C3D Toolkit

Основная статья: САПР Системы автоматизированного проектирования

2024: Представление модуля C3D PolyShaper

5 июня 2024 года представлен модуль геометрического ядра C3D для работы с полигональными объектами — C3D PolyShaper. Компонент входит в набор инструментов для разработки инженерного программного обеспечения C3D Toolkit от компании C3D Labs (входит в АСКОН).

C3D PolyShaper помогает редактировать, анализировать и устранять дефекты при работе с полигональными объектами.

В C3D PolyShaper доступны функции:

• диагностика сетки;
• лечение вырожденных треугольников;
• сшивка сетки;
• исправление неконсистентных нормалей;
• контроль неманифолдности.

Для повышения скорости работы с полигональными сетками можно уменьшать количество треугольников в исходной модели. В C3D PolyShaper возможны два варианта упрощения сетки: до заданного количества треугольников и до достижения заданной точности.Метавселенная ВДНХ 3.4 т

Обратный инструмент локального уточнения сетки востребован в расчетных задачах, когда необходимо повысить точность вычислений в отдельных областях модели.

Ремешинг улучшает качество сетки — делает треугольники максимально равносторонними. Улучшение качества сетки важно для обеспечения надежности многих алгоритмов, в том числе в расчетных системах.

Для изменения полигональных сеток доступны следующие инструменты:

• удаление выбранных треугольников;
• булевы операции;
• сечение модели плоскостью;
• обрезка сетки габаритным кубом.

C3D PolyShaper позволяет анализировать полученные разными способами сетки, например при сканировании или топологической оптимизации.

Другое направление анализа — это реверс-инжиниринг — преобразование полигонального объекта в твердое тело. Для решения этой задачи применяется Вписывание аналитических поверхностей методом наименьших квадратов.

Полигональное представление — это описание геометрии совокупностью вершин, ребер и плоских фасетов, объединенных в многогранный трехмерный объект. C3D PolyShaper дает возможность диагностировать и устранять дефекты полигональных объектов в сжатые сроки, а также редактировать и анализировать модели.

2023

Поддержка форматов NX и SolidWorks модулем C3D Converter

Компания C3D Labs 10 ноября 2023 года сообщила о расширении набора форматов, поддерживаемых модулем обмена данными C3D Converter. Ими стали нативные форматы зарубежных CAD-систем: NX и SolidWorks.

C3D Converter отвечает за чтение и запись 3D-моделей в различных обменных форматах. Модуль конвертации входит в состав C3D Toolkit - набор инструментов для разработчиков инженерного программного обеспечения. Именно C3D Converter обеспечивает возможность обмена данными между САПР, построенными на ядре C3D, и другими сложными программными продуктами.

Традиционно C3D Labs делала ставку на популярные обменные форматы, такие как STEP или JT. В компании была накоплена существенная компетенция по форматам геометрических ядер ACIS и Parasolid. В условиях реального импортозамещения, поддержка только обменных форматов оказывается недостаточной. В случае работы в мульти-CAD среде, а также в случае миграции с зарубежных САПР на отечественные, гораздо удобнее работать напрямую с родными, или как говорят, «нативными» форматами CAD-систем. Это уменьшает количество итераций в цепочке конвертации и снижает количество ошибок.

С учетом имеющегося у компании опыта работы с форматом Parasolid и исходя из анализа рынка, было принято решение реализовать поддержку форматов САПР, основанных на геометрическом ядре Parasolid: NX и Solidworks. И сегодня результаты этой работы становятся доступны пользователям геометрического ядра C3D.

Использование конвертора нативных форматов пользователями различных CAD-платформ (NX и SolidWorks) дает возможность совместно использовать и работать над одними и теми же моделями без проблем совместимости. У разработчиков появляется возможность модифицировать старые проекты в устаревших форматах, экономя время и средства, или мигрировать на другое программное обеспечение. Некоторые отрасли могут требовать для обмена данными специальные форматы САПР. C3D Converter обеспечивает соответствие этим требованиям.

Несколько лет назад для поддержки интеграции нашего компонента со сторонними конвертерами была разработана плагинная система. Ей мы воспользовались и теперь: каждый новый формат – это отдельный плагин, подключаемый к C3D Converter. Для форматов .prt (NX) и .sldprt (Solidworks) мы поддерживаем передачу формы объектов, сборочной структуры, атрибутов и PMI, сказал Александр Спиваков, руководитель разработки C3D Converter, C3D Labs.

Интеграция с SinoRay

Китайская компания GMPT лицензировала C3D Toolkit для развития своего решения SinoRay. C3D Toolkit — это специализированный инструмент разработки программного обеспечения (SDK), отвечающий за построение, редактирование, визуализацию и конвертацию геометрических моделей. Об этом компания C3D Labs (С3Д Лабс) сообщила 7 июля 2023 года. Подробнее здесь.

C3D Toolkit 2023

9 июня 2023 года компания C3D Labs представила обновленную версию C3D Toolkit 2023.

По информации компании, с учетом текущих задач и запросов заказчиков, в релизе обновлены все компоненты - геометрическое ядро C3D Modeler, параметрический решатель C3D Solver, конвертеры данных C3D Converter, модуль визуализации C3D Vision.

C3D Modeler 2023

Обеспечение сквозного и взаимосвязанного управления точностью в операциях — это одно из важных направлений работ для этой версии, которое будет продолжено при работах над следующей версией. В текущей версии появились существенные изменения во всех функциональных направлениях модуля C3D Modeler.

Каркасное моделирование:

• завершена работа над операцией продления кривых с различными опциями;
• доработаны дополнительные режимы в построении кривых как сглаженной аппроксимации набора точек;
• добавлена функция сборки каркасного контура с локальными неточностями стыковки сегментов (в целях осуществления сквозной точности);
• доработаны функции сворачивания и разворачивания кривых на ряд поверхностей;
• по запросам заказчиков выполнены дополнения кривой по закону (символьная кривая).

Каркасное моделирование

Поверхностное моделирование:

• разработаны скругления групп несвязанных граней с различными опциями, позволяющие не сшивать грани разных оболочек в одну для построения скругления, а также выбирать группы граней от разных оболочек;
• доработана срединная оболочка по зарегистрированным пожеланиям и замечаниям;
• продолжаются усовершенствования построения заплатки с возможностью установки сопряжений;
• в функции преобразования поверхностей в NURBS-представление добавлена функция управления точностью, что необходимо как для задач конвертации, так и для задач моделирования.

Твердотельное моделирование:

• основное обновление – операция литейного уклона или «уклон от цепочки ребер», в этой функции в качестве составляющей используется доработанная опция по удалению и восстановлению скруглений;
• в операциях заметания оптимизирована диагностика образующих на самопересечение;
• в таких операциях заметания как - выдавливание, вращение, кинематика - появилась возможность использования каркаса (MbWireFrame) напрямую в качестве образующей;
• в операции выдавливания доработан режим выдавливания до объекта с учетом угла, теперь расчет глубин выдавливания образующих контуров учитывает всю совокупность тел, а не только ближайшее тело.

Прямое моделирование. В плане спектра обрабатываемых конфигураций топологии и ее изменения выполнены

• доработки в следующих режимах:
• перемещение граней и эквидистантное смещение граней;
• удаление граней;
• удаление и восстановление скруглений;
• интеграция обработки скруглений в уклоне от цепочки ребер.

Полигональное моделирование:

• оптимизировано построение контуров пересечения с секущими плоскостями (в плане работоспособности и быстродействия);
• завершены доработки в функциональности булевой операции с полигональными объектами: появились элементы диагностики и коррекции дефектов моделей.

Полигональное моделирование

Построение плоских проекций:

• появилась возможность проецирования полигональных объектов с учетом самозатенения и затенения другими объектами;
• выполнен ряд доработок в проецировании B-Rep объектов.

C3D Converter 2023

В модуле обмена данными C3D Converter:

• появилось чтение нативного формата данных NX;
• доработан импорт полигональных моделей из формата JT;
• оптимизирован экспорт в JT во избежание потерь структуры сборки при импорте в SW\NX;
• в функционал экспорта в Parasolid добавлена запись внедренных схем для корректного чтения B-Rep из JT.

C3D Solver 2023

В решателе геометрических ограничений C3D Solver реализованы:

• поддержка паттернов в 2D;
• сплайн постоянной длины;
• интервальные угловые размеры.

C3D Collision Detection 2023

Одним из важных изменений в C3D Toolkit 2023 является выделение компонента - C3D Collision Detection (детектор столкновений). Модуль отвечает за обнаружение коллизий между элементами моделей. Долгое время он разрабатывался и развивался силами разработчиков команды C3D Solver, и при этом был составной частью геометрического ядра. Детектор столкновений нужен многим заказчикам, даже если они не используют другие компоненты ядра. Теперь у них появляется возможность лицензировать C3D Collision Detection как отдельный продукт.

Разработчиками проведена работа по расширению функциональности и добавлению в API недостающих функций для полноценного использования детектора столкновений как самостоятельного модуля.

C3D Vision 2023

В модуле визуализации C3D Vision оптимизирована производительность рендеринга за счет использования шейдеров и culling-методов, продолжено развитие функциональности «виджетов». Основные изменения этой версии:

• операция "Взрыв" для разнесения компонентов модели;
• добавление 3D-текстур в сцену с возможностью управления их отображением с помощью шейдеров.

Добавление 3D-текстур

Изменения в технической поддержке

Создана отдельная команда технический поддержки пользователей компонентов C3D Toolkit. Ее основная задача – первичный разбор запросов и ошибок от пользователей. Команда поддержки:

• осуществляет обратную связь по запросам пользователей;
• работает над повышением качества документации совместно с разработкой;
• отслеживает зарегистрированные задачи по разработке.

C3D Toolkit 2023 будет доступен для скачивания пользователями в конце июня 2023 года.

2020: C3D Toolkit 2020

22 июня 2020 года компания C3D Labs представила C3D Toolkit 2020. В релизе обновлены все пять компонентов: геометрическое ядро C3D Modeler, параметрический решатель C3D Solver, конвертеры данных C3D Converter, модуль визуализации C3D Vision и модуль преобразования полигональных сеток в твердотельные модели C3D B-Shaper.

В релизе 2020 нашли отражение потребности разных софтверных рынков, и C3D Toolkit 2020 предлагает инструментарий как для разработки классических CAD/CAM/CAE-систем, так и для продуктов в сфере BIM, VR, 3D-сканирования, цифрового производства.

Основные изменения представленной версии связаны с поверхностным, твердотельным и листовым моделированием, прямым редактированием 2D-геометрии, 3D визуализацией, интероперабельностью.

Поверхность по сечениям купол

Поверхностное моделирование

В геометрическом ядре C3D Modeler 2020 основной упор сделан на развитие функциональности сложного поверхностного моделирования, которую традиционно относят к «тяжелому» классу. Она открывает путь к решению САПР-задач в авиационной промышленности, двигателе- и судостроении.

• Реализовано построение кривых с плавным изменением кривизны и их редактирование с помощью геометрического определителя.
• Реализовано построение поверхностей конического сечения. Сечение этих поверхностей может меняться в процессе движения вдоль опорной кривой по заданному закону и иметь форму окружности, дуги эллипса, параболы, гиперболы, заданного сплайна, отрезка прямой. Поверхности конического сечения могут гладко стыковаться с заданными поверхностями.
• Эквидистантные кривые доработаны так, чтобы задавать разные смещение на краях кривых и закон изменения смещения (постоянный, линейный или кубический). Аналогично доработаны и эквидистантные поверхности.
• Функция продления граней работает для нескольких граней одновременно. Разработан метод, объединяющий гладко стыкующиеся грани в одну грань.
• В поверхности по сети кривых в качестве сетки можно задавать контуры. Для оптимального сопряжения соседних участков изменена внутренняя параметризация поверхности.
• В кинематической операции добавлен режим явного управления формой – по нормали к поверхности направляющей.
• В поверхности по сечениям появилась опция «купол»: если крайние (начальное и\или конечное) сечения поверхности являются точечными или вырожденными в точку, можно управлять формой поверхности с помощью коэффициента и вектора, задаваемого, например с помощью управляющей плоскости.

Твердотельное моделирование

В операции сечения оболочки добавлено управление продлением режущей поверхности. В срединной оболочке появилась возможность задания диапазона толщин.

Моделирование листовых тел

C3D Modeler содержит функциональность листового моделирования. В версии 2020 разработан метод штамповки листового тела другим произвольным телом. Добавлена операция сгиба по криволинейным ребрам.

Объединение граней с помощью общей поверхности

Преобразование полигональных сеток в B-Rep

Модуль C3D B-Shaper преобразует тяжелые полигональные модели в твердотельные с граничным представлением (B-Rep) для их оптимального использования (редактирования, отображения и т.д.) в различных 3D-приложениях. Потенциально B-Shaper встраивается в технологии реверс-инжиниринга, BIM, VR, топологической оптимизации.

За год использования модуля в пользовательских приложениях поступил поток моделей для проверки алгоритмов и выявления проблем с получением качественного результата преобразования. С учетом обратной связи от рынка в версии 2020 реализован упрощенный режим построения модели B-Rep: в случае, если из-за погрешностей входных данных и неточности распознавания не удается построить общее ребро между соседними гранями, то будут построены граничные ребра. Упрощенный режим разработан прежде всего для задач визуализации.

Преобразование полигональных сеток в B-Rep

Прямое редактирование 2D-геометрии

В параметрическом решателе C3D Solver возможности драггинга пополнились динамической трансформацией – преобразованием по матрице, включающим в себя вращение, перемещение и масштабирование части чертежа. Она работает в режиме реального времени и позволяет распознать неподвижную и подвижную части чертежа, минимизируя последнюю. Подготовка такого драггинга и его исполнение объединены в одном вызове API.

Интероперабельность

В модуле конвертации данных C3D Converter 2020 реализовано чтение атрибутов из формата JT за счет доступа к метаданным данных файлов и организована передача контрольных характеристик моделей (объем, площадь поверхности, плотность и масса) в форматах STEP и JT.

Сетки в C3D и JT устроены по-разному, и раньше C3D Converter мог быстро записывать только сетки без топологии. В результате переработки алгоритма преобразования сеток в обновленной версии конвертеров передача топологии сочетается с быстродействием экспорта в формат JT.

Расширяется чтение PMI в импортируемых 3D-моделях: добавлено чтение внедренных в формат JT шрифтов, что позволяет корректно отображать все PMI-данные. Решена задача передачи PMI через формат C3D путем маркировки геометрических объектов PMI специальными атрибутами и предоставления пользователям возможностей по подстановке шрифтов, в первую очередь, для формата STEP (сам формат C3D работу со шрифтами не поддерживает).

3D визуализация

Разработанный для инженерных 3D-приложений движок C3D Vision нацелен на точность отображения геометрических построений и результативность при работе с большими моделями.

В версии 2020 реализованы интерактивные инструменты типа манипуляторов. Базовый класс манипуляторов называется SceneWidget, он применяется как отдельно, так и в составе процессов редактирования объектов. Среди разработанных манипуляторов:

• манипулятор Hot-point, виджет с определенным представлением и поведением
• манипуляторы направления реализуют сдвиг по указанной оси
• манипуляторы поворота реализуют вращение вокруг осей.

Доработан выбор геометрических объектов с помощью рамки: добавлена возможность селектировать и масштабировать рамкой. При селектировании доступны как объединяющая, так и секущая рамки, а также их совокупности – слева направо и справа налево.

2019

Программный компонент C3D B-Shaper

3 июля 2019 года компания C3D Labs выпустила программный компонент C3D B-Shaper для преобразования полигональных моделей в твердотельные с граничным представлением (B-Rep). Он адресован разработчикам программного обеспечения MCAD/AEC/BIM/CAE и открывает доступ к полноценной работе с трехмерными моделями, полученными в результате 3D-сканирования или заимствованными из электронных каталогов.

По информации компании, C3D B-Shaper построен на собственном математическом алгоритме и входит в состав комплекта инструментов C3D Toolkit для разработки инженерного программного обеспечения.

Большинство современных инженерных 3D-приложений используют для трехмерного моделирования граничное представление геометрии (Boundary Representation, сокращенно B-Rep). Такой подход зарекомендовал себя для точного описания моделируемого объекта – как в машиностроительном, так и в архитектурно-строительном проектировании.

В то же время все больше данных не создаются в CAD-системе, а поступают из внешних источников – из каталогов 3D-моделей или в результате 3D-сканирования – в виде полигональных моделей (например, в формате STL). Полигональные модели замедляют программное обеспечение из-за своего большого объема, а главное – их нельзя редактировать и использовать в процессе проектирования.

Для решения этой задачи и предназначен компонент C3D B-Shaper. Он превращает полигональную сетку в B-Rep модель, с которой можно работать классическими инструментами CAD – выполнять булевы операции, строить фаски, получать проекции и сечения.

В ситуации, когда полигональные модели не требуют модификации, но присутствуют в большом количестве, применение C3D B-Shaper позволит уменьшить объем данных, ускорить расчеты, упростить визуализацию и, как результат, повысить производительность программы при работе с крупными насыщенными проектами.

Модуль C3D B-Shaper на июль 2019 года доступен для тестирования и лицензирования в составе комплекта C3D Toolkit или как самостоятельный компонент.

Интеграция с VR Concept

21 июня 2019 года компания VR Concept сообщила, что выбрала геометрическое ядро C3D для развития своих инструментов виртуального прототипирования. Подробнее здесь.

2018

C3D Toolkit 2018

25 июня 2018 года компания C3D Labs объявила о выходе C3D Toolkit 2018, обновленного комплекта инструментов для разработки инженерного программного обеспечения. В его составе доступны геометрическое ядро C3D Modeler, параметрическое ядро C3D Solver и модуль обмена данными C3D Converter. В представленной версии C3D Toolkit разработчики сосредоточились на наращивании функциональности, увеличении скорости работы и реализации пожеланий пользователей.

В C3D Modeler 2018 добавлено множество дополнительных частных случаев построения скруглений

Изменения в C3D Modeler 2018:

• В геометрическом ядре C3D Modeler продолжает развиваться моделирование сложных форм. Добавлено множество дополнительных частных случаев построения скруглений.
• Реализована функция полного скругления (скругление трех граней).
• В операции моделирования по сечениям с несколькими направляющими выполняется гладкая стыковка поверхностей по G2.
• Доступна трансформация сечения при движении вдоль направляющей.
• Совершенствуется функционал гибки. Появилась гибка нелистовых тел.
• В традиционной гибке листового тела доступно упрощение развертки и добавление ребер усиления на сгибах листового тела.
• Особое внимание уделено оптимизации алгоритмов вычислений и поддержке многопоточности. В результате разработчики добились роста производительности в операциях вычисления массо-центровочных характеристик и построении проекций.

Изменения в C3D Solver 2018:

• В параметрическом 2D-решателе оптимизирован драггинг: алгоритм определяет, какая часть чертежа может быть заморожена без ущерба для движения. В результате оптимизации улучшилось поведение недоопределенных чертежей.
• В 2D-решателе реализованы жесткие множества и стыковка двумерных кривых по G2.
• Достигнуто многократное ускорение при симметрии большого числа объектов и в работе с интерполяционными сплайнами. Средняя производительность решателя выросла на 30%.

Изменения в C3D Converter 2018:

• В модуле обмена данными расширен функционал передачи кривых. В конвертере Parasolid реализован импорт и экспорт проволочных каркасов; в конвертере JT появилась поддержка кривых в полигональном представлении, а также точек. Проведена работа по поддержке актуальных версий форматов. Возможен импорт из Parasolid до версии 29 включительно. Расширен диапазон поддерживаемых версий формата JT с 8.0 по 10.x.
• Появилась функция для обмена данными без использования файлов: пользователям стал доступен импорт моделей из буфера, записанных во всех форматах граничного представления.

Среди технологических изменений, общих для всех компонентов C3D Toolkit, разработчик отметил поддержку Microsoft Visual Studio 2017, Clang 5.0, GCC 5.4 и операционной системы FreeBSD.

Обновленная версия модуля визуализации C3D Vision, четвертого компонента C3D Toolkit, выйдет в сентябре 2018 года. Тогда же появится модуль C3D Mesh2Brep для преобразования полигональных моделей в граничное представление.

Выбор C3D Toolkit для развития 3D-моделирования в Elcut

Российский разработчик расчетного программного обеспечения «Тор» 14 июня 2018 года сообщил о том, что выбрал инструментарий C3D Toolkit для развития 3D-моделирования в программе Elcut.

Компания будет использовать три компонента из набора C3D Toolkit: геометрическое ядро C3D Modeler, модуль обмена данными C3D Converter и модуль визуализации C3D Vision. Они заменят свободно распространяемые библиотеки Open Cascade Technology, с которыми раньше работал «Тор». Подробнее здесь.

2017

Лицензирование в Сколтех

Сколковский институт науки и технологий (Сколтех) лицензировал осенью 2017 года C3D Toolkit – технологию резидента ИТ-кластера Фонда «Сколково», компании C3D Labs для разработки инженерного программного обеспечения. Технология доказала свою эффективность в ходе тестирования программных компонентов для построения 3D-моделей, их параметрического редактирования, эффективного управления отрисовкой визуальных сцен и конвертации 3D-данных в основные обменные форматы.

Сотрудничество между Сколтехом и C3D Labs началось в мае 2015 года, когда наукоемкие технологии C3D Labs были представлены на проходившем в Сколково совместном с Массачусетским технологическим институтом семинаре по новым производственным технологиям. В 2016 году представители C3D Labs были приглашены в Лабораторию параллельного проектирования Сколтеха для участия в открытой лекции по технологиям 3D-моделирования, на которой студенты и преподаватели вуза познакомились с образовательной программой C3D ELP и обсудили примеры успешного использования 3D-компонентов другими российскими университетами.

Евгений Селиванов, руководитель направления «Промышленные технологии. Индустриальный интернет вещей, IIoT» фонда «Сколково»: «C3D Labs с 2013 года является резидентом ИТ-кластера. За это время компания выросла из небольшого стартапа в полноценного игрока рынка PLM-технологий с ключевыми заказчиками в России, США, Китае, Индии, Турции, Южной Корее и Швеции. Начав 4 года назад с продвижения коммерческого геометрического ядра, сегодня C3D Labs предлагает уже целый набор программных компонентов, необходимых для разработки современных систем 3D-моделирования. Компания активно сотрудничает с резидентами Фонда «Сколково» (Эремекс, НТЦ «АПМ»). И вот теперь программное обеспечение C3D Labs лицензировал Сколковский институт науки и технологий для поддержания научной и исследовательской деятельности студентов. Это формирует хорошую техническую базу для подготовки специалистов, владеющих инструментарием мирового уровня, и способных создавать специализированные программные приложения для решения отраслевых инженерных задач».

Особенности использования C3D Toolkit

Основной задачей группового проекта CEDESK является создание программных инструментов и процессов, способных улучшить взаимодействие работников аэрокосмической отрасли в рамках «Индустрии 4.0». Для этого магистранты и докторанты разрабатывают цельную интеграцию методов одновременного проектирования в масштабные ИТ-системы: управления жизненным циклом изделия и планирования ресурсов предприятия. При этом принимается во внимание использование предприятием специализированного программного обеспечения, особенность отлаженных производственных процессов и распределение ролей между различными участниками производства.

Для того, чтобы члены исследовательской группы из Сколтеха смогли в кратчайшие сроки приобрести необходимый набор знаний и навыков для создания приложений на базе C3D Toolkit, было принято решение отправить одного из участников CEDESK в C3D Labs для прохождения летней практики. Выбор пал на магистранта Никиту Летова. Ему поручили сделать проект, который бы эффективно использовал возможности различных программных компонентов вместе. С этой целью он разработал 3D‑приложение, позволяющее автоматизировать процесс проектирования носовых частей ракет за счет пользования простого интерфейса с вводом необходимых параметров носовых обтекателей.