BRL-CAD

BRL-CAD - свободно распространяемая САПР, ориентированная на работу через интерактивные консольные команды или через сохранённые и используемые многократно тексты таких команд (скрипты).

Быстрый старт при работе с BRL-CAD

Помощь по работе с САПР можно получить введя в консоли команду mged help <команда>, например - mged help sph. Ниже даны основные виды чертежных деталей и простейших тел, которые могут быть созданы командами.

   1  Произвольные выпуклые многогранники
       1.1 ARB8 Records
       1.2 ARBN Records
   2 Эллипсоиды
       2.1 ell
       2.2 sph
       2.3 ellg
       2.4 ell1
       2.5 ehy
       2.6 epa
   3 Цилиндры, конуса
       3.1 tgc
       3.2 rcc
       3.3 rec
       3.4 rhc
       3.5 rpc
       3.6 tec
       3.7 trc
   4 Операции над 2d-объектами с получением 3d-объекта
       4.1 extrude
       4.2 revolve
       4.3 dsp
       4.4 ebm
       4.5 hf
   5 Некоторые распространённые 3d-объекты
       5.1 tor
       5.2 eto
       5.3 part
       5.4 nmg
       5.5 pipe
       5.6 ars
       5.7 metaball
       5.8 brep
       5.9 spline
       5.10 vol
       5.11 bot
       5.12 poly
   6 Прочее: эскизы, анимация, подмодели и т. д.
       6.1 Sketch
       6.2 annot
       6.3 grip
       6.4 half
       6.5 binunif
       6.6 submodel

Выполнить заранее написанный скрипт тоже очень просто - набирается команда mged, после ставится пробел и мышкой, трекболом или тачпадом в консоль перетаскивается файл скрипта. В результате консоль сама печатает путь к скрипту. После печати в консоли пути к файлу нажимается клавиша Enter - и выполнение команд начинается.

Кратко о концептуальном подходе к моделированию в данной САПР

CSG против BREP

Существует два основных подхода к твердотельному моделированию: CSG и BREP. В моделировании CSG объект представлен как логическая комбинация простых примитивных форм (например, сфер, цилиндров, конусов и т. Д.). В моделировании BREP объект представлен набором поверхностей (например, фасетов, треугольников и сплайнов), которые `соединены вместе, чтобы полностью охватить объект. Большинство основных коммерческих пакетов твердотельного моделирования, находящихся в настоящее время в распространении (например, Pro / ENGINEER [широко известный как Pro / E], Unigraphics и т. д.), Используют подход BREP, хотя у них есть некоторые возможности CSG. BRL-CAD, с другой стороны, в первую очередь представляет собой систему моделирования CSG с некоторыми возможностями BREP. Преобразования между CSG и BREP обычно могут быть связаны или преобразованы друг в друга. Для BRL-CAD доступен простой тип BREP в форме треугольников; он называется примитивом множества треугольников (BOT). Если объект BREP состоит из всех треугольников, представление BRL-CAD может быть точной копией. Но чаще всего объект BREP состоит из гладких изогнутых поверхностей, то есть треугольное представление BRL-CAD будет приближенным к объекту. Поскольку большинство коммерческих САПР имеют возможность создавать мозаичные аппроксимации своих объектов BREP, некоторые преобразователи в BRL-CAD (например, с Pro / E и Unigraphics) используют эти возможности. Кроме того, ранее упомянутый формат STL, который представляет твердые объекты полностью с треугольниками, предлагает универсальный (хотя и грубый) способ преобразования геометрии BRL-CAD (через преобразователь g-stl) практически в любую коммерческую систему CAD.

В зависимости от точки зрения, у использования CSG перед BREP есть свои преимущества и недостатки. Хотя «правильный» подход для данного проекта в конечном итоге зависит от многих особенностей (например, цели модели, доступности оборудования / программного обеспечения и совместимости с другими пользователями), при выборе между CSG и BREP следует учитывать следующие аспекты:

   Реализм - должна ли модель приближаться к реальной характеристике материала, толщине и объему, или же более важен реалистичный внешний вид поверхностей объекта?

   Разрешение - Насколько геометрически точной должна быть модель?

   Ресурсы - сколько места на диске и памяти потребуется для хранения геометрии и структур данных?

   Время - сколько процессорного времени требуется для чтения, записи и обработки модели, и сколько пользовательского времени потребуется для понимания, изменения и проведения анализа с ее помощью?

Использование документов, подготовленных в других САПР

Преобразование форматов файлов

Из-за множества существующих сегодня форматов файлов и быстро меняющейся природы компьютерного программного обеспечения и компаний-разработчиков программного обеспечения часто преобразование из одного формата файла в другой не является однозначным процессом. В зависимости от количества времени и усилий, которые пользователь BRL-CAD готов инвестировать, кажущиеся несовместимыми форматы можно принудительно преобразовать через другой формат САПР или через стандартизованный формат САПР (например, спецификацию начального обмена графикой [IGES] или Стандарта обмена данными о моделях продукции [STEP]).

Фактически, когда дело доходит до преобразования из BRL-CAD, широко распространенный формат Stereo Lithography Tessellation Language (STL) предлагает грубый способ преобразования объектов BRL-CAD практически в любую коммерческую систему CAD. Однако пользователю напоминают, что такие принудительные преобразования могут иногда приводить к созданию геометрии такого низкого качества (например, выходные форматы с низким разрешением или с потерями) или с плохими характеристиками производительности (например, большие или требующие больших вычислительных ресурсов выходные файлы), которые полностью перестраивают модель.

Следует отличать преобразователи геометрии BRL-CAD, и преобразователи изображений BRL-CAD (например, pix-bw, pix-ps, pix-rle, bw-ps и pl-ps). Последние преобразуют растровые изображения т. е. результаты рендеринга. Кроме того, написать программу для преобразований можно и самостоятельно, опираясь на документацию САПР и её открытый исходный код.

Создание нового конвертера, описывает руководство для тех пользователей, которые хотят создать свои собственные индивидуальные конвертеры. А также отдельно рассматриваются вопросы постконверсии. В том числе это позволяет работать с чрезвычайно редкими и устаревшими форматами файлов более несуществующих САПР а также с распространёнными в узкой области применения или географическом регионе.

Степень поддержки совместимости: старые базы данных BRL-CAD всегда можно обновить до формата текущей базы данных (db) с помощью утилиты dbupgrade. Чтобы выполнить эту команду, пользователь вводит следующую команду в командной строке: dbupgrade oldformat.g currentformat.g. BRL-CAD сохраняет возможность работы в старом формате. Таким образом, пользователям новой базы данных не нужно беспокоиться о потере баз данных в старом формате.

Программа поддерживает разнообразные конвертеры форматов сторонних файлов: Euclid, ACAD, AutoCAD DXF, TANKILL, Wavefront OBJ, Pro/ENGINEER, JACK (the human factors model for doing workload/usability studies), Viewpoint Data Lab, NASTRAN, Digital Equipment's Object File Format (OFF), Virtual Reality Mark-up Language (VRML), Stereo Lithography (STL), Cyberware Digitizer data, FASTGEN4. Если Вам уже знакомы другие САПР для знакомства с BRL-CAD можно использовать уже подготовленные в них модель или чертеж, преобразовав их из оригинального формата, воспользовавшись справочной документацией.

Преобразование формата на примере формата DXF

Преобразование из формата AutoCAD DXF

Для преобразования формата DXF во внутренние форматы этой САПР применяется утилита dxf-g. Команда для конвертера dxf-g следующая:

dxf-g [параметры] input.dxf output.g

Параметры команды следующие:

   -c - указывает, что используется только первый цвет, обнаруженный для слоя в файле DXF; дополнительные цвета для того же слоя игнорируются.

   -d - отладка; при сбое создает дамп ядра.

   -s - применяет указанный масштабный коэффициент к данным DXF (принимает аргумент).

   -t - устанавливает допустимое расстояние (в миллиметрах) (по умолчанию 0,005) (принимает аргумент).

   -v - подробный; распечатывает информацию о прогрессе.

Особенности конвертации: Для получения дополнительной информации о формате файла DXF и возможностях импорта см. интерактивную документацию на веб-сайте Autodesk. Формат DXF позволяет указать единицы измерения, используемые в файле DXF; однако не все файлы DXF содержат эту информацию. Таким образом, если информация о единицах измерения не найдена в файле DXF, миллиметры (которые также используются по умолчанию и являются базовой единицей измерения в BRL-CAD) являются предполагаемой единицей измерения. Конечно, если миллиметры - неподходящий выбор для конкретного пользователя или приложения, можно использовать параметр -s (масштаб). Эта опция и другие доступные опции для конвертера dxf-g обсуждаются в следующем тексте. При использовании этого конвертера полигоны и сетки преобразуются в примитивы BOT. Каждый слой становится регионом. Линии, окружности и дуги становятся объектами n-многообразной геометрии (NMG), а точки становятся сферами. Примитив NMG представляет геометрию, которая определяется точками, линиями, многоугольными гранями и их совокупностями. Это основной примитив BRL-CAD для кодирования одномерных или двумерных (2-D) данных.

Преобразование в формат AutoCAD DXF

Команда g-dxf преобразует объекты BRL-CAD в ранее упомянутый формат AutoCAD DXF. Синтаксис этой команды следующий:

g-dxf [параметры] input.g объект (ы)

Параметры команды g-dxf следующие:

    -i - запрашивает выходной файл DXF в дюймах (по умолчанию миллиметры).

    -o output.dxf - указывает файл для получения вывода DXF (по умолчанию - stdout).

    -p - запрашивает, чтобы выходной файл DXF состоял из сущностей POLYFACE MESH (по умолчанию - сущности 3DFACE).

Команда также принимает параметры -v, -r, -a, -n, -x и -X, которые описывались в части, посвященной преобразователям импорта. САПР, при загрузке ранее сохранённых или сконвертированных материалов не отрисовывает, без прямого на то указания, загруженное содержимое, поэтому его наличие проверяется командой ls а отрисовка отдельной фигуры (например - spkr.s) может быть получена другой командой - draw spkr.s.

Основы работы

Если Вы заблудитесь в какой-то момент во время создания модели, вы можете использовать команду Z, чтобы удалить геометрию из графического окна и воспользоваться draw. Команда draw может отрисовывать несколько объектов, если они перечислены через пробел. Команда "autoview" сбрасывает размер представления и центр представления, так что все отображаемые объекты находятся внутри представления. Пример: mged> autoview

Размеры объекта при просмотре можно менять командуя - size 100, size 50, zoom .5, zoom 3.

Азимут, высота и поворот (все измеряются в градусах) определяют, где вы находитесь по отношению к просматриваемому объекту. Азимут определяет, где вы находитесь по бокам от него (т. е. впереди, влево, вправо, сзади или где-то посередине), высота определяет, где вы находитесь выше или ниже него, а поворот определяет угол, на который вы поворачиваетесь относительно обзора. направление. В строке подсказки консоли есть подсказка о положении объекта и консольных командах, однако обычно виды устанавливают через верхнее меню консоли.

Виды: перейдите в меню Modes и выберите Multipane. В графическом окне должны появиться четыре небольших панели с разными видами.

Клавиша (зажимаемая при манипуляциях с мышкой) SHIFT перемещает (перемещает), клавиша CTRL вращает, а клавиша ALT ограничивает (или ограничивает) перемещение или вращение по определенной оси (x, y или z). Эти оси соответствуют трем кнопкам мыши следующим образом: левая кнопка представляет ось x, средняя кнопка представляет ось y, а правая кнопка представляет ось z. Кроме того, клавиши SHIFT и CTRL могут использоваться вместе с любой кнопкой мыши для масштабирования объекта (хотя клавиша ALT не ограничивает это действие). ALT также с щелчком левой клавиши мыши выделяет вид и открывает меню указателя.

Новую базу данных создаёт команда mged а создание фигур из командного окна выполняется с помощью команд make и in. Новые команды рекомендуется осваивать сначала с помощью команды make так как она интерактивно запрашивает параметры и её последовательное применение 10-20 раз подряд позволяет надёжно освоить новую команду.

Нажатие клавиши Tab при частично набранном имени объекта даёт возможность быстрее написать команду.

В САПР концептуально есть два объекта, которые поддерживают логические операции. Один называется комбинацией, другой - регионом.

Типичная геометрическая фигура называется примитивом. Однако отдельных примитивов часто недостаточно для полного описания сложной формы моделируемого объекта. Таким образом, объединение двух или более примитивных форм в другие формы (называемые комбинациями) с использованием логических операторов позволяет искусно имитировать форму самых сложных объектов. Свойства материала связаны с регионами (областями). Как и комбинации, регионы используют логические операции для создания сложных форм. Разница в том, что области - это формы, обладающие свойствами материала. Они занимают трехмерное пространство, а не просто определяют форму в пространстве.

Программа использует три булевых оператора: объединение, вычитание и пересечение. Вы можете использовать логические операции, чтобы комбинировать формы для создания более сложных форм.

Например, создание региона из логического объединения двух фигур: r part1.r u rcc.s - sph.s (вырезка в цилиндре углубления) или r part2.r u rcc.s + sph.s (общий объем цилиндра и сферы остаётся а индивидуальные объёмы обрезаются), r part3.r u sph.s - rcc.s (останется только кусочек сферы, не входящий в цилиндр).

Команда B служит для отображения регионов и комбинаций. Для группового отображения присваивается комбинация с именем: g Dome.c part1.r part2.r part3.r.

Всегда возможно получение справки в консоли или в графическом интерфейсе: Команды ?, ?devel, ?lib, help, helpdevel, and helplib предоставляют дополнительную информацию о доступных командах. Список доступных команд разработчика: ?devel. Список доступных команд интерфейса библиотеки BRL-CAD: ?lib. Cписок доступных команд mged:?.

Примеры:

   mged>?
   mged>?devel
   mged>?lib

Команда «aproposlib» просматривает однострочные сообщения об использовании для каждой команды интерфейса библиотеки BRL-CAD и отображает имя каждой команды, в которой найдено совпадение. Пример:

   mged> aproposlib sph

- Перечислит все команды, содержащие слово «sph» в своих однострочных сообщениях об использовании.

Команда «check» вычисляет и сообщает различные характеристики объектов, указанных в открытой базе данных. Характеристики, которые могут быть вычислены, включают массу, центроид, моменты инерции, объем, перекрытия, площадь поверхности, открытый воздух, зазоры / пустоты, прилегающий воздух и неограниченный воздух. Анализируются только объекты из базы данных, указанной в командной строке. Предлагаются следующие подкоманды: adj_air

   Обнаруживает объемы воздуха, которые находятся рядом друг с другом, но имеют разные значения air_code, примененные к региону.

centroid

   Вычисляет центроид указанных объектов.

exp_air

   Проверьте, попадает ли луч в воздушные области до (или после всех) твердых объектов.

gap

   Это сообщает, когда расстояние между объектами на траектории луча превышает допустимое расстояние перекрытия.

mass

   Вычисляет массу указанных объектов.

moments

   Вычисляет моменты и произведения инерции указанных объектов.

overlaps

   Это отчеты перекрываются, когда два региона занимают одно и то же пространство.

surf_area

   Вычисляет площадь поверхности указанных объектов.

unsf_air

   Это сообщает, когда есть неограниченные воздушные районы.

volume

   Вычисляет объем указанных объектов.
   

Команда проверки ("check") предлагает следующие параметры:

       a # [deg | rad] - Выберите азимут в градусах с неявным суффиксом «deg» и в радианах с явным суффиксом «rad». Используется с -e. Значение по умолчанию - 35 градусов.
       e # [deg | rad] - Выберите высоту в градусах с неявным суффиксом «deg» и в радианах с явным суффиксом «rad». Используется с -a. Значение по умолчанию - 25 градусов.
       d - Установить флаг отладки.
       f имя_файла - указывает, что значения плотности должны быть взяты из внешнего файла, а не из объекта _DENSITIES в базе данных.
       g [initial_grid_spacing-] grid_spacing_limit или [initial_grid_spacing,] grid_spacing_limit - задает предел того, насколько далеко сетка может быть уточнена, и, необязательно, начальный интервал между лучами в сетках.
       -G [grid_width,] grid_height - устанавливает размер сетки, если указана только ширина сетки, то устанавливается квадратный размер сетки.
       i - получает «информацию о просмотре» из вида для настройки положения глаз.
       M # - указывает значение допуска массы.
       n # - указывает, что сетка будет уточняться до тех пор, пока каждая область не будет иметь как минимум num_hits пересечений лучей.
       N # - указывает, что должны вычисляться только первые num_views.
       o - указывает, что перекрытия отображаются как наложения.
       p - указывает создание файлов графика для каждого выполняемого анализа.
       P # - указывает, что для выполнения вычислений следует использовать ncpu CPUs. По умолчанию используются все локальные процессоры.
       q - Приглушает (подавляет) сообщение «не было обнаружено».
       r - указывает на печать статистики по регионам для mass / volume / surf_area, а также значений для указанных объектов.
       R - Отключить отчеты о перекрытиях.
               s # - Определяет значение допуска площади поверхности.
       S # - указывает, что интервал сетки будет изначально уточнен так, чтобы по каждой оси ограничивающего прямоугольника модели было снято не менее samples_per_axis_min.
       t # - Устанавливает допуск для вычисления перекрытий.
       u distance_units, volume_units, mass_units - укажите единицы, используемые при сообщении значений.
       U # - задает логическое значение (0 или 1) для use_air, которое указывает, следует ли сохранять и включать в трассировку лучей области, помеченные как «воздух».
       v - Установить подробный флаг.
       V # - указывает значение допуска по объему.

Примеры:

   mged> check overlaps -g10,10 box

- Запустит команду проверки с лучами, испускаемыми из однородной сетки с лучами, расположенными через каждые 10 мм, и сообщит о любых перекрытиях, замеченных во время трассировки лучей.

Объекты в модели BRL-CAD хранятся как логические деревья (комбинации), члены которых являются примитивными формами или другими логическими деревьями. С каждым членом связана матрица преобразования. Эта компоновка позволяет примитиву быть членом комбинации, и эта комбинация может быть членом другой комбинации, и так далее. Когда отображается комбинация, матрицы преобразования применяются к ее элементам и передаются через комбинации на конечный уровень (примитивная форма). Накопленная матрица преобразования затем применяется к примитиву, прежде чем он будет отображен на экране. Команда «copyeval» создает новый примитивный объект с именем new_ primitive, применяя матрицы преобразования, накопленные вдоль path_to_old_primitive, к объекту формы листового примитива в конце пути и сохраняя результат под именем new_ primitive. Примитив path_to_old_ должен быть допустимым путем, заканчивающимся примитивной формой. Примеры:

   mged> copyeval shapeb comb1 / comb2 / comb3 / shapea

- Создаст shapeb из shapea, применяя накопленные матрицы преобразования из path comb1 / comb2 / comb3.

copymat comb1 / members1 comb2 / members2

   Команда «copymat» копирует матрицу преобразования из члена одной комбинации в член другой.

Примеры:

   mged> copymat comb1 / members1 comb2 /mb2

- Установит матрицу для члена members2 в комбинации comb2 равной матрице для члена members1 в комбинации comb1.

cp from_object to_object

   Команда "cp" создает копию объекта (формы или комбинации). Если from_object - это фигура, то она просто копируется в новую фигуру с именем to_object. Если from_object является комбинацией, то создается новая комбинация, содержащая точно такие же элементы, матрицы преобразования и т. Д., И она называется to_object.

Примеры:

   mged> cp comb1 comb2

- Создаст копию комбинации comb1 с названием comb2.

cpi old_tgc new_tgc

   Команда "cpi" копирует old_tgc (существующую фигуру TGC) в новую фигуру TGC (new_tgc), размещает новый TGC так, чтобы его базовая вершина совпадала с центром вершины old_tgc, и переводит mged в состояние редактирования примитива. с выбранным для редактирования new_tgc. Эта команда обычно использовалась при создании моделей участков электропроводки или трубопроводов; однако с тех пор в BRL-CAD был добавлен примитив конвейера для обработки таких требований (pipe primitive).

Примеры:

   mged> cpi tgc_a tgc_b

- Скопирует tgc_a в tgc_b

d <объекты>

   Команда «d» удаляет указанный список объектов из отображаемого содержимого. Это синоним команды стирания. Только объекты, которые были явно отображены, могут быть удалены с помощью команды «d» (используйте команду who, чтобы увидеть список явно отображаемых объектов). Объекты, которые отображаются как члены явно отображаемых комбинаций, не могут быть удалены с дисплея с помощью этой команды (см. Erase -r). Обратите внимание, что это не влияет на саму базу данных BRL-CAD. Чтобы удалить объекты из базы данных, используйте команду kill.
   
   команда db [аргументы ...]
   Команда «db» предоставляет интерфейс для ряда процедур работы с базой данных. Обратите внимание, что эта команда всегда работает в миллиметрах. Команда должна быть одной из следующих с соответствующими аргументами:

   match  <regular_exp>
   - Вернуть список всех объектов в этой базе данных, которые соответствуют списку регулярных выражений.
   get shape_or_path [attribute]
   - Возвращает информацию о примитивной форме в конце shape_or_path. Если путь указан, матрицы преобразования, встречающиеся на этом пути, будут накапливаться и применяться к форме листа перед отображением информации. Если атрибут не указан, возвращаются все сведения о форме. Если указан конкретный атрибут, возвращается только эта информация.
   put shape_name shape_type attributes
   - Создает фигуру с именем shape_name типа shape_type с атрибутами, указанными в атрибутах. Аргументы команды put такие же, как и аргументы, возвращаемые командой get.
   adjust shape_name attribute new_value1 [new_value2 new_value3...]
   - Изменить форму с именем shape_name, изменив значение ее атрибута на new_values.
   form object_type
   - Отображение формата, используемого для отображения объектов типа object_type.
   вершины
   - Вернуть все объекты верхнего уровня.
   close
   - Закройте ранее открытую базу данных и удалите связанную команду.
   Команда «dbconcat» объединяет существующую базу данных BRL-CAD с базой данных, редактируемой в данный момент. Если указан аффикс, то все объекты из файла_базы_данных будут иметь этот аффикс к их именам. Параметр -s указывает, что аффикс является суффиксом, а параметр -p (по умолчанию) указывает, что аффикс является префиксом. Обратите внимание, что каждый объект BRL-CAD должен иметь уникальное имя, поэтому следует проявлять осторожность, чтобы не слить базы данных, в которой есть объекты с такими же именами, как объекты в текущей базе данных. Команду dup можно использовать для проверки повторяющихся имен. Если команда dup находит повторяющиеся имена, используйте параметр префикса для команд dup и dbconcat, чтобы найти префикс, который не создает дубликатов. Если в процессе "dbconcat" встречаются повторяющиеся имена и не указан аффикс, к именам объектов из файла database_file будут добавлены сгенерированные компьютером префиксы (но имена элементов, появляющиеся в комбинациях, не будут изменены, так что это опасно в практике работы, и этого следует избегать). Если указана опция -t, то заголовок файла_базы_данных станет новым заголовком текущей базы данных BRL-CAD. Если указана опция -u, единицы текущей базы данных будут установлены равными объему объединяемого файла_базы_данных. Параметр -c указывает, что таблица цветов региона в объединенном файле_базы_данных должна заменить любую таблицу цветов региона в текущей базе данных BRL-CAD.

Примеры:

   mged> dbconcat model_two.g two_
   - Скопирует все объекты из model_two.g в текущую базу данных, но перед именем каждого скопированного объекта укажет строку two_.
   mged> dbconcat -s model_two.g
   mged> dbconcat -c -p model_two.g two_
   - Скопирует все объекты из model_two.g в текущую базу данных, добавляя при необходимости суффиксы, созданные компьютером.