Способы создания моделей
 |  |
| Теоретический –предполагает создание модели на основе известных законов физики, механики, описывающих основные с точки зрения поставленной цели процессы, происходящие в объекте. | Экспериментальный (или идентификация) предполагает построение модели на основе результатов эксперимента, проведенного с реальным объектом. |
 |
Рис.3 Классификация моделей
В основу классификации положены наиболее важные признаки моделей:
1. Закон функционирования и характерные особенности выражения свойств и отношений оригинала;
2. Основания для преобразования свойств и отношений модели в свойства и отношения оригинала.
По первому признаку модели разделяют на логические — образные, знаковые, образно — знаковые и материальные — функциональные, геометрические, функционально — геометрические. Логическиемодели функционируют по законам логики в сознании человека. Материальные — по объективным законам природы.
* Образные (иконические) модели — выражают свойства оригинала с помощью наглядных чувственных образов, имеющих прообразы среди элементов оригинала или объектов материального мира. Пример, частицы газа в виде упругих шаров (кинетическая теория газа).
* Знаковые (символические) модели — выражают свойства оригинала с помощью условных знаков и символов. Пример, математические выражения и уравнения, физические и химические формулы и т.п.
* Образно — знаковые модели — обладают признаками образных и знаковых моделей. Пример: схемы, графики, чертежи, графы, структурные формулы, иероглифы и т.п.
* Функциональные модели — отражают основные функциональные свойства оригинала. Пример, моделью маятника, совершающего колебательное движение, может служить RLC-цепочка.
* Геометрические модели — отражают пространственные свойства оригинала. Пример, глобус.
* Функционально — геометрические модели — отражают одновременно функциональные и пространственные свойства оригинала. Пример, макет самолета в аэродинамической трубе.
В зависимости от физической однородности и разнородности с оригиналом функциональныеи функционально — геометрические модели разделяются на физические и формальные. Пример, работу электрического генератора необходимо исследовать на активно — емкостной потребитель, подключение к которому по каким-либо причинам невозможно, потребитель можно заместить на последовательную цепь из резистора и конденсатора. В этом случае эта цепь является физической моделью потребителя. Если оригинал — маятник, то электрический колебательный контур является его формальной моделью.
По второму признаку модели делятся на условные, аналогичные и математические.
* Условные модели — выражают свойства и отношения оригинала на основании принятого условия (соглашения). Сходство с оригиналом у таких моделей может совершенно отсутствовать. К ним относятся все знаковые и образно — знаковые модели.
* Аналогичные модели — обладают сходством с оригиналом, достаточным для перехода к оригиналу на основании умозаключения по аналогии, т.е. на основании логического вывода, что, оригинал, возможно, обладает некоторым признаком, имеющимся у модели, так как другие признаки оригинала сходны с признаками модели. Пример, все виды макетов кораблей, самолетов и т.д.
* Математические модели – модели, в которых основные функциональные свойства объекта заменяются математическими выражениями. Они обеспечивают переход к оригиналу, фиксацию и исследование его свойств и отношений с помощью математических методов.
Математические модели делятся на расчетные и соответствующие:
Расчетные — выражают свойства и отношения оригинала с помощью математических представлений — формул, уравнений, графиков, таблиц, операторов, алгоритмов и т.д. Пример, объект Z=X*Y – модель выходная координата.
Соответствующие – модели, в которых переменные величины модели связаны с соответствующими переменными величинами оригинала определенными математическими зависимостями. Пример, если две функции Z=XY и z=x+y, а также их независимые переменные связаны соотношениями x= lgX, y =lgY, z = lgZ, то каждый из таких объектов может служить соответственной моделью другого.
Математические модели имеют признаки условных моделей и могут обладать признаками аналогичных.
Среди соответствующих моделей можно выделить важнейший класс – подобные модели, которые как класс формируются на основе теории подобия.
Подобные модели — переменные величины, в которых пропорциональны соответствующим переменным оригинала. Подобные модели также могут быть логическими и материальными. Подобные материальные модели подразделяются на аналоговые (непрерывные), цифровые (дискретные) и аналого-цифровые (комбинированные и гибридные), это зависит от того, какие величины связывает их математическое описание — непрерывные, дискретные или те и другие вместе.
Аналоговые —модели, в которых основные функциональные свойства объекта заменяются подобными функциональными свойствами модели любой природы.
Цифровые — модели, в которых основные функциональные свойства объекта моделируются дискретно.
Аналогово-дискретные –модели, которые сочетают в себе аналоговую и дискретную части (одни свойства объекта выражаются аналоговыми, другие – дискретными моделями).
Подобие оригинала и его материальной модели позволяет использовать последнюю в качестве вычислительного устройства для решения уравнений, описывающих оригинал.
Согласно общей теории моделирования, все вычислительные устройства являются материальными подобными моделями соответствующих материальных или логических оригиналов.
В зависимости от характера математического описания эти устройства могут быть аналоговыми, цифровыми и аналого-цифровыми.
Классификация методов моделирования
 |
Рис. 4 Классификация методов моделирования
Моделирование систем включает в себя модели объекта с одной стороны и способы отражения их функционирования с другой.
По характеру изучаемых процессов моделирование может классифицироваться по следующим признакам: детерминированность, динамичность, непрерывность и форма-представление.
С точки зрения детерминированности различают: детерминированное и стохастическоемоделирование. При детерминированном моделировании используются детерминированные методы без учета случайных воздействий внешней среды. Стохастическое моделирование отображает вероятностные и случайные процессы в объекте. При этом используется математический аппарат статистики и вероятностных процессов.
С точки зрения динамичности разделяют статическое и динамичное моделирование. Динамичное моделирование процессы, происходящие в объекте, рассматривает во времени. Статическое моделирование изучает особые статические режимы, когда процессы, происходящие в объекте, не зависят от времени.
По признаку непрерывности различают: непрерывное, дискретное и непрерывно-дискретное моделирование. Непрерывное моделирование рассматривает процессы, происходящие в объекте, непрерывно в течение всего времени исследования. Математическим аппаратом данного типа моделирования являются дифференциальные уравнения. Дискретное моделирование изучает процессы в определенные моменты времени, математический аппарат – разностные уравнения. Непрерывно-дискретное моделирование сочетает в себе свойства непрерывного и дискретного моделирования.
По формам представления моделирование может быть мысленное (логическое) и реальное (материальное).
Мысленное моделированиеприменяется при исследовании систем, которые по каким-либо причинам не может быть реализовано физически. Мысленное моделирование в свою очередь разбивается на три крупных класса:
Наглядное моделирование — это создание наглядных моделей на базе представлений человека об объекте.
Наглядное моделирование подразделяется на гипнотическое, аналоговое и макетирование.
· Гипнотическое моделирование – это исследование модели в виде черного ящика, при этом структура и функциональные особенности объекта представляются гипотезой. После выдвижения гипотезы она либо принимается, либо нет.
· Аналоговое моделирование применяется в том случае, когда любое функциональное свойство объекта заменяется аналоговым.
· Макетирование применяется в случае, если невозможна физическая реализация объекта. Модель представляет собой полную аналогию с исследуемым объектом, но в другом масштабе.
Символьное моделирование – замена реального объекта неким набором символов (любому объекту ставится в соответствие символ). Выделяют языковое и знаковое моделирование.
· При знаковом моделировании вводятся символьные обозначения определенных понятий, однородные понятия объединяются в отдельные множества. Все знаковое моделирование сводится к теории множеств и операциям между ними.
· При языковом моделировании объекту и процессам, происходящим в нем, ставится в соответствие тезаурус – язык, лишенный двусмысленности, т.е. его символика похожа на символику нашего языка, но все однозначно.
Математическое моделирование подразделяется на аналитическое, имитационноеи комбинированное.
· Аналитическое моделирование – определенному объекту ставится в соответствие система уравнений и методы ее решения (высшая математика). Применяется при исследовании относительно несложных систем, к которым относится САУ.
· Имитационное моделирование – отдельные свойства объекта имитируются конкретными математическими способами (нет конкретной модели), используется для исследования сложных систем. Как правило, применяется к стохастическим моделям и системам массового обслуживания. Для имитационного моделирования применяется пакет GPSS.
· Комбинированное моделирование – это моделирование, в котором используются элементы аналитического и имитационного.
Реальное моделированиеможет быть натурным и физическим.
Натурное моделирование – это проведение исследований с реальными объектами с последующей обработкой результатов эксперимента.
· производственный эксперимент – воспроизведение на натурном объекте основных режимов производственного процесса для дальнейшего исследования.
· научный эксперимент – воспроизведение на натурном объекте качественно новых режимов, увеличение технических границ.
· комплексный эксперимент – сочетает в себе элементы научного и производственного эксперимента
При постановке научного эксперимента реальный объект используется в качественно новых условиях функционирования или при воздействии новых факторов внешней среды с последующей обработкой результатов.
Физическое моделирование:
· в реальном масштабе времени – осуществляют постановку эксперимента в одинаковых масштабах времени как для объекта, так и для модели.
· в нереальном масштабе времени – при постановке эксперимента масштабы времени для модели и объекта различаются на некоторую величину.
Источник
Новости
Для тех, кто только начал осваивать ювелирное 3D моделирование неразрешимой проблемой часто становится выбор способа, или подход к созданию той или иной формы. А ведь правильный подход — это чуть ли не самое главное в создании 3d модели. Сейчас вы узнаете, какие бывают приемы моделирования, и какие лучше использовать для ювелирных форм.
На сегодняшний день существует всего 4 метода моделирования:
NURBS моделирование или векторное моделирование
Широко используется в точном машиностроении, поскольку каждая линия или поверхность является функцией координат, и эту функцию можно точно вычислить в любой точке поверхности. Это позволяет создавать максимально точную форму модели независимо от её физического размера. В ювелирном 3D моделировании такой метод применяется очень широко. Можно создавать большое количество разнообразных геометрических, органических и бионических форм.
Программы: Rhinoceros, Catia, Solidworks, ProE, Unigraphics, Fusion 360…
Полигональное моделирование
С него всё началось. Это самый старый метод моделирования, с помощью которого можно создать абсолютно любую форму, но это не всегда это быстро и легко. Полигональное моделирование экономит ресурсы компьютера, поэтому модели, созданные таким способам чаще используются для 3D визуализации и в играх. Но и для ювелирного моделирования активно применяют этот метод. Однако, точность такого метода очень низкая, и модельеру приходится большую часть работы делать просто «на глаз».
Программы: 3DS Max, Maya, Modo, Cinema 4D, Blender, T-splines, Fusion 360
Скульптурное моделирование
После появления технологии пиксолей (пикселов с координатой высоты) стало возможно разбивать полигональную модель на очень большое количество граней, и работать с ней как с настоящей глиной или воском. Этот метод позволяет создавать мельчайшие детали на трехмерной модели, и чаще применяется для создания органических форм с высокой детализацией, а также для создания текстур нормалей. В ювелирном 3D моделировании такой метод позволяет дорабатывать геометрические формы, накладывать объемную текстуру на поверхности и придавать моделям естественные искажения, как после обработки. Точность и задание размеров в таком методе находятся на условном уровне.
Программы: ZBrush, 3D Coat, Mudbox
Комбинированный метод
К такому способу моделирования можно отнести приемы создания 2,5D формы на плоскости из заранее прорисованных векторов или черно-белого изображения. Такой способ применяется для моделирования специфических моделей под фрезер и имеет много ограничений. Хорошо подходит для создания плоских орнаментов и барельефов.
Программы: ArtCAM, Rhino Emboss.
Итак, какой же метод выбрать?
Для начинающих самым простым и быстрым методом работы будет NURBS моделирование. Его можно легко освоить, и сразу создавать большое количество разных форм украшений. Но для профессиональной работы также потребуется изучить ещё и скульптурное и полигональное моделирование. Это позволит вам свободно создавать практически любую, даже очень сложную форму украшения.
А чтобы в живую увидеть, как применяется метод NURBS моделирования на примере создания кольца — ленточки, подключайтесь к нашему вебинару во вторник.
Источник
