Đây là bài thứ 2 trong loạt 4 bài cơ bản về CAD của Quế Thanh đăng trong diễn đàn Thư viện cộng đồng.
.............................................
Bài 2 : NURBS, B-REP, DỰNG HÌNH SOLID NHẬP MÔN
(BÀI VIẾT DƯỚI ĐÂY ĐƯỢC DỊCH LẠI TỪ LOẠT BÀI " GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ CAD 3D CHO NGƯỜI MỚI BẮT ĐẦU " CỦA TẠP CHÍ NIKKEI DESIGN 2001, DO THÔNG TIN VỀ CAD CỦA NĂM 2001 NÊN CÓ NHIỀU CÁI ĐÃ CỦ, TUY NHIÊN ĐÂY LÀ NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN CHO NHỮNG NGƯỜI MỚI TÌM HIỂU VỀ CAD 3D. HY VỌNG SẼ CÓ ÍCH CHO CÁC BẠN )
1. THỦ PHÁP DỰNG HÌNH CAD 3D
Các model được dựng hình trên CAD chủ yếu được phân làm 3 loại . Dạng Solid (dạng khối đặc), Surface (dạng mặt cong), và Wire Frame ( dạng khung dây).
Solid là dạng khối đặc nên ta có thể tính được thể tích và trọng lượng.
Surface là dạng mặt cong, bao quanh một cái khung sườn , đơn giản dễ hiểu nhất cho tưởng tượng là các mặt giấy dán trên một cái lồng đèn mà cái khung lồng đèn chính là Wire Frame. Trong những năm trước 1980 thì CAD chủ yếu là Wire Frame và Surface , tuy nhiên gần đây khi nói đến CAD 3D thì người ta sẽ liên tưởng đến cả 3 dạng hỗn hợp Solid, Surface và Wire Frame .
Dạng Wire Frame rất khó coi , đòi hỏi người thiết kế phải có sự liên tưởng đến sản phẩm chế tạo trong khi dạng Solid và Surface tạo cho người thiết kế và người thứ 3 nhìn vào có một cái nhìn trực quan gần giống với vật thể.
1.1 Thủ pháp tạo hình 3D
Có 3 thủ pháp tạo hình 3D trong CAD . Đó là
* Thủ pháp điêu khắc
* Thủ pháp dán lồng đèn
* Thủ pháp nhào nắn bột mềm.
1.1.1 Thủ pháp điêu khắc.
Pro-E, Solid Works, Solid Edge là những đại biểu đầu tiên của thủ pháp dựng hình này .
Đừng nghĩ đến computer, lý luận toán xa xôi của CAD , trước hết bạn hãy tưởng tượng mình đang nắm trong tay một vài thanh gỗ mềm ,một số đồ nghề thợ mộc, cái đục vài chai keo và bạn đang muốn điêu khắc , chạm trổ để hình thành một sản phẩm đang manh nha hình thành trong đầu bạn . Đầu tiên bạn sẽ để khúc gổ vuông lên bàn, bạn sẽ chọn một mặt nào đó của khúc gỗ và vẽ lên đó cái hình đơn giản mà bạn muốn điêu khắc. Bạn sẽ gắn lên khúc gỗ nơi cái hình đơn giản bạn vẽ một khối khác . Bạn dùng cái đục cái khối gỗ với cái hình gần đúng mà bạn vừa vẽ rồi dán vào khối gỗ thứ nhất. Bạn muốn tạo một cái rãnh trên khối gỗ , dùng bút chì vẽ tiếp một hình khác lên trên khối gỗ . Ok, bây giờ bạn dùng cái đục và đục nó theo đúng cái hình bạn mới vẽ , bạn được một cái rãnh. Bạn muốn khối gỗ có những cạnh tròn không vuông vức quá sẽ làm nguy hiểm đến người dùng nó. Ok, bạn dùng cái đục mặt tròn , vuốt nhẹ từ từ lên khối gỗ . bạn đã có được những vòng cong vừa ý.
Trong CAD 3D thì cái mặt bàn chính là "plane",
mặt bạn muốn vẽ trên khối gỗ chính là "mặt Sketch",
cái hình đơn giản bạn vẽ trên mặt khối gỗ chính là "hình Sketch",
khắc một khối tròn theo hính vẽ chính là bạn dùng lệnh "Extrude",
bạn dùng keo dán khối gỗ 2 vào khối gổ 1 đó chính là dùng toán cộng trong đại số Boolean.
Bạn tạo rãnh bằng cách đục theo hình vẽ đó là bạn đã dùng đến lệnh "Pocket " hay "Slot".
Bạn tạo cạnh R trên khối gỗ chính là lệnh "Fillet".
Thứ tự sử dụng đồ nghề thợ mộc của bạn chính là Plan Feature. Và các công đoạn bạn làm chính là các "Feature" trong CAD.
1.1.2 Thủ pháp dán lồng đèn hay còn gọi là thủ pháp LampShade
CATIA, Unigraphics, Rhinoceros là những đại biểu chính của thủ pháp LampShade trong tạo hình CAD 3D .
Bạn hãy tưởng tượng đến việc làm một cái lồng đèn. Muốn tạo những hình dáng lồng đèn mà thủ pháp điêu khắc với những công cụ tương tự công cụ thợ mộc có giới hạn của nó không thể làm được. Trước tiên muốn làm lồng đèn thì bạn phải làm một cái khung sườn bằng tre . Với những khung tre mềm mại bạn có thể uốn lươn tạo dáng cho cái lồng đền theo ý tưởng của bạn. Sau đó bạn sẽ dùng giấy để dán lên cái khung tre đó để hoàn tất. Cao hơn một chút, bạn muốn sản xuất hàng loạt những lồng đèn như vậy thì bạn cần có một cái khuôn.OK bạn dùng cái hình dáng lồng đèn của bạn để nhẹ vào trong một cái bồn đựng thạch cao lỏng hay Repro để tao một cái khuôn bằng thạch cao dựa theo cái mặt cong của lồng đèn bạn mới làm . Khi thạch cao hay repro khô bạn sẽ có một cái khuôn cứng bằng thach cao có hính dáng bên ngoài của lồng đèn và bạn chỉ có việc đút các thanh tre dựa theo mặt cong của thạch cao để làm cho nhanh.
Trong CAD đây chính là ý tưởng dựng hình surface để tạo những mặt cong phức tạp và là cơ sở của các hệ thống CAD đầu tiên. Thanh tre trong lồng đền chính là Wire Frame, mặt giấy dán chính là Surface. Việc bạn bỏ cái lồng đèn vào thạch cao để lấy cái mặt cong thôi chính là phép trừ trong đại số Boolean tức là dùng một mặt Surface trừ cho một khối Solid để tạo hình khối có mặt cong phức tạp. Ưu điễm của thủ pháp dán lồng đèn là bạn có thể tự do tự tại tong việc tạo hình. Và được dùng rất nhiều trong tất cả các lĩnh vực thiết kế công nghiệp và tạo hình CG ( computer graphics) của kỹ nghệ game và phim ảnh. Những mặt cong phức tạp trên body của xe hơi, máy bay và tàu thủy đều được thiết kế bằng thủ pháp dựng lồng đèn trước khi chuển đổi sang mô hình solid để giải tích, đây cũng chính là điểm phân loại giữa một hệ thống CAD mạnh hay yếu. Những hệ thống CAD mạnh như CATIA hay Unigpraphics , I-DEAS , Gr
2 ( Nhật),Sp
(Nhật,Việtnam) là những phần mềm hỗ trợ mạnh trong việc tạo wire frame và Surface để tạo hình.
Những hệ thống CAD sau năm 2000 thường dùng ý tưởng trộn chung cả Solid và Surface gọi là Hybrid System, những phiên bản sau này của Pro-E cũng có thể dùng thủ pháp này để tạo hình , tuy nhiên đối với giới chuyên môn thì cũng chưa thể so với CATIA hay UG được. Đó có thể là lý do tại sao Pro-E ít được dùng trong các hãng chế tạo xe hơi nơi đòi hỏi phải thiết kế rất nhiều mặt cong phức tạp mà chỉ được dùng để tính toán giải tích nhiều hơn hoặc dùng trong việc design các máy kiến thiết như máy cạp đất, máy ủi của KOMATSU những xe máy không cần nhiều đến hình dáng phức tạp bên ngoài . (Theo tài liệu của Nikkei Design thì ở Nhật, Pro-E chỉ có khoảng 3500 license sử dụng, rất ít so với UG hay CATIA,I-DEAS mặc dù được giới chuyên môn xếp hạng trong Shidai CAD/CAM (Tứ đại CAD/CAM) )
(còn tiếp)
.............................................
Bài 2 : NURBS, B-REP, DỰNG HÌNH SOLID NHẬP MÔN
(BÀI VIẾT DƯỚI ĐÂY ĐƯỢC DỊCH LẠI TỪ LOẠT BÀI " GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ CAD 3D CHO NGƯỜI MỚI BẮT ĐẦU " CỦA TẠP CHÍ NIKKEI DESIGN 2001, DO THÔNG TIN VỀ CAD CỦA NĂM 2001 NÊN CÓ NHIỀU CÁI ĐÃ CỦ, TUY NHIÊN ĐÂY LÀ NHỮNG KIẾN THỨC CƠ BẢN CHO NHỮNG NGƯỜI MỚI TÌM HIỂU VỀ CAD 3D. HY VỌNG SẼ CÓ ÍCH CHO CÁC BẠN )
1. THỦ PHÁP DỰNG HÌNH CAD 3D
Các model được dựng hình trên CAD chủ yếu được phân làm 3 loại . Dạng Solid (dạng khối đặc), Surface (dạng mặt cong), và Wire Frame ( dạng khung dây).
Solid là dạng khối đặc nên ta có thể tính được thể tích và trọng lượng.
Surface là dạng mặt cong, bao quanh một cái khung sườn , đơn giản dễ hiểu nhất cho tưởng tượng là các mặt giấy dán trên một cái lồng đèn mà cái khung lồng đèn chính là Wire Frame. Trong những năm trước 1980 thì CAD chủ yếu là Wire Frame và Surface , tuy nhiên gần đây khi nói đến CAD 3D thì người ta sẽ liên tưởng đến cả 3 dạng hỗn hợp Solid, Surface và Wire Frame .
Dạng Wire Frame rất khó coi , đòi hỏi người thiết kế phải có sự liên tưởng đến sản phẩm chế tạo trong khi dạng Solid và Surface tạo cho người thiết kế và người thứ 3 nhìn vào có một cái nhìn trực quan gần giống với vật thể.
1.1 Thủ pháp tạo hình 3D
Có 3 thủ pháp tạo hình 3D trong CAD . Đó là
* Thủ pháp điêu khắc
* Thủ pháp dán lồng đèn
* Thủ pháp nhào nắn bột mềm.
1.1.1 Thủ pháp điêu khắc.
Pro-E, Solid Works, Solid Edge là những đại biểu đầu tiên của thủ pháp dựng hình này .
Đừng nghĩ đến computer, lý luận toán xa xôi của CAD , trước hết bạn hãy tưởng tượng mình đang nắm trong tay một vài thanh gỗ mềm ,một số đồ nghề thợ mộc, cái đục vài chai keo và bạn đang muốn điêu khắc , chạm trổ để hình thành một sản phẩm đang manh nha hình thành trong đầu bạn . Đầu tiên bạn sẽ để khúc gổ vuông lên bàn, bạn sẽ chọn một mặt nào đó của khúc gỗ và vẽ lên đó cái hình đơn giản mà bạn muốn điêu khắc. Bạn sẽ gắn lên khúc gỗ nơi cái hình đơn giản bạn vẽ một khối khác . Bạn dùng cái đục cái khối gỗ với cái hình gần đúng mà bạn vừa vẽ rồi dán vào khối gỗ thứ nhất. Bạn muốn tạo một cái rãnh trên khối gỗ , dùng bút chì vẽ tiếp một hình khác lên trên khối gỗ . Ok, bây giờ bạn dùng cái đục và đục nó theo đúng cái hình bạn mới vẽ , bạn được một cái rãnh. Bạn muốn khối gỗ có những cạnh tròn không vuông vức quá sẽ làm nguy hiểm đến người dùng nó. Ok, bạn dùng cái đục mặt tròn , vuốt nhẹ từ từ lên khối gỗ . bạn đã có được những vòng cong vừa ý.
Trong CAD 3D thì cái mặt bàn chính là "plane",
mặt bạn muốn vẽ trên khối gỗ chính là "mặt Sketch",
cái hình đơn giản bạn vẽ trên mặt khối gỗ chính là "hình Sketch",
khắc một khối tròn theo hính vẽ chính là bạn dùng lệnh "Extrude",
bạn dùng keo dán khối gỗ 2 vào khối gổ 1 đó chính là dùng toán cộng trong đại số Boolean.
Bạn tạo rãnh bằng cách đục theo hình vẽ đó là bạn đã dùng đến lệnh "Pocket " hay "Slot".
Bạn tạo cạnh R trên khối gỗ chính là lệnh "Fillet".
Thứ tự sử dụng đồ nghề thợ mộc của bạn chính là Plan Feature. Và các công đoạn bạn làm chính là các "Feature" trong CAD.
1.1.2 Thủ pháp dán lồng đèn hay còn gọi là thủ pháp LampShade
CATIA, Unigraphics, Rhinoceros là những đại biểu chính của thủ pháp LampShade trong tạo hình CAD 3D .
Bạn hãy tưởng tượng đến việc làm một cái lồng đèn. Muốn tạo những hình dáng lồng đèn mà thủ pháp điêu khắc với những công cụ tương tự công cụ thợ mộc có giới hạn của nó không thể làm được. Trước tiên muốn làm lồng đèn thì bạn phải làm một cái khung sườn bằng tre . Với những khung tre mềm mại bạn có thể uốn lươn tạo dáng cho cái lồng đền theo ý tưởng của bạn. Sau đó bạn sẽ dùng giấy để dán lên cái khung tre đó để hoàn tất. Cao hơn một chút, bạn muốn sản xuất hàng loạt những lồng đèn như vậy thì bạn cần có một cái khuôn.OK bạn dùng cái hình dáng lồng đèn của bạn để nhẹ vào trong một cái bồn đựng thạch cao lỏng hay Repro để tao một cái khuôn bằng thạch cao dựa theo cái mặt cong của lồng đèn bạn mới làm . Khi thạch cao hay repro khô bạn sẽ có một cái khuôn cứng bằng thach cao có hính dáng bên ngoài của lồng đèn và bạn chỉ có việc đút các thanh tre dựa theo mặt cong của thạch cao để làm cho nhanh.
Trong CAD đây chính là ý tưởng dựng hình surface để tạo những mặt cong phức tạp và là cơ sở của các hệ thống CAD đầu tiên. Thanh tre trong lồng đền chính là Wire Frame, mặt giấy dán chính là Surface. Việc bạn bỏ cái lồng đèn vào thạch cao để lấy cái mặt cong thôi chính là phép trừ trong đại số Boolean tức là dùng một mặt Surface trừ cho một khối Solid để tạo hình khối có mặt cong phức tạp. Ưu điễm của thủ pháp dán lồng đèn là bạn có thể tự do tự tại tong việc tạo hình. Và được dùng rất nhiều trong tất cả các lĩnh vực thiết kế công nghiệp và tạo hình CG ( computer graphics) của kỹ nghệ game và phim ảnh. Những mặt cong phức tạp trên body của xe hơi, máy bay và tàu thủy đều được thiết kế bằng thủ pháp dựng lồng đèn trước khi chuển đổi sang mô hình solid để giải tích, đây cũng chính là điểm phân loại giữa một hệ thống CAD mạnh hay yếu. Những hệ thống CAD mạnh như CATIA hay Unigpraphics , I-DEAS , Gr
Những hệ thống CAD sau năm 2000 thường dùng ý tưởng trộn chung cả Solid và Surface gọi là Hybrid System, những phiên bản sau này của Pro-E cũng có thể dùng thủ pháp này để tạo hình , tuy nhiên đối với giới chuyên môn thì cũng chưa thể so với CATIA hay UG được. Đó có thể là lý do tại sao Pro-E ít được dùng trong các hãng chế tạo xe hơi nơi đòi hỏi phải thiết kế rất nhiều mặt cong phức tạp mà chỉ được dùng để tính toán giải tích nhiều hơn hoặc dùng trong việc design các máy kiến thiết như máy cạp đất, máy ủi của KOMATSU những xe máy không cần nhiều đến hình dáng phức tạp bên ngoài . (Theo tài liệu của Nikkei Design thì ở Nhật, Pro-E chỉ có khoảng 3500 license sử dụng, rất ít so với UG hay CATIA,I-DEAS mặc dù được giới chuyên môn xếp hạng trong Shidai CAD/CAM (Tứ đại CAD/CAM) )
(còn tiếp)