Современные САПР – это уже давно не только программы для черчения и 3D-моделирования. Это набор средств, позволяющий создавать виртуальный прототип изделия. При этом одним из ключевых качеств оценки прототипа является его внешний вид. Это связанно с тем, что для многих изделий важнейшим фактором, определяющим его дальнейшую судьбу, является именно внешний вид. Более того, сейчас при демонстрации конструкторских замыслов перед заказчиками или потенциальными инвесторами считается правилом хорошего тона наличие фотореалистичных изображений предлагаемого изделия. Это также помогает при проведении маркетинговых исследований и в организации рекламных компаний, а для составления различных каталогов изделий является практически обязательным требованием.
Различают два основных вида процесса получения реалистичного отображения 3d-модели (рендеринга, визуализации) – это отображение в реальном времени, и отображение, требующее значительных временных ресурсов. В первом случае большее значение имеет скорость выполнения расчетов, только при соблюдении этого условия качество изображений останется высоким. Основная область применения – компьютерные игры и динамичное представление моделей. При втором виде рендеринга приоритетом является реалистичность отображения. Именно он нашел широкое применение в промышленном дизайне.
На данный момент все ведущие производители САПР предлагают интегрированные приложения для фотореалистичной обработки 3D-моделей [3, 4]. Проанализируем основные возможности получения фотореалистичных изображений в программе SolidWorks являющейся одним из лидеров в области САПР.
SolidWorks имеет несколько инструментов для отображения 3D-моделей в реальном времени. Для этого предусмотрены режимы отображения «Окклюзия» и RealView, которые обеспечивают реалистичное представление модели без необходимости применения отрисовки (рендеринга). При необходимости фотореалистичной обработки изображений и видеоматериалов в текущих версиях системы используется программа PhotoView 360. Полученное в ней изображение содержит внешние виды, освещение, сцены, надписи на модели [2].
Сравним качество изображений, полученных в RealView и PhotoView 360 (рис. 1).
Рис. 1. Сравнение различных методов получения реалистичных отображений моделей в SolidWorks: а – графика RealView; б – рендеринг в PhotoView 360
Рис. 2. Процесс рендеринга в программе PhotoView 360
Рис. 3. Результаты рендеринга в различных качественных режимах
Очевидно, что для получения изображений высокой реалистичности рационально использовать программу PhotoView 360. На рис. 2 представлен процесс рендеринга 3d-модели в этой программе.
Рассмотрим на примере четыре различных по качеству режима рендеринга и их влияние на конечный результат (рис. 3).
На рис. 3 хорошо видно, что изменение качества рендеринга незначительно влияет на реалистичность обрабатываемой модели. Сколько-нибудь существенную разницу можно зафиксировать только при значительном увеличении. Для черно-белой печати различия фактически отсутствуют. При этом время, затрачиваемое на рендеринг, может отличаться почти в 60 раз. Сохранение отрисованных изображений можно производить в различных форматах: EXR, FLX, HDR, jpg, PNG, PNG 16-разрядный, PSD, TGA, TIFF [1].
Следует также отметить, что при визуализации необходимо учитывать не только настройки, влияющие непосредственно на качество рендеринга, но и требуемое разрешение изображения (рис. 4). При больших размерах изображений и максимальном качестве обработки отображение может потребовать значительных затрат времени.
Рис. 4. Результаты рендеринга при различном разрешении в режиме хорошего качества
Также представим 3d-модель высокой сложности, перспективного автоматизированного посадочного агрегата, подвергнутую рендерингу (рис. 5). Визуализация осуществлялась в режиме хорошего качества при разрешении 1920х1080. Продолжительность процесса составила 2 часа 42 минуты (посадочный агрегат в изометрии). Во всех случаях для рендеринга использовался компьютер с четырехядерным процессором с тактовой частотой 2,4 ГГц, оперативной памятью 4 ГБ и дискретным видеоадаптером с памятью 1 ГБ.
Приведенные изображения наглядно демонстрируют, что применение инструментов фотореалистичной обработки моделей улучшает их общий эстетический вид и значительно повышает презентабельность продвигаемых проектов.
Рис. 5. Модель автоматизированного посадочного агрегата подвергнутая рендерингу