3D моделирование с OpenScad - Часть 2
Мариус Кинтел
Разработчик OpenSCAD, Австрия marius@kintel.net
Пара слов от автора
OpenSCAD вырос из сообщества RepRap, точнее из деятельности в области 3D печати в Metalab (http://metalab.at), клубе программистов-энтузиастов в Вене, Австрия.
Идея OpenSCAD возникла, потому что мы нуждались в свободном программном инструменте разработки для быстрого и многократно повторяющегося создания механических деталей.
Использование существовавших в то время инструментов было слишком трудозатратным и изменение детали, часто требовало её полной переделки. Коммерческие САПР, решавшие эти проблемы, существовали, однако помимо запредельной стоимости, они не были открытым ПО, и мы чувствовали, что мир нуждается в лучшем инструменте проектирования с открытым исходным кодом. Основная идея OpenSCAD состояла в том, чтобы позволить людям описывать свои 3D модели, начав с основных строительных блоков, и затем многократно их повторяя, строить с их помощью. Дополнительно мы хотели, чтобы программа была подходящей для описания параметрических форм и положений для того, чтобы упростить настройки и адаптацию, без необходимости проходить через трудоемкие и скучные задачи реконструирования.
Вначале мы поняли, что OpenSCAD будет иметь серьезные ограничения в плане создания геометрических фигур, поэтому мы решили дать пользователям возможность выбрать программу моделирования более сложных строительных блоков. Затем OpenSCAD может импортировать эти файлы для дальнейшего моделирования, в то же время вы в любой момент можете вернуться назад и изменить основную геометрию без необходимости переделывать работу, уже проделанную в OpenSCAD. Сохранение исходного кода в качестве пользовательского интерфейса также обладает важным свойством, заключающимся в том, что люди захотят поделиться своими проектами, а также конструктивными идеями. Это также делает возможным менять, повторно использовать, или другими способами базироваться на существующих идеях и проектах других людей.
Параметрические разработки
Одно из сильных мест OpenSCAD - поддержка параметрических разработок. Параметрический в данном контексте означает, что Вы можете создать логические строительные блоки, которые принимают определенные параметры, а возвращают созданный 3D компонент, отвечающий этим параметрам. Примерами таких параметров могут быть размеры
объекта,
отверстия гайки и болта, описания объекта
(например, число зубчиков шестеренки)
или элементы проекта (текст штамповки
на разработке).
В OpenSCAD стандартные блоки называются модулями. Модуль - тип шаблона, который задается один раз и может использоваться многократно с различными параметрами. Следующий код определяет модуль TopPlate, который описывает параметрическую пластину с четырьмя резьбовыми отверстиями. Параметры модуля - это размеры пластины и размеры винтов. Затем вызываются два экземпляра модуля TopPlate :
Библиотеки
Множество задач моделирования, особенно при создании механических деталей или комплектующих, состоит из повторного использования стандартных элементов таких как крепежи, отверстия, прорези и т.д. В дополнение к определяющим модулям, которые упрощают повторное использование компонента в одном проекте, также возможно использование внешних библиотек. OpenSCAD включает набор общих компонентов в библиотеке названной MCAD.
Следующий
пример основывается на предыдущем, но
с добавлением накидных гаек под винт к
существующим отверстиям и использование
модуля библиотеки MCAD nuts_and_bolts, чтобы
получить верные размеры гайки,
соответствующей размеру винта:
По
причине открытой природы OpenSCAD
совместное использование библиотек
реализуется
простым расшариванием исходного кода
модулей. Множество разработчиков
моделей
создали свои библиотеки компонентов и
выложили их онлайн. На Thingiverse есть много
библиотек OpenSCAD:
http://www.thingiverse.com/search?q=openscad+library
Примеры использования
Так как OpenSCAD произошел от ранней 3D печати и движения RepRap, пользовательская база является все еще самой сильной среди этих сообществ. В результате, некоторые из самых выдающихся примеров использования OpenSCAD - это разработка самих 3D принтеров.
Некоторые примеры:
• RepRap Prusa версия 3:
https://github.com/josefprusa/Prusa3
• АО Lulzbot 100 (частично):
http://download.lulzbot.com/AO-100/hardware/printed_parts/source/
• Lulzbot TK-0:
https://github.com/mswillia/TK-0
• RepRap Mendel90:
http://hydraraptor.blogspot.co.uk/2012/12/mendel90-updates.html
Найти разработки OpenSCAD можно в самом большом репозитарии Thingiverse:
http://www.thingiverse.com/tag:openscad
Переводчики: Woolpit, mishavolkin, alex_itz
Доступная 3D печать для науки
Визуализируем математику, используя 3D принтеры
Оливер Нил, Элизабет Славковски
Математическое отделение, Университет Гарварда, Кембридж, Массачусетс, США knill@math.harvard.edu, writetoliz@yahoo.com
Визуализация
В математике визуализация всегда была важным компонентом обмена информацией. Фигуры и модели помогли выразить идеи раньше, чем официальный математический язык смог описать структуры. Числа были записаны как метки на костях, оставленные камешком, затем высечены на камне, надписаны на глине, вплетенные в разговор узелки, написанные на папирусе или бумаге, затем распечатанные на бумаге или представлены на экране компьютера. В то время как числа расширяют язык, изображения позволяют визуализировать понятия, представление объекта в пространстве сохраняет его значимость. Уже в древней Греции, использовались деревянные модели конусов Аполлона, чтобы преподавать коническое сечение. Ранние исследования в математике часто были визуальными: фигуры на Вавилонских глиняных табличках иллюстрируют пифагоровы тройки, московский математический папирус изображает рисунки, которые помогли вывести формулу объема для усеченного конуса. Аль Хорезми чертил фигуры, чтобы решить квадратное уравнение. Визуализация не только пояснительная, образовательная или эвристическая, она имеет практическое значение: Пифагоровы треугольники, представленные веревками, помогли измерению и разделению земель в Вавилонии. Линейка и циркуль, добавленные к конструкторской математике на бумаге, могут использоваться для создания проекта механизмов. Греческие математики, такие как Аполлоний, Аристарх, Евклид или Архимед осваивали искусство через представление математических фигур1.
Хотя картинки не заменяют доказательств - Клайн2 дает убедительное наглядное доказательство что все треугольники являются равносторонними, - они помогают передать догадки о результатах и идеях3 4. Визуализация особенно важна в образовании и может подвести к новому пониманию. Много примеров механических свойств можно найти в учебнике "Математическая механика"(“The Mathematical Mechanic”)5. Как педагогический инструмент она помогает учителям на разных уровнях математики, от начальной и средней школы, через высшее образование к современным исследованиям6 7 8. В диссертации Славковского9 исследована осуществимость технологии в классе. Мы взглянули на работу Архимеда10, используя эту технологию.
Визуализация помогает демонстрировать красоту математики и продвигаться к более многочисленной публике. Фигуры могут вдохновить на новые идеи, создать новые теоремы или помочь в вычислениях; например - диаграммы Фейнмана или Динкина или таблицы Янга. Большинство математиков описывают творческие идеи и догадку исходя из изображений, даже если эти фигуры не появятся на бумаге или в учебнике. Художники, архитекторы, режиссеры, инженеры и дизайнеры черпают вдохновение в визуальной математике. Хорошо
проиллюстрированные книги, как11 12 13 14 15 16 - реклама математики с фигурами и
иллюстрациями. Такие публикации помогают уравновесить впечатление, что математику трудно передать не математикам. Математические выставки, такие как в Музее науки и техники в Бостоне или Музей математики в Нью-Йорке играют важную роль в создании доступной математики. Они все визуально изображают или даже практически реализуют математику. В то время как возникли различные технологии, которые позволяют выводить на экран пространственный и динамический контент в сети, такие как Javascript, Java, Flash, WRML, SVG или WebGl, возможности управлять объектом руками все еще несопоставимы. 3D принтеры позволяют нам создать это с относительно небольшим усилием.