Modelarea hibridă - reprezintă această sintagmă într-adevar o nouă direcție de evoluție precum "orientarea obiectuală" ? Sau este doar o altă "găselniță" de marketing, o nadă menită să mențină trează atenția specialiștilor în lipsa unor noutăți efective? În timp ce la cea de-a doua întrebare s-ar putea răspunde și afirmativ și negativ, răspunsul la prima întrebare este categoric DA.
Pentru a argumenta acest răspuns, este necesar să vedem ce înseamnă modelarea hibridă, și cum a luat ea naștere. În opinia specialiștilor, modelarea hibridă reprezintă capacitatea de a genera corpuri 3D folosind atât entități wireframe sau solide, cât și suprafețe, toate acestea definind același corp geometric și beneficiind de avantajul unui solver mixt (variațional și parametric). De asemenea, modelarea hibridă înglobează capacitatea de a edita și modifica modelul pe baza diverselor tehnici, în funcție nu de modul în care a fost realizat acesta, ci de necesitatea momentană a utilizatorului.
Ținând cont de aceste considerente, nu e de mirare că lumea percepe modelarea hibridă ca pe un "curent al viitorului", trecând dincolo de limitările impuse de solver-ele parametrice, care constrâng utilizatorul la metode rigide, secvențiale de modelare, forțându-l practic, să-și "cunoască" proiectul înainte de a-l fi proiectat. Să vedem cum s-a ajuns la acest deziderat.
La începutul anilor '80, cercetările în domeniul generării corpurilor 3D erau axate exclusiv pe modelarea solidă. Pornind de la primitivele de bază - sferă, cilindru, con, paralelipiped (corpuri unic determinate în spațiu de ecuații matematice exacte), și folosind diverse operații topologice de fuziune, intersecție, extragere etc., se puteau realiza modele tridimensionale care să răspundă într-o oarecare măsura cerințelor acelor vremuri. Ulterior, gama primivelor de bază s-a îmbogățit cu alte corpuri cum ar fi torul, piramida, extruziunea sau revoluția pe baza unui contur dat s.a. Limitările impuse de relativa simplitate a ecuațiilor acestor corpuri nu permiteau efectiv trecerea la modele complexe.
Deși considerată importantă, modelarea în suprafețe a fost totuși trecută pe planul secund, datorită lipsei mijloacelor de implementare din punct de vedere matematic a modelării 3D complexe la nivelul pachetelor software.
Odată cu trecerea timpului, modelele complexe își făceau din ce în ce mai mult simțită prezența printre noi (caroserii auto sau fuselaje proiectate din considerente aerodinamice, borduri auto modelate din considerente estetice etc.), necesitatea modelării lor virtuale devenind stringentă.
Un prim pas (de altfel, destul de mare) spre modelarea complexă a fost făcut odată cu apariția curbelor SPLINE și ulterior NURBS. Acestea au permis, într-o oarecare măsură, crearea unor modele de complexitate mai mare. Totuși, acest pas nu a fost suficient. Din acest moment, s-au dezvoltat o serie de alte metode, mai mult sau mai puțin exacte, de generare a curbelor și suprafețelor avansate - curbele parametrice, suprafețele cubice, interpolarea eliptică, s.a. - fiecare abordabilă în cazuri specifice.
În același timp, un strălucit inginer de la uzinele Renault, numit BEZIER, datorită lipsei de flexibilitate a sistemelor existente, a trecut la dezvoltarea unei noi metode. Această metodă a devenit, ulterior, o adevărată teză matematică, recunoscută pe plan mondial sub numele de Teoria curbelor Bezier, sau Teoria curbelor polinomiale, fiind astăzi folosită pe scară largă în generarea suprafețelor complexe. Pe scurt, iată despre ce este vorba:
S-a pornit de la premisa că orice curbă se poate descompune, pe intervale suficient de mici, într-o succesiune de curbe polinomiale, succesul acestei metode constând în găsirea unui algoritm de corelare între coeficienții polinomului generator și punctele caracteristice ale curbei, astfel încât corespondența să fie biunivocă. Această transformare s-a făcut cu ajutorul unui element intermediar numit descriptor, o polilinie ale cărei noduri sunt strâns legate atât de coeficienții polinomului, cât și de alura curbei generate. Poate despre acest domeniu vom discuta pe larg cu o altă ocazie.
Conform opiniei domnului Lew Merrick, consultant la Tangent Engineering (Quilcence, WA), un modelor geometric bun trebuie să aibă cel puțin patru modalități diferite de generare a suprafețelor, pentru a acoperi o gamă cât mai largă de situații. "Cele mai multe modeloare folosesc NURBS și doar una sau două metode complementare. NURBS sunt utile, de exemplu, în definirea pieselor injectate, fiind însă insuficiente pentru modelarea pieselor termo- sau hidro-formate", apreciază domnul Lew Merrick.
În ciuda diversității modeloarelor uzuale, dezvoltarea noilor mijloace de generare a suprafețelor nu a încetat. Astfel au apărut suprafețele asociative, modelarea parametrică aplicată suprafețelor, modificarea dinamică a suprafețelor prin "agățarea" unor puncte caracteristice sau dezvoltarea metodologiilor de reverse-engineering.
Una din primele companii care au apelat la algoritmul matematic tip Bezier a fost MATRA DATAVISION. Parteneriatul încheiat în 1984 cu RENAULT a contribuit, în mod considerabil, la dezvoltarea mijloacelor de generare a suprafețelor complexe, iar unul dintre momentele cheie a fost achiziționarea produsului STRIM de la compania CISIGRAPH. Cu ajutorul lui, MATRA DATAVISION a putut oferi pieței cel mai bun produs din zona modelarii complexe, a analizei și simulării proceselor de injecție de mase plastice și a reverse-engineering-ului. Avantajul unic al acestui modelor constă în modul de tratare al suprafețelor: în timp ce alte modeloare tratează suprafața ca o succesiune de patch-uri conectate, STRIM integrează întreaga suprafață într-o singură ecuație complexă. Acest fundament matematic stă la baza capacităților sale unice de "îmblânzire" a suprafețelor, de racordare sau interconectare cu alte suprafețe, în condiții de continuitate atât în tangentă, cât și în curbură.
Totuși, direcția principală în care se mergea era unificarea conceptelor de solid și suprafață și găsirea unui fundament matematic unic pentru tratarea lor.
Din punct de vedere istoric, modelarea hibridă a fost "atestata documentar" la sfârșitul anilor '80, atunci când, la modeloarele variaționale au fost adaugate elemente parametrice, și vice-versa. Însă de aici și până la a avea un modelor hibrid real, care să răspundă principiilor enumerate în definita acestui concept, mai era un drum lung de parcurs.
Primii pași au fost făcuți la începutul anilor '90, când aceeași companie franceză MATRA DATAVISION, a încorporat în modelorul produsului EUCLID3, un modul - Adaptive Shapes - care răspundea principiilor modelării hibride. Cu toate acestea, în februarie 1997, MATRA DATAVISION anunța lansarea pe piață a unui nou produs, un sistem revoluționar și vizionar în acelasi timp, bazat pe o arhitectură orientată obiect - EUCLID QUANTUM. Acesta integrează sub același acoperiș toate aplicațiile necesare trecerii unui produs industrial din faza de idee la faza de producție de serie.
Bruce Boes, unul din vice-presedinții MATRA DATAVISION, apreciază modelarea hibridă introdusă de Euclid Quantum ca pe "un salt în timp spre locul unde se îndreaptă industria".
Motorul lui Euclid Quantum, Euclid Designer, aduce o serie de capabilități "hibride", incluzând un solver parametric și variațional selectat automat și transparent pentru utilizator, în funcție de contextul în care se operează. Mai mult decât atât, Euclid Quantum dispune și de capabilități de free-form modeling sau reverse-engineering. "Modelarea adaptivă", termen prin care MATRA DATAVISION înțelege capacitatea de a impune și elimina constrângeri în orice etapă a proiectării, permite modificarea modelului oricând, și indiferent de tehnica prin care acesta a fost creeat. "Obiectul sau geometria creată reprezintă centrul universului. Utilizatorul interacționează cu geometria, iar sistemul permite aplicarea doar a acelor operații care, în faza respectivă, sunt logice și nu generează conflicte. În Euclid Designer nu mai există conversie de la suprafețe la solide, și invers, entitătile fiind aceleasi din punct de vedere matematic." completează Bruce Boes. Și asta nu e tot. Euclid Quantum creează obiecte "inteligente", care au în spate istorie și pot îngloba în ele atât informație geometrică, cât și o serie de alte informații utile pe tot parcursul dezvoltării proiectului - informații tehnologice, trasee de mașinare, informație de tip document (fișe tehnologice, fișe de modificări, liste de materiale etc.).
O altă calitate "hibridă" a lui Euclid Quantum este faptul că stochează informația în format STEP în mod nativ - singurul format conform cu specificațiile ISO 9000/9001, permițându-i astfel să se "înțeleagă" cu toate sistemele existente pe piață. Dezavantajul celor din urma constă în faptul că au introdus formatul STEP ca pe o noua interfață de transfer, stocând, însă, datele în format proprietar, și apoi "traducându-le" în "limbajul" STEP. Or, fapt unanim recunoscut, orice interfațare suplimentară duce la pierdere de acuratețe.
Putem spune, deci, fără urmă de falsă modestie sau de exagerare, că Euclid Quantum este un produs al viitorului, atât din punct de vedere al modelorului său, cât și a altor calități deosebite care au mai fost prezentate în alte numere ale revistei.
Considerând aceste aspecte, s-ar mai putea spune că modelarea hibridă este, așa cum afirmam la început, doar "praf" aruncat în ochii specialistilor? Credem, totusi, că am relevat provocările acestui nou domeniu. Unii ar putea spune că modelarea hibridă, în ciuda avantajelor pe care le prezintă deja, nu și-a atins țelul final, totul fiind acum numai o problemă de timp. Puteți fi, însă, siguri că tehnologii de genul "modelare hibridă" deschid noi căi de abordare și rezolvare a problemelor viitoare, creând un nou climat pentru noi soluții.
Autorul poate fi contactat la adresa de E-mail: magic@delta.roknet.ro