás: AttDef) foglalhatók, melyek beillesztéskor vagy a megadott alapértékkel szerepelnek, vagy adatot kérnek be. Az attribútomokban tárolt információ kigyűjthető, táblázatba foglalható és/vagy fájlba menthető. Szövegstílus A használni kívánt szöveges stílust (pl. font, stílus, esetleg méret megadásával) előzetesen létre kell hozni (Stílus (Style)). Létező stílus alkalmazható pl. Szöveg (DText), Kóta (Dim) és az attribútumdefiniciók esetében. Kótastílus Tetszőleges számú kótastílus hozható létre és alkalmazható (DimStyle). Szabályozható a kóták mérete: a rajzhoz viszonyított szorzószámmal (DimScale), vagy a kóták nyomtatási méretének megadásával (annotation scale). Szabályozható a leolvasott értékek szorzószáma (DimLFac), ha a modell és a kóta alapegysége nem azonos (pl. méterben rajzolt modell kótázása cm-ben).
Kapcsolódó gyakorlati anyagok http://www.star.bme.hu/szgalk2/cad2d3/ http://www.star.bme.hu/szgalk2/cad2dX/
3. előadás Az előadás témája A háromdimenziós szerkesztés alapjai
Az előadás célkitűzése Az előadás célja az alapvető háromdimenziós szerkesztési feladatokhoz kapcsolódó elméleti ismeretek átadása.
Az előadás vázlata Axonometrikus és perspektív nézetek Normál, árnyalt, és renderelt megjelenésmódok Háromdimenziós koordinátarendszerek – pontmegadás Rajzolás és szerkesztés három dimenzióban
Alkalmazás Vetítési módok Az ortogonális (alaprajzi) nézet mellett bármely általános irányú axonometrikus nézet is beállítható (dpNézőpont (ddVPpoint): alaprajzi irány + rálátási szög). Az átfedések elkerülésére javasolt minél általánosabb nézet-irány beállítása. Beállítható centrális vetítés (pl. DNézet (DView): Pontok+Táv, vagy 3dOrbit: Projection: Perspective). (A 2007-es előtti verzióknál nem működik a tárgyraszter). Megjelenés-módok Normál Szerkesztésre általában 2D drótváz a megjelenítési mód javasolt (pl. szaggatott vonaltípusok csak ekkor láthatók). Árnyalt Árnyalás alkalmazása esetén valamivel realisztikusabb megjelenítés mellett szerkeszthető a modell. A megjelenítés minősége szabályozható (pl. textúrák, fények, átlátszóság tekintetében), a hardver grafikus teljesítményének, és a modell összetettségének függvényében. Ide sorolható be a folyamatosan takart-vonalas megjelenítésmód is, ahol külön szabályozható a takart vonalak megjelenítése (ObscuredLType, ObscuredColor). Renderelt A renderelt megjelenítés olyan magas számolásigényű (értelemszerűen) árnyalt megjelenítésmód, melyet emiatt csak külön parancsra készít el a program. Értelemszerűen e megjelenítési mód jobb minőségű képek előállítására alkalmas. Kétdimenziós nézetek Háromdimenziós modell ábrázoló geometriailag helyes nézetének előállítására külön parancs alkalmazható (SolProf), mellyel eltüntethetők a törés nélkül csatlakozó felületek határvonalai (pl. lekerekítésnél). Csak axonometriában működik.
Papírtéri nézetablakonként külön fóliákra jönnek létre a modell adott irányú nézetének látható illetve takart vonalai. Koordinátarendszer – 3D pontmegadás A kétdimenziós koordinátarendszerek háromdimenziós kiterjesztései. Természetesen alkalmazhatók mind abszolút, mind relatív pontmegadáskor. Derékszögű:
az (aktuális) origótól vagy az utolsó ponttól mért távolság X, Y, ill. Z tengelyekkel párhuzamos vetülete; formátum: x,y,z.
Hengeres:
kezdőponttól mért távolság XY síkban vett vetülete, az (aktuális) X tengellyel bezárt szög, és a z koordináta; formátum: d<,z.
Gömbi:
kezdőponttól mért távolság (valódi hossz), az (aktuális) X tengellyel bezárt szög, az (aktuális) XY síkkal bezárt szög; formátum: d<<.
A pontosság ellenőrizhető a Koord (ID), ill. Távs (Dist) parancsokkal. A 3D pontmegadás sokszor kiváltható: létező elem pontját tárgyraszterrel (Osnap) kiválasztva, szűrők (.x, .xy…) segítségével több elem pontjait és/vagy a koordináta-megadást kombinálva, a felhasználói koordinátarendszer (UCS) segítségével – kétdimenziós pontmegadási módokat használva az aktuális rajzszerkesztési síkon történő pontmegadáshoz Koordinátarendszer – FKR (UCS) Minden rajznak van egy saját „világ” koordinátarendszere – World Coordinate System, WCS. A rajzolás során tetszőleges számú felhasználói koordinátarendszer (User Coordinate System, UCS) definiálható és használható. Új UCS definiálása történhet: az aktuális koordinátarendszer X, Y, vagy Z tengely körüli forgatásával, új origó, XY sík, vagy Z tengely megadásával, az aktuális nézetirányra merőleges XY sík fölvételével, valamely rajzelemhez való igazítással, három pontjával való definiálással. Az UCS-ek névvel elmenthetők, és később visszaállíthatók (ddUCS, (UCSMAN).
Ha az UCSVP változó értéke 1, az egyes nézetablakokhoz külön UCS tartozhat, ha 0, a nézetablakok UCS-e azonos. Koordinátarendszer – elemek Az egyes rajzelem-típusoknak eltérő a térbeli viselkedésük A 2D-s elemek (pl. VLánc (PLine), Ív (Arc), Kör (Circle), Ellipsz (Ellipse)…) síkja az aktuális UCS XY síkjával párhuzamos, magasságukat már első pontjuk helye megszabja, így a továbbiakban nem kell (nem is szabad) megadni z koordinátát. A 3D-s elemek (pl. Vonal (Line), 3dLap (3dFace)…) egyes pontjainak magassága, illetve síkjuk (ha van egyáltalán) kötetlen helyzetű. Koordinátarendszer – szerkesztés Az egyes szerkesztési/módosító parancsok térbeli viselkedése különböző. A 2D-s parancsok (pl. Metsz (Trim), Elér (Extend), Tükröz (MIrror), Forgat (Rotate)…) szerkesztési síkja mindig az aktuális UCS XY síkjával párhuzamos – azaz pl.: metszéskor „metszéspont” az elemek aktuális XY síkra vetített képének metszéspontja lesz, forgatáskor a forgástengely párhuzamos a Z tengellyel (ezért elég egy pontját megadni). A 3D-s parancsok (pl. Tükröz3d (Mirror3d), Forgat3d (Rotate3d)…) szerkesztési síkja kötetlen helyzetű – ami nem mindig kedvező, hisz emiatt (sokszor fölöslegesen) több adat bekérésére tartanak igényt. A dimenziószám-független parancsok (pl. Másol (Copy), Mozgat (Move), Nyújt (Stretch)…) két koordináta megadásával 2D-ben működnek, a harmadik (z) koordináta megadásával 3D-sé válnak
Kapcsolódó gyakorlati anyagok http://www.star.bme.hu/szgalk2/cad3d1/
4. előadás Az előadás témája Háromdimenziós felületek, testek. Testreszabás, szkript, makró, program.
Az előadás célkitűzése Az előadás első felében bemutatásra kerülnek a CAD programok által is használt modelltípusok, hogy a hallgatók áttekintést kapjanak azok alapsajátosságairól, jellemző alkalmazási módjukról és területükről. Az második rész CAD programoknak a felhasználók igényeihez alakításának módjait vázolja föl az egyszerű testreszabástól a makrókon keresztül az önálló programokig, hogy a hallgatók betekinthessenek a különböző gyakoriságú és bonyolultságú feladatok megoldásához rendelkezésre álló eszközök tárába.
Az előadás vázlata Drótváz-, felület-, és testmodellek sajátosságai CAD programok testreszabása, fejlesztése – program, makró, szkript
Alkalmazás Modelltípusok – drótváz-, felület-, és testmodell 3D testek modellezésére többféle típusú modell használatos 3D drótvázmodell (wireframe) A drótvázmodell alkalmazása a gyakorlatban a szemléletesség (pl. takartvonalas megjelenítésmód) hiányában önmagában ritka, ám egyszerű manipulálhatósága miatt „előszerkesztésként” szolgálhat a bonyolultabb modellek modellezésekor. 2,5D felületmodell (surface) Bármely 2D elemhez magasságot rendelve egy az XY alapsíkon fekvő „szalag” hozható létre, melynek minden végpontban azonos a z mérete. E formák alaprajza egyszerűen módosítható, és (koordinátarendszerük forgatásával) térben tetszőlegesen pozícionálhatók– ám a harmadik dimenzióban való igen korlátozott manipulálhatóságuk miatt alkalmazási körük igen behatárolt. Poligonháló felületmodell (surface) A poligonháló (polygon mesh) reprezentáció a testet poligonokkal határolt felületek halmazaként ábrázolja, így a görbült felületeket csak közelítő pontossággal jeleníti meg – bár az eltérés a poligonok számának növelésével (a méret és a számolásigényesség növekedése árán) csökken (geometrical aliasing). Görbült felületmodell (surface) A görbült felület (parametric bicubic patch, quadratic patch) reprezentáció (azonos pontosság mellett) a testet jóval kevesebb (ám bonyolultabb) felület-darabbal fedi le. A modell leírása és annak (pl. monitoron való) megjelenítése különválasztható, így a megjelenítési pontosság (és az erőforrásigény) szabályozható.
3D testmodell (solid) A fönti esetekben a felületek halmaza nem feltétlenül határolt egy zárt térdarabot, ám a konzisztens testmodell számos esetben igen előnyös: pl. térfogat-, ill. súlypontszámítás ütközésvizsgálat, sugárkövetéses renderelés. Testmodell reprezentáció esetén általában regularizált (csak testeket eredményező) halmazműveletek (Boole-műveletek) segítségével egyszerűbb alapelemekből állítható össze a modell. Az alapelemek lehetnek pl. ún. primitívek (melyek parametrikusak is lehetnek), vagy származtathatók valamely síkidom (esetleg test) adott útvonal mentén való mozgatásából (sweep). Egyszerűbb eset a síkidom önmagára merőleges kihúzása (extrude), vagy valamely tengely körüli forgatása (rotate), némileg bonyolultabb a nem merőlegesen induló útvonal, illetve a keresztmetszet változtatása. Természetesen léteznek más testmodellezési algoritmusok is, pl. a test egymás utáni metszeteiből generált modell (Loft). Példa: forgáshiperboloid
A forgáshiperboloid felület drótvázmodellje létrehozható egy vonal (Line) hozzá képest kitérő helyzetű tengely körüli forgatásával (Array). Takartvonalas megjelenítés hiányában még az sem dönthető el, alul-, vagy fölülnézetet látunk. Ugyanezen két vonal segítségével forgáshiperboloid felületmodellja is kialakítható (RevSurf) – a létrejövő poligonháló finomsága (előzetesen) természetesen szabályozható (SurfTab1 ill. SurfTab2), ám a létrejött modell már nem tartalmaz létrehozására vonatkozó információt: pl. a felület döféspontja csak akkor határozható meg egzakt módon, ha az véletlenül épp egy felületdarab csúcsára esik. Geometriai módszerekkel megkereshető az a kúp, melynek metszeteként kinyerhető az a hiperbola, melynek az előbbi tengely körüli forgatásával előállítható a forgáshiperboloid testmodellje. A fönti testmodellről „leemelhető” az előbbinél jóval pontosabb (görbült) felület. A CAD programok testreszabása, továbbfejlesztése A CAD programok általában viszonylag nyílt rendszerek, módot adnak a programnak a felhasználó munkáját megkönnyítő átalakítására. Ennek legalsó szintje a testreszabás, ami állhat pl. a munkaterület megfelelő kialakításából (a gyakran használt parancsok, eszközök megjelenítéséből, a nem, vagy csak igen ritkán használtak elrejtéséből). Legfelső szintje értelemszerűen az önállóan, vagy a CAD rendszer alrendszereként működő program megírása ill. használata.
Külső programmodul (pl. AutoLisp, VBA, C, C++, GDL) Az alapprogram szolgáltatásait kiegészítő, valamely célra azt (könnyebben) alkalmazhatóvá tévő alprogram. Megalkotása informatikai felkészültséget igényel, így általában kívül esik a normál használati szinten, és többnyire nagyobb felhasználói kört céloz meg. Szkript, makró A szkript a program utasításainak, parancsainak felsorolása. Előnye, hogy használatához nem szükséges elsajátítani egy programnyelvet (saját szintaktikája, programírási szabálya mégis van). Készítésének és használatának célja a rajzkészítés ismétlődő munkafolyamatainak automatizálása, ill. bonyolult geometriai (térgeometriai) szerkesztések egyszerűbbé tétele a CAD program funkcióinak alkalmazásával (pl. felhasználói koordináta rendszer, rétegek, stb.) A makró a szkriptnél némileg sokoldalúbban használható, mivel lefutásához külső adatot kérhet be: ez jelentheti pl. valamely környezeti változó értékétől függő viselkedést, ill. pl. a felhasználótól bekért információt (pl. elem kijelölését). AutoCAD szkript Fkönyv (Script) paranccsal lehet indítani egy szkript (script, utasítás-sor). Sima (formázási kódok nélküli) ASCII szöveg kell legyen, hossza nem korlátozott. alapértelmezett mappája a rajz mappája, kiterjesztése SCR. Az adatbevitelt lezáró (CR/LF) jelet helyettesíti a betűköz (space) – így egy sorba írhatók a paraméterek (áttekinthetőbb, rövidebb a script), ám a paraméterek elválasztása nehezebben vehető észre a szövegben Szkriptből újabb szkript indítható, ám ez az eredeti szkript végrehajtásának megszakítását eredményezi. Hibás utasításra futás esetén a script végrehajtása megszakad. Visszavonás (undo) hatására a teljes script visszavonásra kerül. Példa: Möbius-gyűrű 200 egység sugarú alapkörön kiosztva 16 db 80×80×10 egység befoglaló méretű keret, alaprajzilag 120° alatt 90°ot (egy teljes kör alatt 270°-ot) fordulva el saját tengelye körül. A keretektől eltekintve e testnek egy éle, és egy (görbült) oldala van – egy a felületén mászó hangya négy teljes alaprajzi kör után végigjárná a teljes felületet, és ugyanoda térne vissza, ahonnan elindult. A keretek kiosztása megoldható szkript segítségével.
Kapcsolódó gyakorlati anyagok http://www.star.bme.hu/szgalk2/cad3d3/ http://www.star.bme.hu/szgalk2/cad3dD/
5. előadás Az előadás témája Dokumentáció, export-import funkciók.
Az előadás célkitűzése Az előadás célja az CAD rendszereknél használatos információátadási módok áttekintése, a gyakoribb fájlformátumok, ill. alkalmazási területük bemutatása.
Az előadás vázlata Adatcsere a vágólapon keresztül Adatcsere fájlok révén – gyakoribb fájlformátumok
Alkalmazás Adatcsere a vágólapon keresztül A vágólap használata a felhasználó számára tán legegyszerűbb megoldás: – képernyőkép („képlopás”) legnagyobb adatvesztés – másolás + (irányított) beillesztés – mód van a beillesztési formátum megválasztására – csatolás (OLE) – a beillesztett kép továbbra is szerkeszthető az eredeti programmal (a vágólap tartalmának beszúrása a forrásfájl adatainak csatolásával történik)
Példa: vágólapra másolt AutoCAD modell „irányított” beillesztése szövegfájlba. Adatcsere fájlok révén Az egyik megoldási mód közvetítő formátum használata (pl. PDF, DXF, DWF), a másik egy (általában: elterjedtebb, régebbi) program natív formátumának használata (pl. DWG), a harmadik (legjobb), ha a forrás-, vagy a célprogram képes a másik natív formátumának beolvasására és (ritkábban) írására.
Pixelgrafikus formátumok (2D/p) Legszélesebb körű elérhetőség – a legnagyobb adatvesztés árán. Pixelgrafikus fájl létrehozható az alkalmazás exportáló funkciójával, vagy képlopással (PrintScreen), valamely pixelgrafikus program segítségével. PNG (PNGOUT)
– elsősorban vonalas ábrákhoz, ill. tiszta színekhez – veszteségmentes tömörítés – szabályozható tömörítési arány (idő/számításigény) – szabályozható színmélység, ill. átlátszóság
JPG (JPGOUT)
– fotókhoz, (textúrázott) renderelt képekhez – veszteséges tömörítés – szabályozható tömörség (és így adatveszteség) – lehet színes, vagy szürkeárnyalatos
Példa: AutoCAD modell képének mentése (RLE TGA), és a mentett fájl. Windows adatcsere formátum (2D/p-v) A metafájl a vágólap megfelelője: a használt információ típusát a fogadó alkalmazás dönti el. Létrehozása exportálással: WMFOUT (WMFBKGND Ki). WMF (metafájl)
– vektor- és rasztergrafikus információt is tartalmazhat – AutoCAD alatt csak vektorgrafikai tartalom
Vegyes (pixeles+vektoros) 2D formátumok A kifejezetten adatcserére kialakított formátumoknak (az egyes feladatok változó pixel/vektor aránya révén) eltérő az ideális alkalmazási területe. Létrehozásuk történhet „nyomtatás” révén, vagy (egyes támogatott programok esetén) exportálással. PDF
– elsősorban dokumentumok formátum-hű megjelenítésére – fontok + szöveg + (adott felbontású) pixelgrafika
DWF
– elsősorban tervekhez – vektorgrafikus formátum (+pixelgrafikus képek)
Példa: AutoCAD modell dokumentációja PDF illetve DWF verzióban. A megjelenítéséhez megfelelő böngésző ill. segédprogram (plugin) szükséges. Nyomtatás Nyomtatás előtt megadható a megjelenítésmód (takart-vonalas, renderelt, megjelenítés szerint), beállítható a képkivágás, és/vagy a méretarány (ScaleListEdit) Nyomtatáskor megadható valódi printer/plotter, illetve PDF/DWF konverter, beállítható a lapméret, és a minőség, a rajzi vonalszínekhez nyomtatási szín és vonalvastagság rendelhető, illetve beállítható nyomtatási pecsét CAD adatcsere formátumok (2D-3D/v(p)) Speciálisan a CAD programok közti, illetve a renderelő programok felé történő adatátvitelhez kialakított formátumok. Létrehozásuk jellemzően exportálással történik.
DXF (DXFOUT)
– CAD adatcsere-formátum (drawing interchange format) – szinte minden CAD program képes írni/olvasni – használata általában komoly adatvesztéssel jár
3DS (3DSOUT)
–3DStudio rendering programhoz – csak a felületeket exportálja – elmenti a nézeteket, fényforrásokat és anyagokat is
DWG
– az AutoCAD elterjedtsége miatt ipari szabvánnyá vált – szinte minden CAD program képes írni/olvasni
OpenGL adatcsere (3D) A 3D geometria, a textúra, és a fények webes megjelenítését szolgáló formátum, mely a CAD program által a (3D megjelenítést támogató) grafikus kártyának átküldött OpenGL információk kiszűrésével (ilyen értelemben a programtól függetlenül) hozható létre, és megfelelő böngészővel (ill. pluginnel) CAD program nélkül is megtekinthető.
Példa: 3D DWF formátumú modell a böngészőben. A megjelenítéséhez megfelelő böngésző ill. segédprogram (plugin) szükséges.
6. előadás Az előadás témája Renderelés, képkészítés.
Az előadás célkitűzése A háromdimenziós modellről készülő szemléletesebb, realisztikusabb képekkel kapcsolatos ismeretek átadása.
Az előadás vázlata Modell felkészítése renderelésre Nézet beállítása és mentése Megjelenésmódok sajátosságai Fények, anyagjellemzők, háttér
Alkalmazás Modell felkészítése Összetettebb modell jó renderelhetőségének feltétele annak megfelelő logikai struktúráltsága. Rendereléskor anyagtulajdonságok rendelhetők: elemekhez –áttekinthetetlenné válhat fóliákhoz (Fólia › Anyagtulajdonság) színekhez (Fólia › Szín › Anyagtulajdonság) – e megoldás előnye, hogy a testek egyes oldalait átszínezve egy testre akár többféle anyagtulajdonság is alkalmazható Nézet beállítása A renderelni kívánt nézetet érdemes névvel elmenteni a Nézet (View) parancscsal. Ekkor a nézet képarányát megadja a papírtéri nézetablak téglalapjának oldalaránya, a nézet iránya pedig a szokásos módon állítható. Megjelenésmódok Az árnyalás minősége (a sebesség rovására) javítható. Testmodell esetén a görbült felületeket (szabályozható finomságú) lapháló közelíti (ViewRes×FacetRes). A számításból opcionálisan kizárhatók a „hátsó lapok”, azaz azon felületek, melyek normálisa ellentétes irányba mutat. Megadható az is, melyek az elülső, ill. hátsó lapok. Alapesetben egy lap „elülső” (azaz normálvektora felénk mutat), ha csúcsainak megadása az óramutató járásával ellentétes irányú. Árnyalás 2D drótváz: takart:
elemek megjelenítése határvonalaik vonalaival és íveivel elemek megjelenítése határvonalaikkal, a hátsó lapok vonalainak elrejtésével megjelenhet a görbült felületeket alkotó lapháló
Flat:
oldalközéppontok számítása, majd a felület kitöltése a kapott színnel (± élkiemelés)
Gouraud:
csúcspontok számítása, közbülső pontok interpolálása azok súlyozott átlagolásával (±élkiemelés) görbült felületekre az előzőnél hitelesebb közelítést ad
Alapszintű renderelés Gouraud: csúcspontok számítása, közbülsők interpolálása Phong:
számítás minden képpontban (pl. képernyő-pixel), jóval pontosabb
Rendering options:
a (pl. Gouraud) árnyalás (megfelelő grafikus teljesítményű gépen) valósághűbbé tehető. Az Eszközök • Beállítások (Tools • Options) menüpont panelének Rendszer (System) lapján a [Tulajdonságok] (Properties) gombbal megjeleníthető a 3D grafikus rendszer beállító-panele, ahol árnyaláshoz is aktiválhatók az egyes renderelési összetevők: aktiválhatók pl. fények és anyagtulajdonságok, utóbbin belül a textúrák és az átlátszóság.
Valósághűbb renderelés Real: vetett árnyékok megjelenítésére is alkalmas (Phong) az előzőeken túl mód van élsimításra (anti-aliasing) állítható a árnyék mélység-térkép eltérítése (az árnyéknak az árnyékvető objektum felé mozdítása), pl. állítható a burkolat-mintavételezési minta-leképezés módja Raytrace:
a képernyőpontokon át „érkező” sugarak visszakövetése az előbbiek mellett alkalmazható az élsimítást gyorsító adaptive subsampling, és megadható az a kontrasztszint, amely fölött új mintavétel szükséges megadható a sugárfa maximális mélysége (a követett fényvisszaverések és –törések száma), és a levágási szint (a
következő ütközésnek mennyivel kell hozzájárulnia a végső képpont-színhez, hogy még kövesse a program)
Fényforrás (Light) A bevilágításhoz többféle (ACI ill. RGB színű) fényforrás használható (árnyékvetésük szabályozható). Szórt (Ambient):
a levegőben szóródó és felületekről visszaverődő fények számítása helyett (l. Radiosity) (ha sok, a kép elmosódott, ha kevés, túl kontrasztos)
Távoli (Distant):
csak irányával (és intenzitásával) jellemzett fényforrás ereje a tárgyak közti távolságon nem csökken (pl. Nap)
Pont (Point):
minden irányba egyformán sugárzó fényforrás (lámpa) beállítható, hogy távolabbra gyöngülve világítson
Reflektor (Spot):
helyzetével és irányával jellemzett fényforrás (spotlámpa) megadható a teljes, és a gyöngülő megvilágítási fénykúp
Jelenet (Scene) Egy vagy több fényforrás és/vagy egy névvel elmentett nézet összerendelhető, s együttesük egy közös néven („jelenetként”) elmenthető. Rendereléskor e névre hivatkozva alkalmazható egy adott bevilágítás (pl. egy adott homlokzatot megvilágító reggeli vagy esti fény) és/vagy nézet (pl. a homlokzatot mutató elmentett perspektíva) Anyagjellemzők (RMat) Az árnyalás valósághűbbé tételéhez anyagtulajdonságokat alkalmazhatunk. Az anyagjellemzők az anyagtár fájlokból (Material Library) tölthetők be. A (módosítható) definíciók a rajzfájlba mentődnek (az esetleges textúra-fájlok nem). A definiált anyagjellemzők hozzárendelhetők (akár vegyesen is) közvetlenül az egyes elemekhez az egyes fóliákhoz az ACI (AutoCAD Color Index) színekhez Anyagjellemzők megadásakor ill. módosításakor beállítható jellemzők: Színek:
az anyag alap-, szórt-, és tükröződő (ACI vagy RGB) színei, ill. ezek aránya
Érdesség:
a felület mennyire élesen vagy szórtan veri vissza a ráeső fényt (reflektív fényfolt mérete)
Átlátszóság:
a felület átlátszósága (csak Raytrace-nél)
Fénytörés:
a felületen áthaladó fény fénytörése (csak Raytrace-nél)
Domborzatkép:
a felület egyes pontjainak a felületre merőleges eltérítése
A szín/mintázat és a dombor-kép, ill. a tükröződés és átlátszóság megadható pixeles fájlként. A mintázat lehet a teljes elemre illesztett, vagy rögzített léptékű, sorolt minta. A mintázat léptéke óhatatlanul léptékezi a modellt is.
Háttér (Background) és köd (Fog) A renderelt kép hitelesebbé tehető köd és/vagy háttér alkalmazásával. A köd a távolabbi elemek színét befolyásolhatja (színperspektíva) A háttér lehet egyszínű (solid) vagy színátmenetes (gradient), ill. alkalmazható háttérkép (pl. égbolt). Egyéb opciók (RPref) Lehetőség van a renderelési mód „finomhangolására”. Gyors ellenőrzéskor elég lehet csak néhány elemet, vagy egy kisebb ablakot renderelni (kiválasztás/vágóablak). Megadható a simítási szög (smoothing angle), ami alatt simított árnyalás esetén a program elmossa a felületek közti élt (l. ViewRes×FacetRes). Ki/be kapcsolható a beállított anyagjellemzők használata, és a beállított fények vetett árnyékának megjelenítése. A kimenet a képernyő helyett átirányítható fájlba (pl. képernyő felbontásánál nagyobb pixelszámú kép létrehozása érdekében).
Kapcsolódó gyakorlati anyagok http://www.star.bme.hu/szgalk2/cad3d3/
7. előadás Az előadás témája Számonkérés.
Az előadás célkitűzése A leadott elméleti és gyakorlati ismeretek számonkérése.
