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Las bases tecnológicas del software CAD

Entender cómo funciona internamente el diseño asistido por computadora (CAD) en 3D es básico para desarrollar un trabajo eficiente y a prueba de errores.

Desafortunadamente, incluso para diseñadores experimentados puede ser desafiante navegar en el mundo de la tecnología CAD. En este artículo, daremos una visión general de cómo funcionan los sistemas CAD, los motores geométricos y los formatos de archivo, daremos ideas para las mejores prácticas y destacaremos algunas fallas comunes que pueden llevar a errores de manufactura y pérdida de datos.

Todo comienza con la geometría

En los sistemas de diseño asistido por computadora CAD 3D, el block de construcción más importante es la geometría en 3D. Esta se crea mediante un núcleo o kernel de geometría en 3D, que es un componente de software responsable de los cálculos de geometría. El kernel o motor de geometría está en el corazón de cada sistema CAD, y la calidad de la geometría depende principalmente del núcleo en el que se construye su sistema CAD.

Algunos ejemplos de las operaciones que un núcleo de geometría puede ofrecer son operaciones booleanas, extrusiones, barridos, loftings y muchas más. Por lo general, un motor de geometría tiene miles de operaciones de geometría implementadas. En la década de los 80, la representación de frontera o b-rep se convirtió en el modelo matemático estándar para aplicaciones de fabricación en 3D. Seria bueno que no solo significara un estándar para principios matemáticos, sino también una implementación estándar, esto no podría estar más lejos de la verdad. Con el tiempo, diferentes proveedores de CAD implementaron diferentes motores de representación de frontera (también conocidos como núcleos de geometría), lo que es una de las principales razones de la mala compatibilidad de diferentes sistemas CAD, incluso hoy en día.

En el mundo de CAD, la representación de la geometría en 3D pertenece a dos grupos distintos: datos de malla y datos de representación de frontera. Usando una analogía en 2D, podríamos decir que la representación de frontera es la gráfica vectorial de la geometría creada para la manufactura, mientras que los datos de malla son el equivalente de gráficos raster.

Lo bueno y malo de la representación de fronteras (b-rep)

La representación de fronteras (b-rep) fue desarrollada de manera independiente tanto por Ian C. Braid como por Bruce G. Baumgart a principios de los años 70. A pesar de todas sus debilidades, b-rep se convirtió en el estándar de la industria en CAD, y varias compañías desarrollaron implementaciones comerciales, llamadas núcleos de geometría, como Parasolid de Siemens PLM, ACIS y CGM de Dassault Systemes, Granite de PTC o ShapeManager de Autodesk. B-rep a menudo se confunde erróneamente con NURBS (splines B-racionales no uniformes), y aunque b-rep puede contener datos NURBS, es mucho más que eso.

Entonces, ¿qué es b-rep?

La representación de fronteras describe la geometría con sus límites. Un cuerpo b-rep almacena dos tipos diferentes de información:

  1. Geometría: Lista de puntos, curvas y superficies que definen la forma del cuerpo.
  2. Topología: Una lista de vértices, bordes y caras, que describen qué curvas y superficies están conectadas entre sí, y los agujeros y límites de las caras.

Nota: la terminología que usamos a continuación es la terminología b-rep. Algunos proveedores de CAD no diferencian entre superficies y caras, o curvas y bordes en su software.

1.-Una curva se representa mediante una ecuación paramétrica (por ejemplo, una línea es f(u) = p0 + d ⋅ u). Puede ser infinita (como una línea), periódica (como una elipse o un círculo) o finita (como una spline).

Una curva

2.-Un borde tiene una curva subyacente cerrada o delimitada por dos vértices. Cuando un borde conecta dos caras, la curva del borde se define por la intersección de las dos caras.

Un borde

3.-Una superficie se representa mediante una ecuación paramétrica (por ejemplo, un plano es s (u, v) = p0 + u ⋅ d1 + v ⋅ d2). Las superficies pueden ser infinitas (como un plano), cerradas (como una esfera), periódicas (como un cilindro) o de forma libre (como una superficie NURBS).

Una superficie

4.-Una cara es una superficie recortada por curvas. Los bordes exteriores definen los límites de la cara, los bucles interiores definen los agujeros en una superficie. La cara de la imagen 3 tiene la misma superficie que la superficie 4, pero está recortada por bucles externos e internos.

Una cara

5.-Una sola superficie puede definir un volumen cerrado si la superficie es cerrada, como un toro o una esfera. Los tipos de geometrías que se pueden representar mediante superficies cerradas son relativamente simples.

Un volumen cerrado - Toroide

6.-Por ejemplo, en un cilindro, el borde circular se define por la intersección de la superficie plana infinita y la superficie cilíndrica infinita. Ambas superficies están recortadas en la intersección.

Un cilindro

7.-Un cuerpo sólido es un conjunto de caras conectadas y cerradas que definen un volumen cerrado. Las caras definen los límites del volumen cerrado. Si las caras están conectadas, pero no están cerradas, se llama cuerpo de lámina.

 

Un cuerpo solido 

Podría preguntar: ¿por qué necesitamos almacenar la topología cuando tenemos geometría? ¿Por qué necesitamos almacenar por separado qué curvas o caras están conectadas entre sí? Simplemente podríamos verificar si los puntos finales de las curvas están en el mismo punto, y si lo están, entonces están conectados, ¿verdad? La respuesta es un claro "no", y aquí es donde el concepto de b-rep se vuelve extremadamente difícil de manejar para los núcleos de geometría.

El problema son las tolerancias: la representación de fronteras trabaja con ciertos niveles de tolerancia, porque tiene que hacerlo debido a dos razones:

  1. Los números de punto flotante (los números reales en las computadoras) no son infinitamente precisos.
  2. Los algoritmos que realizan cálculos con curvas y superficies paramétricas a menudo no pueden dar soluciones exactas sino solo aproximaciones.

Esto significa que, un vértice o un punto está en una coordenada (x, y, z), y el final de algunas aristas que están a 10-6 m de distancia de ese punto. En este caso, la tolerancia es de 10-6m.

La topología es la estructura de datos que describe qué geometrías están conectadas entre sí dentro de los niveles de tolerancia, y la geometría describe la descripción matemática pura de las curvas y superficies.

¿Por qué las tolerancias son un problema? Porque incluso las operaciones muy básicas pueden fallar debido a esto. Ejemplo: supongamos que nuestro núcleo b-rep está utilizando 10-6m como nivel de tolerancia, lo que significa que todo lo que esté más cerca de eso se considerará como el mismo punto, y todo lo que esté más lejos de eso se considerará como dos puntos distintos. Entonces, imaginemos un simple cubo, donde tenemos un vértice donde el extremo de las tres líneas en una esquina del cubo están a una distancia de 10-7m entre sí.

Hasta ahora todo bien, ¿qué podría salir mal? Bueno, una simple operación de escalado, por ejemplo.

Vamos a escalar el cubo 100 veces. La distancia entre las tres aristas conectadas se convierte en 10-5. De repente, según nuestra definición, las dos aristas ya no se encuentran, y nuestro cubo aparentemente preciso ya no puede ser procesado por nuestro núcleo como un cuerpo sólido.

Los núcleos de geometría siguen cometiendo estos errores, y luego intentan corregirlos. La implementación de un núcleo robusto de representación de fronteras consiste en gran parte en tratar de evitar estos errores y tratar de corregirlos una vez que ocurren. Este es un enorme reto Los expertos en b-rep dicen que tomaría 10 años escribir un núcleo robusto desde cero.

La representación de frontera tiene algunas ventajas y desventajas que debemos tener en cuenta.

Ventajas de la representación de fronteras

  • Muy precisa, trabaja con curvas y superficies paramétricas.
  • Diseñada para aplicaciones de manufactura
  • Es el estándar de la industria para todos los sistemas CAD.

Desventajas de la representación límite

  • Relativamente propensa a errores, las operaciones a veces fallarán debido a inexactitudes.
  • Para las computadoras es difícil leer, escribir y editar.

Los formatos de archivos b-rep más comunes y neutros para el sistema

  • STEP: el formato b-rep neutro estándar de la industria. Todos los sistemas CAD admiten la lectura y escritura del formato STEP. Cuando se intercambia datos entre sistemas CAD, a menudo es la segunda mejor opción.
  • IGES: un formato antiguo y bastante frágil. Ha sido ampliamente reemplazado por STEP y, siempre que sea posible, se debe utilizar STEP en lugar de IGES.
  • X_T: este es el formato de archivo nativo de Parasolid, que contiene datos de modelado 3D como topología, geometría, etc.

Consejo de flujo de trabajo profesional

A veces, b-rep se denomina incorrectamente como NURBS. B-rep de hecho puede contener superficies y curvas NURBS, pero las representaciones de geometría subyacentes son mucho más diversas. La mayoría de los núcleos de geometría de alta calidad admiten muchos tipos diferentes de curvas y superficies. Si bien la geometría NURBS puede representar cualquier geometría (incluidos planos, cilindros o esferas), tener tipos de geometría dedicados para geometría regular (como planos, cilindros o esferas) asegura la máxima precisión y rendimiento.

Calcular con precisión la intersección de dos superficies o curvas NURBS puede ser una tarea desafiante para las computadoras. Por ejemplo, Parasolid, el núcleo de geometría más utilizado admite líneas, círculos, elipses, splines y otros tipos de curvas, y muchos tipos diferentes de superficies. De esta manera, cuando se tiene que calcular la intersección de una línea y un círculo, el núcleo no necesita realizar cálculos de intersección de NURBS generales, sino que puede determinar fácilmente una solución analítica muy precisa en una fracción del tiempo que necesitaría el cálculo de NURBS.

Los sistemas CAD más populares y sus kernels de geometría

  • SOLIDWORKS - Parasolid
  • Siemens NX - Parasolid
  • Siemens Solid Edge - Parasolid
  • Autodesk Fusion 360 - ShapeManager
  • PTC Creo - Granite
  • Shapr3D - Parasolid
  • Autodesk Inventor - ShapeManager
  • Dassault Systemes CATIA - CGM

¿Sabías que?

Los kernels de geometría no son fáciles de escribir ni reemplazar. Uno de los problemas de software más costosos en la historia fue cuando Dassault Systemes reemplazó el kernel de CATIA al actualizar de la versión V4 a la V5. Los problemas de incompatibilidad que esta versión introdujo costaron a Airbus un estimado de $6.1 mil millones debido a retrasos en la producción.

Representación de malla no amigable para CAD

La geometría de malla es una lista de triángulos que pueden o no formar un cuerpo cerrado. La precisión de un cuerpo de malla depende de la resolución de la malla, y teóricamente con un cuerpo de malla se puede aproximar con gran precisión un cuerpo sólido arbitrario creando una malla de triángulos más densa. Sin embargo, aumentar la resolución conlleva el costo de aumentar dramáticamente el uso de memoria y disminuir el rendimiento. Los sistemas CAD no funcionan bien con archivos de malla y la mayoría de las herramientas para editar una malla son limitadas. En los últimos años, los sistemas CAD son cada vez más capaces de combinar geometría de malla con geometría de b-rep en cierta medida gracias a tecnologías como Parasolid Convergent Modeling.

Por lo general, hay tres formas diferentes en que se crean cuerpos de malla:

Modelado poligonal

Los sistemas CAD no están diseñados para gráficos, sino para manufactura. Sin embargo, las herramientas de gráficos en 3D o CGI trabajan principalmente con algún tipo de representación de malla y exportar datos de estas herramientas creará archivos que contienen mallas. Algunos ejemplos son Maya, Modo, SketchUp y 3D Studio Max.

Escáneres 3D

Los escáneres basados en fotogrametría y LiDAR producen datos de malla 3D. Estas mallas se pueden utilizar como objetos de referencia para la ingeniería inversa.

Triangulación de b-rep

Al igual que se puede pasar de gráficos vectoriales a gráficos de mapa de bits, también se puede convertir el b-rep en triángulos. La conversión de b-rep en triángulos se llama teselación. La teselación es importante por dos razones. Primero, las GPUs no pueden mostrar directamente b-rep, solo datos de malla. Por lo tanto, para mostrar un modelo CAD, debe ser teselado y la teselación debe cargarse en la GPU, que renderizará los datos teselados. En segundo lugar, cuando se exportan datos CAD a un formato de malla, esto también ocurre al teselar los datos. Un caso de uso típico es la exportación a STL o 3MF para la impresión en 3D.

Ventajas de la representación de malla

  • Fácil de mostrar
  • Fácil de leer y escribir
  • Diferentes aplicaciones interpretarán los datos de manera similar, por lo que no se necesita traducción de datos

Desventajas de la representación de malla

  • Los programas CAD no suelen funcionar bien con ella
  • Inexacta
  • Inadecuada para muchas aplicaciones de fabricación
  • Los datos de malla deben usarse principalmente como formato de salida para ciertas aplicaciones de fabricación, y no como formato de entrada. Una excepción notable son los objetos de malla de referencia para la ingeniería inversa.

 

Formatos comunes de malla

Los datos de malla se pueden almacenar de varias maneras:

STL (Estereolitografía, Lenguaje Estándar de Triángulos)

Uno de los formatos más antiguos. Es un formato de archivo muy simple que no contiene mucho más que una lista de triángulos. Se recomienda evitar su uso siempre que sea posible, ya que no almacena información de unidades.

3MF (Formato de fabricación 3D)

El reemplazo moderno del formato STL. Puede contener información de unidades, material, color y muchas otras que son necesarias para la fabricación de una pieza.

USDZ, GLTF

Estos formatos son muy similares, ambos están optimizados para fines de visualización ya que almacenan información de iluminación y material PBR. USDZ y GLTF son los formatos estándar para realidad aumentada también. La mayoría de los dispositivos modernos de iOS (USDZ) y Android (GLTF) admiten nativamente estos formatos para ver y para realidad aumentada.

OBJ, FBX, 3DS

Existe una larga lista de formatos de malla 3D adicionales. Estos formatos se utilizan principalmente en software de gráficos 3D y también se pueden utilizar para la interfaz entre sistemas CAD y software de gráficos.

Consejos para un flujo de trabajo profesional

  • Tenga cuidado cuando trabaje con datos de malla importados, como archivos STL o 3MF. Las mallas son excelentes para usarse como objetos de referencia para la ingeniería inversa, pero son difíciles de editar en un sistema CAD.
  • Se recomienda utilizar 3MF en lugar de STL, ya que 3MF es un formato moderno que también contiene unidades a diferencia de STL.
  • No confíe en los convertidores de malla a CAD a menos que realmente sepa lo que está haciendo. Estos convertidores simplemente transforman los triángulos uno por uno en caras, o intentan aproximar la geometría de CAD. Ninguno de ellos conducirá a resultados precisos, y a menudo simplemente remodelar la pieza conducirá a resultados de mayor calidad. Incluso cuando la conversión tiene éxito, puede introducir problemas ocultos que pueden causar inexactitudes y errores de modelado más adelante.

Ejemplos de archivos de malla

Ahora que hemos aclarado todos los diferentes formatos de malla, es hora de echar un vistazo más de cerca a cómo se ven varios archivos de malla. La siguiente galería le da una idea de lo diferentes que pueden ser:


Cuerpo de malla sólido

Malla cerrada
Malla de lámina

Malla tipo lamina
Datos de malla de escaneo 3D

Malla de un escaneo 3D 

Software CAD: paradigmas de modelado

Ahora que entendemos cómo se representa la geometría 3D en un sistema CAD, veamos cómo se crea y modifica la representación de fronteras. Existen tres técnicas de modelado principales: modelado de superficies, modelado paramétrico basado en la historia y modelado directo. Cada una de estas técnicas de modelado tiene fortalezas y debilidades diferentes.

1. Modelado de superficies

Resumen
El modelado de superficies da al diseñador un mayor control sobre la geometría, pero la creación de modelos de superficies de alta calidad requiere de la mayor experiencia por parte del diseñador de CAD.

Aplicaciones
El modelado de superficies se utiliza principalmente para el diseño industrial, donde la calidad y apariencia de la superficie son importantes. En la industria automotriz, el modelado de superficies de alta calidad se conoce como modelado de superficies Clase Este término no tiene una definición matemática estricta además de dar buen aspecto, y continuidad en superficies G2.

Flujo de trabajo
El modelado de superficies tradicional trabaja directamente con curvas y superficies. Las superficies se crean mediante el uso de técnicas de modelado de bajo nivel, como lofting, barrido, extrusión, revolución de curvas tridimensionales, modificación de los puntos de control NURBS de una superficie, recortando superficies con otras superficies, entre otros. Para crear un cuerpo sólido, se deben crear un conjunto de superficies cerradas que coincidan perfectamente a lo largo de sus límites. Para garantizar una buena apariencia física, los diseñadores suelen buscar un alto grado de continuidad (idealmente G2 o superior) y una buena curvatura entre dos o más superficies, lo que a menudo es extremadamente difícil de lograr con estas técnicas.

 

La modificación de la geometría en un entorno de modelado de superficies es un proceso altamente manual.

Por ejemplo, la modificación de un cuerpo sólido requiere la edición manual de las caras del cuerpo, luego unir las caras modificadas para formar un cuerpo sólido. Esto puede ser difícil para geometrías irregulares y requiere de personal altamente capacitado en modelado de superficies. Hoy en día, cada vez más diseñadores se están trasladando hacia el modelado por subdivisiones para crear formas orgánicas de alta calidad, pero el modelado de superficies tradicional sigue siendo una técnica muy importante en el diseño industrial. Sin embargo, el modelado por subdivisiones está disponible en cada vez más sistemas CAD hoy en día, lo que ayuda a los diseñadores a crear diseños con un gran aspecto de manera mucho más eficiente. Cubrir el modelado por subdivisiones en detalle va más allá del alcance de este artículo.

2. Modelado basado en historial paramétrico

Resumen
El modelado basado en historial paramétrico es el paradigma de modelado dominante en ingeniería y diseño. Fue implementado por primera vez por PTC (Parametric Technology Corporation) en los años 80 y sigue siendo la técnica más utilizada para crear geometría de representación límite.

Aplicaciones
El modelado basado en historial tiene una amplia gama de aplicaciones, desde proyectos de diseño hasta proyectos de ingeniería. Los modelos paramétricos bien diseñados pueden ser fácilmente modificados y ajustados simplemente modificando los parámetros que definen la relación entre las características del modelo.

Flujo de trabajo
Los modeladores basados en historial crean geometría evaluando una lista de operaciones conectadas. Conceptualmente, hay dos bloques principales en una herramienta basada en historial: bocetos 2D y creadores y modificadores de geometría 3D (por ejemplo, extruir y redondear). La lista de estas operaciones en algunos sistemas CAD se denomina árbol de operaciones, mientras que en otros sistemas se denomina línea de tiempo. El flujo de trabajo generalmente comienza creando un sketch 2D, y dimensionando y posicionando el boceto usando restricciones (las restricciones son una forma declarativa de definir relaciones entre bocetos, por ejemplo, forzar que dos líneas sean paralelas o forzar que una línea y un círculo sean tangentes). Luego, los perfiles creados por los bocetos se convierten en objetos 3D con un comando de creación de geometría 3D, como extruir, girar o barrer.

Al grabar estos pasos de modelado, el sistema CAD crea la lista de operaciones, llamada el historial paramétrico del objeto.

Esto teóricamente hace posible volver a un cierto punto en la lista de comandos, cambiar algunos parámetros allí y luego volver al final de la cadena de comandos, volviendo a aplicar las operaciones subsiguientes en la operación cambiada. Si la lista de operaciones fue cuidadosamente creada para admitir el cambio solicitado, el modelo se actualizará sin problemas.

El historial paramétrico asigna nombres a las topologías en función de la semántica de las características, por lo que, si un usuario modifica un parámetro, el sistema puede usar las topologías utilizadas previamente con el nuevo modelo. Sin embargo, debido a la naturaleza heurística del algoritmo, la denominación puede no coincidir con la topología prevista por el usuario, lo que puede resultar en errores o posiblemente en el uso de topologías incorrectas.

En los sistemas CAD heredados, solucionar estos errores puede ser difícil y consumir mucho tiempo. Sin embargo, los sistemas CAD modernos brindan mecanismos de solución de problemas y manejo de errores fáciles.

3. Modelado directo


Resumen
Aunque hay cierta confusión en torno a la terminología, en este artículo nos referiremos al modelado directo como la técnica de modelado en la que se logran ciertas modificaciones mediante el desplazamiento, movimiento, rotación y cambio de caras y características de un objeto, en lugar de cambiar los parámetros de modelado o de boceto en una línea de tiempo (historial paramétrico). El pionero de modelado directo moderno fue Blake Courter en el software SpaceClaim a principios de la década de 2010. Aunque algunos proveedores de CAD afirman lo contrario, el modelado directo no es opuesto al modelado basado en el historial paramétrico; de hecho, se pueden agregar pasos de modelado directo en la mayoría de los sistemas CAD modernos basados en el historial paramétrico.

Aplicaciones
El modelado directo hace que ciertos tipos de cambios de modelado sean fáciles e intuitivos, por lo que se utiliza ampliamente para el diseño conceptual. Otra aplicación típica del modelado directo es preparar la geometría para la simulación. En ciertos casos, el modelado directo permite realizar ciertos cambios que serían imposibles o muy laboriosos de hacer modificando el historial paramétrico.

Flujo de trabajo
El flujo de trabajo de modelado directo es en muchos aspectos similar al flujo de trabajo basado en el historial paramétrico cuando se trata de crear geometría. La mayor diferencia es cómo funciona el cambio de geometría. La creación de geometría también se basa en la creación de perfiles 2D y luego en convertir esos perfiles en geometría 3D con diferentes operaciones de modelado.

Sin embargo, con el modelado directo, el cambio de geometría no se realiza cambiando la línea de tiempo (especialmente porque en sistemas de modelado directo "puros", como SpaceClaim, no hay línea de tiempo en absoluto), sino editando directamente la geometría. Cuando la gente se refiere a las operaciones de modelado directo en un sistema CAD moderno, suelen referirse al desplazamiento de caras, al movimiento de estas, su borrado, al reemplazo de caras, al movimiento de bordes y a las operaciones de cambio de radio de curvatura. Estas operaciones editan directamente la geometría y logran los cambios geométricos reduciendo y extendiendo las caras alrededor de las caras manipuladas.

La mayor ventaja es el mayor inconveniente del modelado directo.

Como edita directamente la geometría, no necesita el historial paramétrico de la geometría para editarla. Sin embargo, la falta de historial de diseño hace que ciertos tipos de cambios de diseño complejos sean lentos de realizar.

La idea equivocada sobre el modelado directo

Ahora que entendemos las bases del modelado paramétrico y directa, es hora de aclarar un malentendido importante sobre el modelado directo:

El modelado directo no es lo mismo que mover y estirar geometría.

Si bien las operaciones de modelado directo a menudo proporcionan controles interactivos para mover y cambiar caras y características, esos controles interactivos no tienen mucho que ver con la modelización directa. Esas flechas y otros controles simplemente cambian valores numéricos que también se podrían ingresar en un teclado. Es solo que a menudo es muy conveniente usar controles interactivos en lugar de ingresar valores, especialmente en la fase de diseño conceptual y exploración.

Para aclarar aún más la diferencia entre modelado directo y paramétrico, aquí hay un ejemplo muy simple de lo que sucede detrás de escena cuando creamos y modificamos un cilindro.

Modelado paramétrico


Primero, veamos cómo se ve cada paso en un entorno de modelado paramétrico:

Paso 1: crear un cuerpo
a.-Dibujar un círculo en un plano. Operaciones registradas detrás de escena: dibujo (círculo)

b.-Use el comando de extrusión para extruir el círculo a 10 mm. Operaciones registradas detrás de escena: Dibujo (círculo) y una Extrusión (perfil = círculo, altura = 10 mm)

Paso 2: modificar un cuerpo
Seleccionar la operación de extrusión (perfil = círculo, altura = 10 mm) y cambiar el parámetro de altura a 15 mm. Operaciones registradas detrás de escena: Dibujo (círculo) y una Extrusión (perfil = círculo, altura = 15 mm)

Modelado directo

Ahora hagamos el mismo proceso en un entorno de modelado directo.

Paso 1: Crear un cuerpo
a-Dibujar un círculo en un plano. Geometría registrada detrás de escena: un perfil circular

b-Use el comando de extrusión para extruir el círculo a 10 mm. Geometría registrada detrás de escena: Un perfil circular, un cilindro sólido, con dos caras planas en la parte inferior y superior separadas 10 mm, y una cara cilíndrica que conecta la parte inferior y superior.

Paso 2: modificar un cuerpo
Seleccionar la cara superior del cuerpo cilíndrico y moverla hacia arriba 5 mm. Geometría registrada detrás de escena: un perfil circular, un cilindro sólido, con dos caras planas en la parte inferior y superior separadas 15 mm, y una cara cilíndrica que conecta la parte inferior y superior.

Como se puede ver, la fase de creación de la geometría desde la perspectiva del usuario es el mismo proceso exacto, sin embargo, lo que sucede detrás de escena es diferente. Desde la perspectiva del diseñador, la mayor diferencia es cómo se realiza la modificación.

Despliegue de la geometría

Las computadoras son bastante impresionantes al mostrar gráficos 3D, pero no pueden mostrar datos de b-rep directamente. Por lo tanto, necesitamos crear algún tipo de datos a partir de b-rep que las computadoras puedan mostrar: un montón de triángulos forman las superficies y un montón de líneas forman los bordes (volviendo a mi titulo anterior "Triangulación de b-rep antes").

Podrías preguntar: si es un montón de triángulos y líneas lo que tengo en la pantalla, ¿cómo es posible que vea superficies curvas hermosas? Bueno, son muchas líneas y triángulos muy pequeños. Mirando cuidadosamente las imágenes a continuación, puedes ver que los bordes circulares están realmente hechos de pequeños segmentos de línea.

 

Despliegue de la geometría CAD

Despliegue de la geometría CAD

 

Es muy importante señalar que esto no tiene nada que ver con la calidad real de la geometría. La geometría sigue representándose como un círculo preciso, es simplemente la visualización la que está segmentada, porque así es como las computadoras pueden mostrar eficazmente gráficos 3D.

Los programas de CAD suelen utilizar diferentes trucos para mostrar una enorme cantidad de geometría. Uno de los trucos típicos se llama LoD (nivel de detalle). LoD simplemente significa que cuando miras algo desde lejos, se va a renderizar una malla de baja resolución, pero cuando te acercas, el sistema de CAD cargará una versión de mayor resolución de la geometría.

De esta manera, cuando te alejas y miras un gran conjunto de ensamble, el rendimiento de la representación no degradará. Vale la pena mencionar que estos datos de teselación son responsables de una cantidad significativa del consumo de memoria de los sistemas de CAD - a veces más del 50% de la memoria que utiliza un sistema de CAD se destina a los datos de teselación.

Cierre.
Eso es todo, amigos. Apenas hemos arañado la superficie del modelado tridimensional. Hay un montón de libros escritos sobre cada tema de este artículo, así que si estás interesado en profundizar más en CAD, dinos en nuestro foro de la comunidad sobre qué te gustaría leer más.

 

Por: István Csanády CEO de Shapr3D, una innovadora herramienta de modelado CAD 3D