Model szkieletowy

Model szkieletowy (wireframe model) to jedna z podstawowych metod reprezentacji geometrii w systemach CAD. W tym podejściu obiekt opisywany jest wyłącznie za pomocą punktów i linii tworzących jego zewnętrzny obrys, bez definiowania powierzchni oraz objętości.

Nazwa „wireframe” pochodzi od podobieństwa takiego modelu do konstrukcji wykonanej z cienkich drutów tworzących szkielet obiektu.

Modelowanie geometrii w CAD

Aby przedstawić obiekt na ekranie komputera, jego geometria musi zostać opisana matematycznie w systemie CAD (Computer-Aided Design).

W zależności od stopnia złożoności i przeznaczenia stosuje się różne typy modeli geometrycznych:

• modele szkieletowe,
• modele powierzchniowe,
• modele bryłowe.

Idea modelu szkieletowego

W modelu szkieletowym geometria obiektu budowana jest przy użyciu:

• punktów,
• krawędzi,
• linii,
• łuków,
• krzywych.

Nie są natomiast definiowane:

• powierzchnie,
• objętość,
• wnętrze obiektu.

Przykładowo sześcian można przedstawić wyłącznie poprzez osiem narożnych punktów oraz linie łączące te punkty.

Charakterystyka modelu wireframe

Model szkieletowy pokazuje jedynie „szkielet” obiektu, bez wizualnego wypełnienia ścian i powierzchni. Z tego powodu:

• obiekt może wyglądać przezroczysto,
• trudno określić, które krawędzie znajdują się z przodu,
• geometria może być trudniejsza do interpretacji wizualnej.

Jednocześnie taki model jest bardzo prosty obliczeniowo i wymaga niewielkiej ilości danych.

Zalety modelu szkieletowego

Do głównych zalet należą:

• mała ilość danych geometrycznych,
• szybkie tworzenie modelu,
• niewielkie wymagania obliczeniowe,
• łatwa edycja podstawowej geometrii,
• dobra podstawa do dalszego modelowania.

Modele wireframe były szczególnie popularne we wczesnych systemach CAD, gdy moc obliczeniowa komputerów była ograniczona.

Ograniczenia modelu szkieletowego

Model szkieletowy ma również wiele ograniczeń:

• brak informacji o objętości,
• brak informacji o powierzchniach,
• trudniejsza wizualizacja rzeczywistego kształtu,
• brak możliwości bezpośredniego obliczania masy lub objętości,
• ograniczone zastosowanie w nowoczesnych analizach MES i CAM.

Dlatego współcześnie modele szkieletowe są zwykle wykorzystywane jako etap pośredni w modelowaniu.

Znaczenie modeli wireframe w modelowaniu CAD

Mimo ograniczeń model szkieletowy stanowi podstawę bardziej zaawansowanych technik modelowania.

Na jego bazie tworzy się:

• modele powierzchniowe,
• modele bryłowe,
• geometrie do analiz MES,
• modele do obróbki CAM.

W praktyce wiele złożonych modeli CAD rozpoczyna się właśnie od utworzenia szkicu szkieletowego.

Model szkieletowy a model bryłowy

Model szkieletowy

• opisuje tylko krawędzie,
• nie posiada objętości,
• jest uproszczony geometrycznie.

Model bryłowy

• zawiera pełną objętość,
• definiuje powierzchnie i wnętrze,
• umożliwia analizę masy, objętości i właściwości fizycznych.

Zastosowanie modeli szkieletowych

Modele szkieletowe stosowane są między innymi w:

• systemach CAD,
• modelowaniu koncepcyjnym,
• tworzeniu szkiców geometrycznych,
• przygotowaniu modeli powierzchniowych,
• grafice komputerowej,
• analizach geometrii konstrukcji.