Вплоть до последних лет слова САПР (CAD для поклонников английского), 3D, фото-реалистическая графика относились к элитной области компьютерной промышленности. Для работы требовались дорогое оборудование и почти экзотическое программное обеспечение. Специалисты в этой области были редкостью. Но времена меняются, сегодня производительность рядового персонального компьютера (ПК) превосходит мечты владельцев рабочих станций пятилетней давности. Благодаря появлению современных операционных систем (ОС) и прикладных программ практически каждый может с легкостью освоить работу с ним. Термин "доступность" неминуемо вторгается и в профессиональную компьютерную графику, появляются соответствующие ему программные средства.
Известно, что большинство систем проектирования на ПК запускаются как cad.exe. Аббревиатура CAD определяет сферу приложений, первые же символы определяют торговую марку разработчика. Одним словом, если есть А то должно быть и B. Действительно, bCAD задумывался, разрабатывался и развивается как доступная альтернатива для тех, кто не может или не хочет позволить себе рабочее место дизайнера, проектировщика или архитектора за несколько тысяч (тем более десятков тысяч) долларов. Уместно употребить модный термин SOHO (small office - home office) то есть, дизайнерская студия для небольшого предприятия, службы продаж, рекламы или просто домашнее рабочее место архитектора, художника или, в конце концов, студента. Это ключевое положение и определяет свойства и функциональность, заложенные в программное обеспечение и его окружающие службу поддержки, средства обучения, требования к оборудованию, аксессуары и т.п.
Доступность рабочего места складывается из трех основных компонент: доступности оборудования, программного обеспечения и умения пользоваться первыми двумя. Первые две компоненты стоят денег, последняя - времени на обучение и, следовательно, тех же денег. Тщательный анализ показал, что все три компоненты имеют примерно равный вклад в общую стоимость и удорожание одной из них влечет за собой удорожание остальных. Установив более сложный пакет, вы должны потратить больше времени (денег) на обучение и почти наверняка приобрести более дорогое оборудование. Таким образом, необходимо снижать стоимость всех трех составляющих. Тем не менее снижение цены ни в коем случае не должно означать ухудшение функциональных свойств, следует лишь разумно распределить ресурсы и наполнить систему теми свойствами и инструментами, которые важны при конкретном стиле работы, в данном случае - индивидуальном рабочем месте или работе в составе небольшого коллектива.
Оборудование и программное окружение
На сегодняшний день производительность рядового современного ПК (486/Pentium, 8-16Мб памяти, SVGA) можно оценить как совершенно достаточную для исполнения приложений САПР. Конечно, дорогие системы могут и должны ориентироваться на самые мощные системы, но мы говорим о базовых функциях, присущих сложным системам двух-трех летней давности. Итак, специфических требований к аппаратной части ПК не предъявляется. "К счастью" сегодняшний выбор операционных систем также нас устраивает, Windows 95 предоставляет практически все, что необходимо для работы с трехмерной графикой - эффективное исполнение 32-х разрядных приложений, современный пользовательский интерфейс, поддержку практически всех графических адаптеров и печатающих устройств, удобную работу в сети и, что весьма немаловажно, развитые средства разработки приложений. Последнее снижает стоимость разработки и, следовательно, цену конечного продукта. Более того, избрав Windows 95 вы имеете систему "на вырост". Следующим естественным шагом является переход к Windows NT, которая удовлетворит возросшие аппетиты, работает стабильнее, быстрее и обеспечит конфиденциальность данных. Отдельно следует отметить возможность использования в обеих ОС популярного графического протокола OpenGL, установившегося в последние годы в качестве стандарта дефакто в высококлассных графических системах. Итак, мы определили облик базовой системы для современного недорогого рабочего места дизайнера. Практически это рядовой ПК, укомплектованный, в случае необходимости, более мощной графической системой. Дело за программным обеспечением.
Что должен уметь персональный CAD
bCAD разрабатывался как система для широкого спектра приложений, поэтому его функциональность достаточно универсальна. Разносторонность системы достигается тем, что пакет объединяет в себе мощные компоненты для исполнения различных этапов проектных и дизайнерских работ:
Не каждый пользователь применяет в своей повседневной работе все перечисленные компоненты, но имеет возможность в любой момент воспользоваться дополнительным инструментарием, который всегда под рукой и не требует затрат времени на перенос данных в другую систему, ее настройку и изучение. Рассмотрим функциональные компоненты более подробно.
Плоское черчение
Нет ничего более традиционного для чертежника и конструктора, чем лист бумаги, карандаш, циркуль и ластик. Простой чертежной системой сегодня мало кого удивишь. Как правило, исполнение чертежей является вспомогательной функцией компьютерного дизайна, но не следует ее недооценивать; любая система проектирования включает в себя инструменты, заменяющие кульман, вопрос лишь в том для чего это используется. В конце концов любой проект должен быть реализован в металле, дереве или пластике и далеко не всегда (особенно в небольшом производстве) будет использоваться станок с ЧПУ, так что старый добрый чертеж еще долго будет необходим и исполнить его нужно по всем правилам.
Так как во главу угла мы ставим экономическую эффективность, следует задуматься: чем компьютерное черчение может быть полезнее. Нет смысла автоматизировать лишь построение прямых линий и окружностей. На этапе исполнения и особенно изменения чертежа важным является ускорение и облегчение выполнения сложных и трудоемких работ: надписи, штриховки, простановка размеров, исполнение изображений стандартных и часто повторяющихся элементов. Именно этим инструментам уделялось особое внимание при разработке чертежных средств bCAD. Естественно, обычные геометрические построения не остались забытыми, каждый примитив может быть построен несколькими способами, с использованием привязок к уже существующим объектам, сетке, в произвольной системе координат, с использованием ввода точных значений с клавиатуры. Существенным отличием этой системы от других является возможность последующего изменения любых свойств чертежных элементов - цвета, типа и толщины линий, подробности построения дуг и криволинейных контуров, редактирование надписей, изменение шрифта и размеров символов, переопределение типа, шага и наклона штриховок. Все эти, прежде трудоемкие, операции исполняются за считанные секунды. Вспомогательные данные, используемые для построения чертежа (штриховые узоры, пунктиры, шрифты), будучи однажды использованы, сохраняются, что позволяет с легкостью архивировать и переносить проекты на другие компьютеры, не заботясь о том, что необходимый для редактирования элемент будет утерян. Немаловажно, что все чертежные построения производятся в режиме WYSIWIG (what you see is what you get - "что видишь то и получаешь"), то есть изображение на экране максимально соответствует тому, что вы получите после вывода чертежа на плоттер или принтер. Это исключает досадные ошибки с назначением толщины и типа линий или масштаба штриховки. Наконец, интерактивный режим компоновки листа для печати, облегчает финальную стадию - получение твердой копии чертежа.
Объемное моделирование
Трехмерная графика долгое время оставалась запретным плодом для большинства дизайнеров, работающих на ПК. Те 3D-системы, которые были доступны, как правило, ориентированы на презентационные задачи, рекламу и достаточно простую мультипликацию. Проектировщику же нужны возможности точных построений и прецизионное моделирование расположения элементов в пространстве.
Многие пакеты САПР для ПК имеют 3D лишь в виде отдельных приложений, что часто неудобно в использовании. bCAD органически сочетает в себе возможности электронного кульмана и мастерской макетчика. Еще на этапе выполнения обычного плоского чертежа дизайнер строит (порой еще сам того не подозревая) настоящие трехмерные конструкции, вернее их остов - план расположения стен, сечения и осевые линии трубопроводов, образующие деталей вращения. В дальнейшем, используя различные инструменты построения поверхностей, такой привычный плоский чертеж в считанные минуты превращается в пространственную модель детали или конструкции. При этом вам остаются доступными все средства объектной привязки, настройки системы координат, ввод точных значений с клавиатуры, относительные построения. Элементарные или часто употребляемые типы поверхностей - сферические, цилиндрические, спирали, прямоугольные блоки - могут быть построены с использованием специальных команд. Более сложные поверхности получаются с использованием различного рода протяжек контуров, оборачивания набора шаблонов и поворотов. Кроме того, bCAD содержит ряд специфических инструментов, типа построения фрактальных поверхностей (для генерации реалистичных ландшафтов) или создания объемных текстов с использованием шрифтов TrueType. Простые объемные тела могут в свою очередь быть объединены в сложные поверхности или использованы как инструменты для вырезания или пресечения. Все объемные элементы проекта сохраняются в том же файле, что и исходные чертежные элементы. Как и чертежные данные объемные тела могут быть записаны в виде библиотек стандартных элементов и использованы в дальнейшем в других проектах. Ставшая сегодня уже традиционной система разделов или слоев (layers) позволяет легко разделить объемные и плоские данные на любом этапе работы - создании, редактировании, визуализации или получении твердых копий. Таким образом файл проекта может содержать комплексную информацию о пространственной геометрии (в виде объемных моделей) и проектно-технологическую документацию (в виде чертежных данных).
Генерация чертежей
Итак, мы получили пространственную модель детали, конструкции или, скажем, интерьера помещения. Каждый элемент этой модели точно описывает геометрию будущего изделия. Совершенно логичным было бы использовать эти данные для автоматизации построения чертежей, схем, планов расположения оборудования и расстановки мебели. bCAD предоставляет такую возможность. Достаточно выбрать вид и соответствующая проекция, в том числе и перспективная, будет построена автоматически.
В отличие от традиционного алгоритма удаления невидимых линий, который создает изображение, полное лишних отрезков, в bCAD используется оригинальная технология IntelliHIDE, которая позволяет не только избавиться от ненужных элементов изображения но и сохранит, так называемые, линии невидимого контура. Полученные проекции представляют собой не что иное как обычный чертеж, который после внесения небольших изменений (простановка размеров, выбор цвета, стиля и ширины линий) может быть оформлен как самостоятельный документ либо использован как фрагмент более сложного многовидового чертежа.
Статистика и расчет
Проектирование далеко не всегда ограничивается построением геометрических моделей. Очень часто требуется произвести прочностные, тепловые расчеты или спланировать материальные затраты на изготовление изделия. bCAD предоставляет базовые функции статистической обработки. Подсчет количества используемых элементов и деталей производится практически парой щелчков мышью. Дело в том, что каждый элемент чертежа может иметь назначенную проектировщиком метку (label или attribute), в которую в обычном текстовом виде помещается информация об этом элементе, например: "болт М12х24" или "кресло кожаное АРТ123456". Специальная функция bCAD позволяет затем собрать информацию о всем чертеже или его выделенной части и составляет отчет, который можно записать в файл, напечатать или перенести в любое другое приложение - текстовый процессор, электронную таблицу, базу данных и т. п. При создании библиотек стандартных элементов такая информация является фактически обязательной для каждого элемента. В крайнем случае она состоит из его названия. Таким образом, создав из типовых элементов сборочный чертеж, вы получаете список использованных деталей или, спроектировав оформление офиса, вы с легкостью подсчитываете затраты на мебель и элементы отделки.
Для выполнения прочностных и других технических расчетов необходимо воспользоваться соответствующим приложением. Практически все системы такого рода позволяют использовать данные о геометрии объектов, записанные в формате DXF, который поддержан в bCAD в полном объеме.
Получение реалистических изображений
Ряд отраслей дизайна неотделим от точного представления о том, как изделие будет выглядеть. Это относится к архитектуре и дизайну интерьеров, проектированию эргономики рабочих мест, изделий быта и промышленной электронной аппаратуры. В ряде случаев реалистическая визуализация является мощным вспомогательным средством, например, при проектировании промышленных помещений, цехов, систем трубопроводов.
В части получения реалистических изображений bCAD порой не имеет аналогов. В составе его инструментария практически все возможности, присущие многим более дорогим системам. Вы можете расставлять в пространстве точечные и направленные источники освещения, изменять их цвет и интенсивность. Система разделения проекта на разделы позволяет создавать различные схемы освещения - типовое, аварийное, дежурное. Работа с камерами (предварительно определенные точки зрения) позволяет получить вид из любой точки: обзор с рабочего места, общий вид помещения, вид с точки зрения взрослого или ребенка. Задав путь камеры, можно получить компьютерный фильм о проектируемом изделии, что не оставит равнодушным ни одного заказчика.
Благодаря использованию технологии OpenGL пользователь bCAD может видеть тонированное изображение уже в момент построения или редактирования геометрии в реальном масштабе времени. Эти возможности позволяют архитектору совершить прогулку по проектируемому зданию, а инженеру более наглядно представить внешний вид деталей сложной формы и их взаимное расположение при сборке.
Отдельно стоит остановиться на получении фотореалистических изображений, содержащих информацию не только о цвете, но и о фактуре поверхностей, расположении теней бликов и отражений. Во многих 3D-пакетах наложение текстур представляет собой сложную и кропотливую процедуру. bCAD включает в себя редактор материалов, с помощью которого создание поверхностей со сложной фактурой не требует излишних затрат времени. Оригинальная технология SolidTexture позволяет получить текстуры типа дерева, камня или кирпичной кладки буквально одним щелчком мыши, такие текстуры очень просты в использовании и настройке. Впрочем, традиционные методы наложения растровых текстур и фактур также доступны. Данные об освещении, камерах, текстурах и фактурах, также как и чертежные элементы, сохраняются в проекте и гарантированно могут быть без потерь использованы после переноса проекта на другой компьютер.
Генерация фотореалистических изображений в bCAD может производиться с использованием нескольких алгоритмов - как традиционных закрасок Гуро (Goruaud) и Фонга (Phong), так и трассировки лучей. Первые два алгоритма позволяют быстро получать качественные изображения при достаточно низких затратах ресурсов компьютера, и в большинстве случаев являются совершенно достаточными. Однако, есть задачи, которые не могут быть решены с использованием этих методов, в частности моделирование преломления света в прозрачной среде и точный расчет взаимных отражений на поверхностях, что возможно при использовании метода трассировки лучей. Единственным существенным недостатком трассировки является повышенная требовательность к производительности компьютера. Иногда мощности ПК явно недостаточно, в этом случае пользователь bCAD может произвести тонирование на более мощных компьютерах. В полном комплекте системы поставляются версии тонирующего модуля для мощных рабочих станций Silicon Graphics, DEC Alpha, Hewlett Packard, Motorola PowerPC и Sun SPARC. При этом нет необходимости быть владельцем такого оборудования, достаточно арендовать несколько часов машинного времени, так как тестовые изображения (с меньшим разрешением) можно получить на ПК, а все настройки сохраняются в файле проекта и не требуют дополнительных регулировок.
Пользовательский интерфейс
Приложения компьютерной графики всегда были и остаются источником новинок и технологий построения пользовательского интерфейса. Новое поколение ОС Windows позволяет использовать в bCAD все лучшее, что было наработано в этой области - повсеместное использование пиктограмм, плавающие панели инструментов, мгновенные подсказки, отсутствие ограничений на имена файлов, технологию "принеси и оставь". Для того, чтобы вставить в проект типовой элемент, достаточно буквально перенести его из папки каталога в рабочее поле программы. Доступ ко всем функциям программы возможен либо с помощью мыши, через панели пиктограмм, либо с клавиатуры через систему "горячих кнопок". Все эти, казалось бы мелочи, позволяют значительно упростить и ускорить освоение и использование пакета, тем самым существенно ускорить экономическую отдачу от его использования. Интерактивная система помощи включает в себя электронную версию технического руководства, полностью повторяющую печатный вариант, и учебник для начинающих. Учебник состоит из логической последовательности упражнений, проводящих пользователя-новичка через основные этапы использования программы - от простого черчения к объемному моделированию, компоновке, работе с текстурами, освещением, приемам работы с различными методами тонирования. Пользуясь уже привычной клавишей F1, вы получите подробное описание любого элемента управления системой. В целом, опыт показывает, что систему можно самостоятельно освоить полностью за одну-две недели упражнений. Есть прецедент, когда архитектор, ранее никогда не имевший дела с компьютерной графикой, выполнил первый проект уже через неделю работы с bCAD.
Для создания наиболее комфортной обстановки bCAD выпускается как в интернациональном - английском варианте, так и в нескольких национальных версиях: русской, немецкой, итальянской и специальной английской для британцев. Национализации подвергаются все компоненты системы, начиная с меню, диалоговых окон, и, заканчивая подсказками и текстом руководства и учебника.
Есть несколько незаметных, но эффективных деталей интерфейса, например, ввод координат с клавиатуры полностью идентичен стилю, принятому в AutoCAD, так что при переходе из одной системы в другую пользователь не испытывает дискомфорта. Подавляющее большинство функций настройки редактора доступно в любой момент, без прерывания текущей операции, достаточно лишь нажать оду из функциональных клавиш. Даже степень "назойливости" программы можно отрегулировать, выбрав соответствующий режим подтверждения - уверенный в себе пользователь не будет тратить время на бесконечное нажатие кнопки "OK".
Совместимость
Особым аспектом, на котором следует остановиться, является возможность использования данных из других приложений. Разработчики bCAD не стали изобретать велосипеда. На сегодняшний день очевидным стандартом на геометрические данные является DXF. Для пользователей bCAD не составит труда использовать чертежи, записанные в этом формате. Более того при переносе чертежей из AutoCAD перевод в DXF не потребуется, так как файлы DWG могут быть прочитаны напрямую. Это особенно удобно, так как большинство уже наработанных библиотек стандартных элементов записаны именно в этом формате. Те же, кто работают с реалистичной графикой, знают, что наиболее популярным форматом для текстурированных моделей является 3DS, основной формат другого популярного пакета - 3D Studio. При работе с этими данными bCAD позволяет импортировать не только геометрию объектов но и параметры материалов, текстуры, освещения и установки камер. Таким образом, часто не стоит тратить время на моделирование отдельных элементов, например, настольной лампы, необходимо лишь загрузить подходящую модель из популярной коллекции на CD. Это сэкономит часы, а порою дни работы.
К неоспоримо полезным мелочам стоит отнести также возможность работы с библиотеками штриховых узоров, пунктиров и чертежных шрифтов для AutoCAD и возможность импорта текста из файла в чертеж.
Так же легко bCAD справляется с обратной задачей - переносом чертежей и изображений созданных в нем, в другие приложения. Традиционные чертежи могут быть перенесены с использованием (естественно!) формата DXF. Для пользователей 3D Studio поддержан формат ASC, а для разработчиков систем Virtual Reality - формат Sense8 NFF. Кроме того, плоские изображения могут быть записаны в HPGL и Encapsulated PostScript или превращены в растровое изображение в одном из популярных форматов - GIF, TGA, BMP, JPG, TIFF или PCX. Те же растровые форматы используются для сохранения реалистических изображений. Их использование в издательских или иллюстративных пакетах не составит труда. И, наконец, видеоролики могут быть записаны в Windows AVI, Animator FLC или MPEG.
Перспективы
Несмотря на то что bCAD, как законченный продукт, уже состоялся, впервые версия для Windows 95 демонстрировалась на CeBIT'95 и уже более полугода успешно эксплуатируется в десятках компаний и организаций, работа над проектом не остановилась. В традициях ПроПро Группы (ProPro Group) - компании-разработчика - периодический выпуск улучшенных и усиленных версий. В качестве приоритетных задач на ближайшее полугодие стоит назвать систему программирования (фактически того же инструментария, которым пользуются сами разработчики, но более документированного) и разработки приложений, а также расширение возможностей моделирования кинематики и сложная мультипликация. Кроме того, появятся ряд новых инструментов для объемного моделирования, поддержка дополнительных форматов объемных данных, в частности VRML. Будут усиливаться средства распределенных вычислений в разнородных сетях компьютеров (UNIX и Windows NT) и с использованием многопроцессорных систем.