20.5.2013.
Fakultet strojarstva i računarstva Sveučilište u Mostaru
RAČUNALNA GRAFIKA I CAD (2012./2013.) Izv. prof. dr. Adisa Vučina (Strojarstvo, Metodičko konstruiranje, Računalom integrirani razvoj proizvoda)
Sadržaj P1. Uvod, definicije, povijest (1h) P2. Proces konstruiranja i njegove značajke (2h) P3. Računalna podrška u procesu konstruiranja (2h) P4. CAD sustav i njegove komponente (1h) P5. Računalna grafika (3h)
P6. Matematički temelji računalne grafike (1h) P7. Tehnička dokumentacija (5h)
1
20.5.2013.
NASTAVA • Predavanja, auditorna • Vježbe, AutoCAD • Provjera znanja kontinuirana
Polaganje ispita Potrebni uvjeti za polaganje: - Vježbe (obvezne), prog.zadatak, 2 kolokvija – 50 bod. - Predavanja 80% nazočnost – 10 bod. - Ispit – 10 pitanja – 50 bodova (min.25 bod)
Ocjene: 51-60 bodova 61-75 bodova 76 – 90 bodova 91-100 bodova
dovoljan (2) dobar (3) vrlodobar (4) odličan (5)
2
20.5.2013.
2011./2012 – Statistika, izlaznost studenata
Naziv
BROJ
Ukupan broj studenata koji su izlazili na ispit jedan (1) put:
14
Ukupan broj studenata koji su izlazili na ispit dva (2) puta:
33
Ukupan broj studenata koji su izlazili na ispit tri (3) puta:
21
Ukupan broj studenata koji su izlazili na ispit više od tri (3) puta:
11
2011./2012 – Statistika, uspjeh
3
20.5.2013.
Literatura • • • • •
M. Obad, Dizajn proizvoda uz podršku računala, Sveučilište u Mostaru, 2004. L.Padovan: Inženjerska grafika i dokumentiranje, Graphis, Zagreb, 1999. F.E. Giesecke, A. Mitchell, H.C. Spencer, I.L. Hill, J.T. Dygdon: Technical Drawing, Mc Millan Publishing Company, New York, 1986. M.P.Groover, E.W. Zimmers, JR.: CAD/CAM, Prentice Hall Inc. New Jersey, 1984. Online-materijali
Sadržaj P1. Uvod, definicije, povijest (1h) P2. Proces konstruiranja i njegove značajke (2h) P3. Računalna podrška u procesu konstruiranja (2h) P4. CAD sustav i njegove komponente (1h) P5. Računalna grafika (3h)
P6. Matematički temelji računalne grafike (1h) P7. Tehnička dokumentacija (5h)
4
20.5.2013.
RAČUNALNA GRAFIKA Računalna grafika je grafika stvorena pomoću računala i općenito, reprezentacija i manipulacija slikovnih podataka računalom uz pomoć specijaliziranih softvera i hardvera. Razvoj računalne grafike je učinio računala - lakšim za komunikaciju, i - boljim za razumijevanje i interpretaciju različitih tipova podataka.
Kretanja u računalnoj grafici su imala dubok utjecaj na mnoge vrste medija (revolucionirala animaciju, filmove i video igre)
Gotovo sve na računalima što nije tekst ili zvuk
☺
Izraz "Računalna grafika" skovao je 1960. Williama Fetter, grafički dizajner za Boeing.
U pravilu, pojam računalne grafike odnosi se na: • zastupanje i manipulaciju slikovnim podacima u računalu • razne tehnologije koje se koriste za stvaranje i manipulaciju slikama • slike tako proizvedene, i • pod-područja računalne znanosti koja proučavaju metode za digitalnu sintezu i manipulaciju vizualnog sadržaja
5
20.5.2013.
Danas, računala i računalno generirane slike dodiruju mnoge aspekte svakodnevnog života …
Graphical User Interface
Primjene
(SimaPro)
6
20.5.2013.
Primjene...
A Blender 2.45 screenshot, displaying the 3D test model Suzanne. (This is a file from the Wikimedia Commons. Screenshot of Blender 2.45. Shown default interface with split windows. In scene there is subfurfed simple blender's primitive - monkey "Suzanne".)
Primjene
• 3D rendering: izrada 2D-slike na osnovi 3D podataka u računalu • virtual reality
A 2D rendering of a 3D projection of a 4DPentachoron performing a double rotation about two orthogonal planes. Created by Jason Hise with Maya and Macromedia Fireworks).
7
20.5.2013.
Primjene
•Računalna animacija
Primjene • Film, specijalni efekti
8
20.5.2013.
Primjene • Igre
Primjene • Medicina
9
20.5.2013.
Primjene Geografski Informacijski Sustav
Primjene Arhitektura i građevinarstvo
10
20.5.2013.
Primjene • Mikro i makro svijet
• Računalna grafika je nastala kao pod-područje računalne znanosti koja proučava metode za digitalnu sintezu i manipuliranje vizualnog sadržaja.
Druga specijalizirana područja: • vizualizacija informacija, • znanstvena vizualizacija (vizualizacija 3D fenomena arhitektonskih, meteoroloških, medicinskih, bioloških, itd.), naglasak na realnom renderiranju volumena, površina, izvorima osvjetljenja, itd.
11
20.5.2013.
Definicije ... CAD – Computer Aided Design • Tehnologija orijentirana uporabi računala pri kreiranju, promjeni, analizi i optimizaciji konstrukcija. • CAD programske aplikacije variraju od onih koje su orijentirane manipulaciji geometrijom do aplikacija prilagođenih rješavanju specifičnih konstrukcijskih problema.
Definicije ... • CAD se može prevesti i kao “computer-assisted...”
potpomognuto računalom, “computer-aided” računalom podržano. Akronimi koji su još u uporabi su: • CADD “Computer-Aided Design and Drafting”, računalom podržano konstruiranje (modeliranje) i crtanje, • CAID “Computer-Aided Industrial Design”, • CAAD “Computer-Aided Architectural Design”, • i mnogi drugi. Svi navedeni termini su u osnovi sinonimi ali postoje razlike u značenju i primjeni.
12
20.5.2013.
Definicije ... CAM – Computer Aided Manufacturing • Tehnologija orijentirana uporabi računala u planiranju, upravljanju i kontroli operacija za izradu proizvoda (direktno DNC) ili indirektno (CNC), te u području upravljanja robotima.
Definicije ... CAE – Computer Aided Engineering • Primjena IT u inženjerskim zadacima kao što su analiza,
simulacija, konstruiranje, proizvodnja, planiranje, dijagnostika i popravka.
Nonlinear statistics analysis of a 3D structure subjected to plastic deformations with Code-Aster
13
20.5.2013.
Definicije ... CAPP – Computer Aided Process Planning • Tehnologija orijentirana uporabi računala u planiranju proizvodnje i proizvodnih procesa.
CIM – Computer Integrated Manufacturing • Pokušaj ‘objedinjavanja’ različitih tehnologija (CAD, CAM, CAPP, ...) uz uključivanje ‘neinženjerskih’ područja (računovodstvo, skladište, ...).
Nove tehnologije • RPT – Rapid prototyping (Brza izrada prototipova), •VRT – Virtual prototyping (Izrada virtualnih prototipova)
14
20.5.2013.
Povijest CAD-a •
Prvi grafički sustav kreiran je sredinom 1950. g. (SAGE – Semi Automatic Ground Environment) od strane američkog zrakoplovstva. Sustav je razvijen na MIT-u, a uključivao je prikaz računalno obrađenih radarskih podataka na CRT monitoru.
•
1960. g. Ivan Sutherland je u MIT laboratorijima na TX-2 računalu razvio SKETCHPAD sustav. SKETCHPAD se smatra početkom računalne grafike te prvim značajnim korakom prema CAD-u.
•
Prvi CAD sustav razvijen je tijekom 60-ih godina pod imenom DAC (Design Automated by Computer). DAC je kreirao Dr.Hanratty (često spominjan kao ‘otac CAD/CAM’) radeći u GM (General Motors). DAC se smatra prvim interaktivnim grafičkim programom koji se koristio u proizvodnji (manufacturing).
SAGE Sector Control Room.
15
20.5.2013.
Ivan Sutherland demonstrating Sketchpad (http://en.wikipedia.org/wiki/File:Sketchpad-Apple.jpg)
Povijest CAD-a •
1971. g. je Dr.Hanratty osnovao tvrtku MCS (Manufacturing and Consulting Services) čiji je glavni proizvod bio CAD sustav AnvilExpress. MCS je izrađivala programske kodove za McDonnell Douglas (Unigraphics), Computervision (CADD), AUTOTROL (AD380) i Control Data (CD- 200).
•
Procjenjuje se da danas oko 70% svih 3D MCAD/CAM sustava još uvijek koriste dijelove MCS-ova originalnog koda.
•
1968. g. Computervision je prodao prvu komercijalnu CAD programsku aplikaciju tvrtki Xerox.
16
20.5.2013.
Povijest CAD-a •
Tijekom 70-ih težište razvoja je bilo na automatizaciji izrade 2D crteža.
•
1973. g. Auto-trol je prezentirao Auto-Draft, prvi ‘turnkey’ grafički sustav.
•
70-ih godina tipičan računalni sustav sastojao se od terminala (npr.tektronix 4014) povezanog s PDP-11 main frame računalom i 11 tableta s komandama za kreiranje geometrije. Korisnici su morali biti ne samo dobri crtači, nego i dobri programeri. Najveći dio aplikacija bio je ograničenih mogućnosti zbog ograničene snage i resursa računala u tom vremenu.
•
1977. g. Kreirana je preteča današnje CATIA programske aplikacije
•
1979. g. 3D CAD/CAM sustav firme Unigraphics bio je namijenjen 3D modeliranju
Povijest CAD-a •
Početkom 80-ih u industriju se uvode prve verzije CAM sustava (Computed Aided Manufacturing), s namjerom parcijalne automatizacije proizvodnih procesa, naročito u sferi upravljanja strojevima (NC- Numeric Control).
•
Također se razvijaju sustavi za računalnu podršku inženjerskim analizama – CAE sustavi (Computer Aided Engineering).
•
1981. g. Tvrtka Unigraphics prezentirala je prvi sustav za tzv. Puno (solid) 3D modelioranje, poznat pod imenom Uni-Solids.
•
Početkom 80-ih tipična računalna konfiguracija za CAD je bilo 16 bitno računalo sa max. 512 kB RAM te 20 do 30 Mb diskom, a koštalo je oko 125.000,00 USD.
•
Jedan od najvažnijih događaja iz ovog vremena je stvaranje tvrtke Autodesk
17
20.5.2013.
Povijest CAD-a •
John Walker, programer i vizionar osnovao je tvrtku Autodesk 1982. g. Pokrenuli su razvoj pet različitih tzv. desktop aplikacija. Najvažniji proizvod bio im je AutoCAD, tada mali 2D grafički program razvijen na PC platformi.
•
Do 1987. g. Autodesk je isporučio 100.000 kopija AutoCAD softvera. Rad u 3D prostoru bio je vrlo težak na PC-u. AutoCAD je bio uglavnom 2D, a s pojavom verzije 10 krenulo se u tzv. 3D žičano (wireframe) modeliranje.
•
Prvo 3D puno modeliranje (solid modeling) započelo 1988. g. Kada se pojavio Pro/ENGINEER. Unigraphics je osnovao tvrtku Shape Data Ltd., te je počela komercijalizacija tzv. programske jezgre Parasolid (Parasolid kernel) kao samostalnog proizvoda. Kasnije se dokazao kao izvrstan i stabilan grafički kernel za puno 3D modeliranje (temelji se na tehnologiji tzv. Graničnog ‘solid’ modeliranja (B-rep)
Povijest CAD-a •
90-e godine su godine ostvarenja najvećih dosega u CAD/CAM području.
•
1990. g. Tvrtka Spatial Technologies stvorila je ACIS, sustav za puno 3D modeliranje koji osigurava cjelovitu bazu podataka objekta koja se može dijeliti između različitih dijelova programske aplikacije (modeliranje objekata, analiza modela, izrada sklopova, izrada CNC koda, izrada 2D crteža, itd.)
•
1994. g. Autodesk razvio AutoCAD verziju 13 i isporučio svoju milijunitu kopiju.
•
2000. objavljena CATIA v5 te Pro/ENGINEER 2000i.
18
20.5.2013.
Danas • • • • • • • • • • •
Pro/ENGINEER CATIA Unigraphics AutoDESK Invertor SolidWorks SolidEdge Rhino SurfCAM 3D StudioMAX Maya ...
Danas •
• •
•
Današnje CAD aplikacije (SolidWorks, SolidEdge, Microstation...) već u osnovnom paketu uključuju module za specijalna područja, npr. konstruiranje proizvoda iz lima (sheetmetal design). Mechanical Desktop, Microstation i Anvil Express uključuju snažne alate za najkompleksnija i tzv. slobodoručna kreiranja površina i volumena. Skoro sve CAD aplikacije uključuju tzv. Sučelja za programiranje aplikacija (Application Programming Interfaces – API). Ova sučelja omogućuju integraciju dodatnih paketa, npr. analize metodom konačnih elemenata (FEM – Finite Element Analysis), pakete za simulaciju ponašanja proizvoda CAM, renderiranja, animacije. Zahvaljujući Windows operacijskom sustavu, grafički korisnički interfejsi (GUI – Graphical User Interfaces) postali jednostavniji i slični jedni drugima. Velik napredak napravljen i u području vizualizacije.
19
20.5.2013.
POV-Ray 3.6 (Persistence of Vision Raytracer) ray tracing program (David Kirk Buck, Aaron A. Collins)
20
20.5.2013.
Povijest - ukratko Područja koja su utjecala na razvoj CAD-a • • • •
Razvoj Razvoj Razvoj Razvoj
numerički upravljenih strojeva (1950 MIT) na području modeliranja površinama (Bezier, Ferguson) računalne grafike metoda analize konačnim elementima (FEM)
Bitne godine i razdoblja: • • • • •
•
Kasnih 50-ih i 60-ih – prvi CAD i CAM sustavi. 1963. g. prvi HLR algoritam Roberts, Sketchpad – Sutherland. 1970. g. Interaktivna kreacija FEM mreža. Kasnih 60-ih i početak 70-ih prelazak s 2D na 3D. 1970. modeliranje krutim tijelima: - Boundary representation – University of Cambridge (modeli se sastoje od facet-a koji su podskup ravninskih, kvadratnih i toroidonalnih površina) - CSG (Constructive Solid Geometry) – University of Rochester (konačan broj Boolean operacija nad poluprostorima definiranim nejednakostima). ’80-ih razvoj FBD tehnologija, krajem 80-ih pojava prvih FBD programskih aplikacija za modeliranje
Hvala na pažnji!
42
21
