Microsoft Word - 170509.docABSTRAKT: Cílem bakaláské práce je podat pehled souasného stavu poznání v oblasti datových CAD penosových formát doplnný vymezením trend budoucího vývoje. KLÍOVÁ SLOVA:
CAD, výmna, data, penos, formáty, IGES, DXF, STEP, SAT, X_T, DWG, OpenDWG, STL, VRML, VDA-FS,
ABSTRACT:
The purpose of this work is to show an overview about contemporary state of knowledge in area of CAD data exchange icluded trends of future development.
KEYWORDS:
CAD, exchange, data, transfer, formats, IGES, DXF, STEP, SAT, X_T, DWG, OpenDWG, STL, VRML, VDA-FS, BIBLIOGRAFICKÁ CITACE: KOŠÁL, D. Datové penosové formáty v oblasti CAD. Brno: Vysoké uení technické v Brn, Fakulta strojního inenýrství, 2009. 41s. Vedoucí bakaláské práce Ing. David Paloušek, Ph.D.
ESTNÉ PROHLÁŠENÍ:
Prohlašuji, e jsem bakaláskou práci Datové penosové formáty v oblasti CAD
vypracoval samostatn pod vedením Ing. Davida Palouška, Ph.D. a uvedl v seznamu literatury všechny pouité literární a odborné zdroje. V Brn dne 17. kvtna 2009 _________________________ vlastnoruní podpis autora
PODKOVÁNÍ: Na tomto míst bych rád podkoval Davidu Palouškovi za cenné pipomínky a rady, kterými pispl k vypracování této bakaláské práce.
OBSAH
strana
11
OBSAH ÚVOD 13 1 Formáty urené pro 2D výkresy 15
1.1 DWG (Drawing) 15 1.1.1 Historie: 15 1.1.2 Verze souboru: 16 1.1.3 Obnovení souboru 16 1.1.4 Struktura formátu DWG 17 1.1.5 Výbr z kompatibilních program: 17
1.2 DXF (Drawing exchange format) 17 1.2.1 Historie: 17
1.2.2 Struktura formátu DXF 18 1.2.3 Porovnání s DWG: 18
2 Formáty urené pro ukládání tles – 3D 19 2.1 IGES (Initial graphics exchange specification) 19
2.1.1 Historie: 19 2.1.2 Struktura souboru: 19
2.2 SAT (Standard ACIS text) 23 2.2.1 Popis jádra ACIS 23 2.2.2 Struktura uloeného souboru 23 2.2.3 íslo verze souboru SAT a vydání ACIS 24
2.3. X_T (Parasolid Transmit file format) 25 2.3.1. Popis jádra Parasolid 25 2.3.2. Klady a zápory textové verze vi binární 25 2.3.3. Struktura uloeného souboru: 25 2.3.4 Ukázka souboru s popisem nkterých ádk: 26
2.4 STL (Stereolithography) 27 2.4.1 Popis formátu STL 27 2.4.2 Normála fazetky (facet normal) 28 2.4.3 Pravidlo pravé ruky 28 2.4.4 Pravidlo „Vrchol k vrcholu“ 29 2.4.5 Struktura formátu STL (ASCII verze): 29 2.4.6 Struktura formátu STL (Binární verze): 30
2.4 STEP (Standard for the Exchange of Product Model Data) 30 2.5.1 Dlení podskupin STEPu 30 2.5.2 Historie 32
2.6. VRML (Virtual reality modeling language) 32 2.6.1 popis formátu VRML 32 2.6.2 Struktura formátu VRML 33 2.6.3 Datové typy ve VRML 34 2.6.4 Typy uzl ve VRML 34
2.7 VDA-FS 34 2.7.1 Struktura formátu VDA-FS 35
3 Závr 37 3.1 Vymezení trend budoucího vývoje 37
4 Seznam pouitých zdroj 38 5 seznam obrázk 40 6 seznam tabulek 41
OBSAH
strana
12
ÚVOD
strana
13
ÚVOD Ped masivním rozvojem CAD systém neexistovaly ádné problémy
s posíláním elektronických soubor a jejich nekompatibilitou s rznými softwary. ešilo se pouze, jak dostat výkresy na papíru na místo urení. Poštou, osobním pevozem i faxem, to vše byly pomrn bezproblémové cesty.
S postupným rozvojem výpoetní techniky se zaalo více vyuívat elektronické formy výkresové dokumentace. Zaalo se vyvíjet více nových softwar pro rýsování, které zaaly velmi svin vytlaovat klasické rýsování „na prkn“, co by samo o sob nebyl a takový problém. Jene kadý software vyvíjela a na výjimky jiná spolenost a ta si pro svj program vyvinula svj zpsob ukládání výkresových dat do souboru. Formát souboru byl vtšinou bohuel uzavený, ili jinými spolenostmi nepouitelný. Více uivatel zaínalo pouívat rozlišné programy, co ve spojitosti s obchodem i pedáváním výkres mezi obchodními partnery vedlo k problémm s kompatibilitou.
A jak tyto problémy narstaly, pochopiteln se nelíbily vývojám program a ješt mén jejich zákazníkm – uivatelm. Take na nátlak uivatel byli vývojái nuceni do nových verzí program zahrnout jistý kompromis. Kadý program zaal vedle svého nativního formátu vyuívat i tzv. výmnný. Ty byly normalizovány pro veškeré programy, take uivatel, který uloil svou práci do nkterého z formát této skupiny, mohl oekávat, e jeho obchodní protjšek tento soubor snadno oteve i v teba konkurenním CAD systému, nezávisle na jeho výrobci. Za tmito formáty vtšinou stály rzné národní i soukromé organizace a vydávaly výmnné formáty kvli co nejvtšímu zájmu otevené a zdarma. Tyto mezinárodní formáty dnes vyuívá drtivá vtšina CAD. V této práci jsou popsány nkteré z nejpouívanjších (DWG, DXF, IGES, STEP, SAT, X_T, STL, VRML, VDA-FS). asová osa jejich vývoje je zobrazena na obrázku 1.
Zdánlivý ideální stav se ale zaal kazit s dalším rozvojem program, kdy tyto zaínají pouívat stále sloitjších entit, je zmínné výmnné formáty nejsou schopny pochytit. A u díky sloitosti výkresu, nebo opt díky prosté nekompatibilit vzniká spousta odchylek mezi pvodním souborem uloeným v nativním formátu a novým souborem exportovaným do výmnného formátu. asto dochází ke zmn formátování textových polí a eských znak, u prostorových model vlivem rozdílné pesnosti CAD asto dochází k chybám u spojitosti ploch. Tomuto se dá ásten pedcházet práv pochopením tchto výmnných formát.
ÚVOD
ÚVOD
strana
14
Obr. 1 Znázornní vývoje jednotlivých projekt. Pozn.: Šipky znázorují oficiální ukonení dalšího vývoje projektu a pesunutí zájmu tvrc na jiný. U formátu STEP jsou znázornny pouze dva významné mezníky v období. Podrobnjší lenní je obsaeno v kapitole 2.4.
FORMÁTY URENÉ PRO 2D VÝKRESY
strana
15
1 FORMÁTY URENÉ PRO 2D VÝKRESY Dnes u dokáe vtšina výmnných formát ukládat jak dvourozmrné entity
v jedné rovin, tak i prostorové objekty. Jejich azení na tyto dv skupiny vyplývá z jejich pvodního urení, pro které byly vyvinuty. 1.1 DWG (Drawing)
DWG je formát pouívaný pro ukládání dvou a tírozmrných dat a popisných dat. Formát je pvodem urený pro AutoCAD a Intelicad (a jejich varianty). Tento formát je také podporován nkolika stovkami dalších program, piem nejde vyloen o výmnný formát. Pvodn byl vyvinut jako uzavený formát spolenosti Autodesk pouze pro jejich programy. A s velmi astým výskytem AutoCADu jej zaaly pod licencí vyuívat ostatní programy. 1.1.1 Historie:
Formát byl vymyšlen Mikem Riddlerem ke konci 70. let a dodaten licencován spoleností Autodesk v roce 1982 jako výchozí formát AutoCADu. Mezi lety 1982 a 2007 Autodesk vytvoil pes 18 verzí AutoCADu. [1] Tím se formát DWG stal normou pro soubory AutoCADu. Podle odhad bylo za dobu existence formátu vytvoeno mezi dvma a tymi miliardami DWG soubor. Autodesk navíc poskytl pro programy, které mly jako výchozí formát DWG také pídavek v podob formátu RealDWG, co je pepisovatelná knihovna urená pro prezentaci návrhu. Tento byl pod licenními podmínkami poskytnut pouze pro nekonkurenní aplikace. Nkteré spolenosti se snaily zptn zkonstruovat formát DWG. Nynjší Open Design Alliance (ODA), neziskové spoleenství vytvoené v roce 1998 skupinou vývojá (nkterých z konkurenních spoleností Autodesku), poskytlo formát nazvaný DWGDirect a open DWG jako odpov na neveejnou formu formátu DWG. Hlavní produkt této spolenosti je formát OpenDWG, který umouje tení a zápis a není vázán licencí. OpenDWG není zcela kompatibilní s pravým DWG (TrustedDWG) a ani jeho kompatibilita s ostatními programy není zcela zaruena. [1] V roce 1998 Autodesk pidal ovování soubor do AutoCADu R14.01 pomocí funkce nazvané DWG CHECK. Tato funkce je realizována pomocí zakódovaného kontrolního soutu a kódu produktu (nazvaného Autodeskem WaterMark) zapsaného do DWG souboru, jen je vytvoen tímto programem. V roce 2006 Autodesk jako odezvu na stínosti od uivatel na nekompatibilitu mezi verzemi a chybami pi naítání formát vytvoených jinými spolenostmi pomocí zptné konstrukce pidává do verze AutoCADu 2007 „TrustedDWG technologii“. Funkci, která má vloit textový etzec: „Autodesk DWG. This file is a Trusted DWG last saved by an Autodesk application or Autodesk licensed application“ dovnit DWG souboru vytvoeného programem. Tímto se pi optovném otevení ovuje, e soubor byl naposledy pepsán i vytvoen programem z dílny Autodesku i jiné, oprávnné firmy. Tak se uivatelm dostalo kontroly kompatibility. V pípad, e pi otevírání souboru nedojde k nalezení etzce, chybová hláška uivatele upozorní, e soubor není kompatibilní a varuje ho o moných problémech se stabilitou programu. [1] 22. Listopadu 2006 firma Autodesk alovala spolenost ODA, e jejich formát DWGdirect porušil obchodní známku Autodesku zapsáním TrustedDWG kódu, který obsahuje slovo „AutoCAD“ do DWG souboru. Spor byl ukonen tím, e
1
1.1
1.1.1
strana
16
Autodesk modifikoval varující hlášku ve verzi AutoCADu 2008 na vlídnjší a zárove ODA odstranila podporu pro TrustedDWG kód z jejich DWGdirect knihoven. [1] V roce 2006 Autodesk zaregistroval DWG jako registrovanou obchodní známku, tedy nejen jako název produktu, jak tomu bylo doposud. [1] 1.1.2 Verze souboru: Jak byl program AutoCAD vyvíjen a byly vydávány nové verze, tak procházel vývojem také formát DWG, který se lehce mnil. AutoCAD je zptn kompatibilní, ím máme na mysli, e novjší verze dokáe otevít starší soubor, naopak ovšem vtšinou ne. Naproti tomu nová verze AutoCADu dokáe uloit data do staršího formátu DWG. Verzi lze velmi snadno urit po otevení výkresového souboru v libovolném textovém editoru. Prvních 6 znak udává verzi souboru, resp.ve které verzi AutoCADu byl soubor naposledy pepsán i vytvoen.
Tab. 1 verze formátu [1] Kód Verze AutoCADu
AC1021 2007,2008,2009
AC1018 2004,2005,2006
AC1015 2002,200i,2000
AC1006 10
AC1004 9
AC1003 2.6
AC1002 2.5
AC1001 2.22
AC2.10 2.10
AC1.50 2.05
1.1.3 Obnovení souboru
AutoCAD zapisuje krom normálního také 2 verze záloních soubor. Tedy pokud dojde k poškození pvodního souboru jakoukoliv formou, a u pímým poškozením souboru napíklad pi penosu (chyba pi vypalování, chyba disku), nebo chybou stability programu, lze tento ješt vtšinou získat v originální podob. Pokud dojde k chyb mimo program, je moné najít stejnojmenný soubor pouze s píponou bak namísto dwg. Po runím pepsání této koncovky na dwg lze soubor otevít a pokraovat v práci. Zárove AutoCAD ukládá pi kadém uloení alternativní soubor s píponou SV$. Tento soubor zstává na disku a do korektního ukonení programu. Pak je smazán. Implicitn je cesta uloení souboru nastavena na: C:\Documents and Settings\USER\Local Settings\Temp a me být zmnna v monostech AuoCADu. ili v situaci pádu programu nedojde ke smazání souboru, který zstává na disku a opt je mono pepsáním pípony získat pvodní výkres.
FORMÁTY URENÉ PRO 2D VÝKRESY
strana
17
1.1.4 Struktura formátu DWG DWG je tzv. uzavený formát, co znamená, e není veejn k dispozici jeho
struktura. Ta byla zrekonstruována výše zmínnou Open Design Aliance pro verze dwg R13 a R14. Nicmén díky zptnému zjišování nebyl tento formát ješt pln rozkódován a v popisu lze stále najít neznámé oblasti oznaené slovy „unknown section“. [1] Struktura formátu DWG [2]: HEADER
FILE HEADER
OBJECT DATA
All entities, table entries, dictionary entries, etc. go in this section. OBJECT MAP
UNKNOWN SECTION (R13C3 AND LATER)
SECOND HEADER
Nkteré programy, je podporují zápis do formátu DGW: ProgeCAD, IntelliCAD, ArchiCAD, AutoCAD, Autodesk Inventor, Autodesk Revit, Autodesk 3ds max, Bricscad, DataCAD, Microstation, SolidWorks, Tekla Structures, VA – Virtual Architecture, Vektor works, ViaCAD – Punch! Software, PowerCAD. [1]
Nkteré programy, je umoují jeho tení (prohlíee): Free DWG Viewer, Autodesk Design Review 2008, Autodesk DWG TrueView 2008, Volo View Express 1.14, eDrawings Viewer, DWG Gateway v3, Bentley View. [1] 1.2 DXF (Drawing exchange format)
Další formát z dílny Autodesku, který byl navren speciáln pro výmnu dat mezi AutoCADem a dalšími programy. 1.2.1 Historie:
Poprvé byl uveden ke konci roku 1982 jako souást AutoCADu verze 1.0 a byl zamýšlen jako komunikaní formát pro programy nepodporující DWG, pro který Autodesk neuvádí specifikaci veejn. Od verze AutoCADu 10 (rok 1988) pidal formát DXF ke své textové form také podporu formy binární. Jak se ale AutoCAD stával postupem asu sloitjší a pouíval více tles a komplexnjších objekt, stával se formát DXF mén pouitelný. Vtšina velkých vývojáských firem se rozhodla radji pouívat jako výchozí formát pro své programy OpenDWG spolenosti ODA namísto formátu DXF. Nicmén pesto všechno má stále své místo jisté. Díky své velmi lehce dostupné struktue jej dnes pouívají tém všechny CAD systémy a velká ást grafických program jako Corel Draw, 3Ds Max, Paintshop pro a další. Je dokonce podporován i v takových systémech, jako je teba Mathematica. [3]
1.1.4
1.1.5
1.2
1.2.1
strana
18
1.2.2 Struktura formátu DXF:
Jde o otevený formát, ili jeho struktura je velmi snadno dohledatelná v kompletní podob. Struktura formátu DXF: HEADER sekce – Obecné informace o výkresu. Kadý parametr má název promnné a odpovídající hodnotu. Kadá promnná je specifikována pomocí devítimístného ísla, je uruje její název, a následuje íslo, které uruje samotnou hodnotu. CLASSES sekce – Udruje informace pro aplikaní definici, které se objevují v sekcích blocks, entities, a objects. V principu ale neposkytuje dostatek informací umoujících výmnu dat s ostatními programy. TABLES sekce – Tato sekce obsahuje nkolik tabulek pojmenovaných prvk.
Aplikaní ID (APPID) tabulka Tabulka záznam bloku (BLOCK_RECORD) Tabulka styl kót (DIMSTYPE) Tabulka hladin (LAYER) Tabulka typ hran (LTYPE) Tabulka styl textu (STYLE) Tabulka pro souadný systém (UCS) Tabulka pohled (VIEW) Tabulka rozloení pohled (VPORT)
BLOCKS sekce – obsahuje definice prvk obsaených v bloku a reprezentující vzhled všech jeho kopií ve výkresu. ENTITIES sekce – obsahuje všechny prvky výkresu vetn umístní blok OBJECTS sekce – obsahuje data aplikované pro negrafické objekty THUMBNAILIMAGE sekce – obsahuje náhled DXF výkresu END OF FILE - konec souboru Struktura viz [4] 1.2.3 Porovnání s DWG:
Velikou výhodou formátu je jeho opravdu snadná struktura s formátováním urená pro snadné tení, z eho vyplývá i jeho opravdu vysoká frekventovanost v rzných programech. Tato výhoda má samozejm i svj zápor. Díky snadné itelnosti se soubor kvli svému formátování a popiskm znan zvtšuje, a to a na násobky formátu DWG se stejným obsahem. Dalším problémem je, e neme zpracovávat dnes bn vyadované sloitjší entity bez uritých ztrát struktury.
FORMÁTY URENÉ PRO UKLÁDÁNÍ TLES – 3D
strana
19
2 FORMÁTY URENÉ PRO UKLÁDÁNÍ TLES – 3D Dále budou rozebrány nkteré nejpouívanjší soubory pro ukládání
prostorových objekt a u pomocí hraniních ploch (tlesa s nulovým objemem), nebo jako plnohodnotných objemových tles. Samozejmostí všech tchto formát je také ukládání dvourozmrných výkres a jejich náleitostí. 2.1 IGES (Initial graphics exchange specification)
Oficiální název pro formát IGES je Digital Representation for
Communication of Product Definition Data [6] (digitální znázornní produktu pro komunikaci). 2.1.1 Historie:
Poprvé byl pedstaven v lednu 1980 Národním úadem pro normalizaci pod normou NBSIR 80-1978. Samotný projekt IGES zaal u v roce 1979 skupinou uivatel CAD systém zahrnujících spolenosti jako Boeing, General electric, Xerox, Computervision a další. Celý projekt ml od zaátku podporu Národního úadu pro normalizaci (NIST – National Bureau of standards) a amerického ministerstva obrany (DoD – U.S. Department of Defense). Název byl velmi peliv zvolen tak, aby se vyhnulo náznakm jakékoliv kooperace i odnoe od ostatních formát vytvoených zakladateli CAD systém. Od roku 1988 ministerstvo obrany ádalo, aby veškeré zakázky pro zbraové systémy byly dodávány elektronickou formou ve formátu IGES. To mlo za následek, e všichni autoi CAD program, kteí chtli, aby se mohly vládní zakázky vyvíjet v jejich programech, museli vloit podporu pro import a export formátu IGES do svých program. [5]
Od roku 1980 je IGES zahrnut do státní normy ANSI. Spolenost stojící za vznikem formátu IGES v téme roce zaloila sklad plný magnetických pásek a CD- ROM s originálními soubory pro automobilový, letecký, vesmírný a námoní prmysl, stejn jako pro zbraové systémy zahrnující vše od navádcích systému raket tídy Trident a po celé letadlové lod. Tyto modely i jejich ásti mají být k uitku i roky poté, co originální zadavatelé a vývojái skonili s jejich produkcí, i se pln vzdali odvtví. Nyní je za pomocí pluginu pro webový prohlíe mono prohlíet soubory typu IGES vytvoeny ped 20 lety. [5]
Po pvodním vydání formátu STEP v roce 1994 se mla veškerá snaha spolenosti soustedit na tento nový formát. Ovšem i o desetiletí pozdji STEP stále ješt nesplnil pvodní prohlášení, e by ml kompletn nahradit IGES. Dosud zstává jako nejrozšíenjší formát pro komunikaci mezi konstruktéry.
Hlavním problémem formátu IGES je, e nedokáe penášet objemová tlesa,
ale pouze tlesa sestavená z ploch. A pokud jsou ve výchozím formátu v objemové podob, dojde pi konverzi ke ztrát vnitní logiky (logika se dá rozdlit na geometrii a topologii – geometrie uruje souadnice krajních bod objekt, topologie udruje informace o vzájemné poloze objekt) a navíc nkdy i ke ztrát návaznosti ploch tvoících povrch tlesa.
2.1.2 Struktura souboru:
Formát pouívá v základním provedení ACSII znaky azené do nkolika ádk a sloupc dle následující tabulky:
2
2.1
2.1.1
2.1.2
strana
20
Tab. 3 popis 73. sloupce (Sequence number) [6]
Název sekce: Znak ve sloupci
Start S
Global G
Tab. 2 Popis ádk a sloupc [6]
1 8 9 16 17 24 25 32 33 40 41 48 49 56 57 64 65 72 73 80
Start section: Obsahuje itelné údaje o souboru. Jeden i více ádk s pouitím ASCII znak.
Global section: Obsahuje informace o systému a souboru.
Directory entry section: Obsahuje dva ádky zvláš pro kadou entitu. Uchovávají se zde atributy entity jako barva, typ áry apod.
Parametr data section: hodnoty a parametry urující entity jako jejich poloha ve výkrese a rozmry.
Terminate section: zaznamenává nkteré hodnoty z pedchozích sekcí. (sloupce 33-72 nevyuity)
FORMÁTY URENÉ PRO UKLÁDÁNÍ TLES – 3D
strana
21
Tab. 4 Popis struktury sekce directory entry [6]
1 8 9 16 17 24 25 32 33 40 41 48 49 56 57 64 65 72 73 80
Entity type
number (1)
Tab. 5 druh entity (1,11) – píklady (Entity type number) [6]
íslo entity Typ entity
108 rovina
110 úseka
íslo barvy Barva
FORMÁTY URENÉ PRO UKLÁDÁNÍ TLES – 3D
Na obrázku 2 je demonstrován jednoduchý výkres, na kterém je vidt struktura souboru ukázána na obrázku 3.
Obr. 2 vzorový výkres
Krunice má sted v [100;100], polomr 50 a ervenou barvu. Úseka jde zleva [50;100] doprava [100;100] a má zelenou barvu. Bod je zelený a leí v souadnicích [50;50].
Obr. 3 Kód vzorového výkresu
FORMÁTY URENÉ PRO UKLÁDÁNÍ TLES – 3D
strana
23
2.2 SAT (Standard ACIS text) Formát, který vyuívají pedevším programy zaloené na jáde ACIS.
2.2.1 Popis jádra ACIS
Krátký popis jádra ACIS vlastnného spoleností Spatial: Jde o otevené jádro pro prostorové modelování zaloené na stabilním jazyce C++. Vyuívá hybridní konstrukce objemových tles pomocí drátného modelu, ploch i objemového modelování pomocí jednotné i vícenásobné topologie a bohaté sady geometrických operací. Jádro vyuívá v základu dva hlavní formáty: SAT – Standard ACIS text a SAB – Standard ACIS binary. Oba formáty dokáí uloit identické informace. SAT obsahuje klasické ASCII znaky, odsazování ádk a prázdné prostory pro pehlednost v klasickém textovém editoru. Oproti tomu formát SAB obsahuje isté informace pro tení v editoru velmi nepehledné, neformátované, prakticky neitelné. Absence formátování je u SABu vyváena menší velikostí v dsledku nišího potu znak pi stejném obsahu. [7]
2.2.2 Struktura uloeného souboru [7] Soubor SAT obsahuje:
- Header
- Entity Records
- Marker for begin history data (volitelný) - Old entity records needed for history and rollback
(volitelný) - Marker for end history data (volitelný) - End marker
První záznam v souboru SAT je Header (hlavika). Me vypadat napíklad takto: 700 0 1 0
30 Autodesk Inventor 10.0.0.21112 18 ASM 11.0.0.6620 NT
24 Sat Apr 05 18:26:07 2008
1 9.9999999999999995e-007 1e-010
Rozpis jednotlivých hodnot:
- 700 je oznaení verze, konkrétn jde o verzi 7.00, ili základní verze bez oprav i service pack.
- 0 vyjaduje celkový poet entit, které byly uloeny do tohoto souboru. Pokud je tato hodnota (jako v tomto pípad) nulová, pak je vyadováno oznaení konce souboru.
- íslice 1 uruje poet entit v pvodním seznamu, které byly uloeny do tohoto souboru.
- Poslední nula na ádku oznauje, zda je i není uloena historie. - 30 – oznauje délku etzce pro název produktu. - Autodesk Inventor 10.0.0.21112 - produkt, který vytvoil soubor. - 18 – oznaení délky etzce pro urení verze ACISu. - ASM 11.0.0.6620 NT – oznaení verze ACISu - 24 – Délka etzce pro urení data vytvoení souboru. - Sat Apr 05 18:26:07 2008 – samotné datum vytvoení.
2.2
2.2.1
2.2.2
strana
24
FORMÁTY URENÉ PRO UKLÁDÁNÍ TLES – 3D
- Hodnota 1 na tetím ádku znaí poet milimetr v kadé jednotce v souboru. (1 pro základní jednotku milimetry, jinak jde v podstat o konstantu pro pepoet, pokud je soubor v jiných jednotkách).
- 9.9999999999999995e-007 – Absolutní pesnost - 1e-010 – Normální pesnost
Za hlavikou následuje ást „entity records“, která íká, kde jsou uloeny parametry jednotlivých entit. Kadý záznam jednotlivé entity sestává z ísla v poadí (nemusí být obsaeno), identifikace konkrétní entity (úseka, bod...), dat konkrétní entity (souadnice, parametry...) a oznaení konce ádku symbolem „#“. Jedna entita je vdy uloena na jednom ádku, nezávisle na jeho délce. Vzorový ádek [7]: point $-1 -1 $-1 11.702010398323575 -1.4330356286282576e-015 30 #
Pokud není v hlavice definován celkový poet entit, koní soubor ádkem „End-of- ACIS-data“. Pokud je definován, tak poslední entitou. 2.2.3 íslo verze souboru SAT a vydání ACIS
ACIS je aktuáln vyvíjen spoleností Spatial. Ta se snaí udrovat aktuální íslo verze v ACISu stejn jako v souboru, který je vytváen. Toto íslo umouje vytváet soubor SAT, jen lze íst v pedchozích verzích ACISu. Od vydání verze 4.0 se struktura souboru SAT mní pouze pi významnjších vydáních. Pi njakých drobných zmnách programu zstává struktura stejná. Toto garantuje aplikacím postaveným na stejné hlavní verzi ACISu monost vymovat data beze starostí o verzi SATu. K poskytnutí tohoto je v souboru SAT zahrnut znak, který pesn udává hlavní verzi souboru. Verzí 7.0 poínaje se zaalo do SATu ukládat pesné oznaení verze i vydání vetn drobných pídavk. Take lze pesn rozpoznat verzi, ve které byl vytvoen, vetn oprav a service pack.
Tab. 7 Vydání [7] Vydání: Datum:
16.0 Leden 2006 17.0 Duben 2007 18.0 Listopad 2007
FORMÁTY URENÉ PRO UKLÁDÁNÍ TLES – 3D
strana
25
2.3. X_T (Parasolid transmit file format) [9] Výmnný formát obsaený nativn v modelovacím jádru Parasolid. 2.3.1. Popis jádra Parasolid
Parasolid je geometrické modelovací jádro pvodn vyvinuté spoleností ShapeData, nyní vlastnné Siemens PLM Software, dívjší UGS Group. Jádro me být koupeno jinými spolenostmi pro vyuití v jejich 3D grafických aplikacích. Podporuje drátové, plošné i objemové modely. [8]
Jádro nyní vyuívají programy jako MicroStation, Solidedge, Unigraphics, SolidWorks, MasterCAM, DesignSpace, MoldFlow a další. [8]
Sada produkt Parasolid je rozšíena mimo jiné i o nadstavby, které poskytují výmnu dat s CAD softwary tetích stran. Tyto nadstavby zahrnují i Parasolid Bodyshop. Tento specializovaný nástroj pro úspšné natení 3D výmnných dat umouje jejich opravu po importu. Další z nástroj je Parasolid Translator, co je produkt umoující konverzi mezi jinými hlavními formáty jako teba STEP, IGES, Catia V4, Catia V5, Pro/Engineer i ACIS(SAT). [9]
Parasolid dokáe íst a zapisovat do tí formát. Binární verze (X_B) existuje ve dvou variantách, a to Neutral Binary a Bare Binary (tato se nedoporuuje pouívat, protoe pi ukládání je u nutno znát program, který bude soubor naítat). V dalších odstavcích bude popsána textová verze (X_T). [9] 2.3.2. Klady a zápory textové verze vi binární V textovém formátu (Vtšinou ASCII) jsou všechna data zapsána v jednoduše itelné podob, co sebou nese výhodu vysoké kompatibility. Zárove je teba ovšem poítat s nevýhodami. Tím, e je soubor lehce itelný roste jeho velikost v porovnání s binární verzí, na co navazuje také delší doba tení a zápisu souboru. V extrémních pípadech me navíc nastat problém, e pi ukládání, i pi posunu ádek u vícebitových znak Parasolid odmítne soubor jako poškozený. [9] 2.3.3. Struktura uloeného souboru: [9]
- Hlavika s údaji o uivateli a stroji, na kterém byl soubor vytvoen. K této ásti se Parasolid neme dostat.
- Krátká ást, kde jsou údaje o modelái, uivateli (jednoduchý textový etzec) a schématu. Zde musí u textové verze být vdy stejná hodnota a to 1200000_12006. Tohle oznaení je v podstat verze jádra.
- Datová ást s neseazeným seznamem objekt v souboru. Tato ást je zakonena polokou terminator.
2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3
strana
26
2.3.4 Ukázka souboru s popisem nkterých ádk: [9] **ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz********
***
*
**PARASOLID !"#$%&'()*+,-
./:;<=>?@[\]^_`{|}~0123456789************
**PART1;
MC=osf65; - poíta, který soubor vytváel MC_MODEL=alpha; - model poítae MC_ID=sdlosf6; - unikátní oznaení poítae OS=OSF1; - název operaního systému OS_RELEASE=V4.0; - verze OS FRU=sdl_parasolid_test_osf64;
APPL=unknown; - Aplikace vyuívající Parasolidu SITE=sdl-cambridge. - místo, kde aplikace bí k.;
USER=davidj; - login uivatele FORMAT=text; - formát (text/binární) GUISE=transmit;
DATE=29-mar-2008; - datum vytvoení **PART2;
SCH=SCH_1200000_12006; - schéma USFLD_SIZE=0;
**PART3;
**END_OF_HEADER***********************************************
SCH_1200000_120060
12 1 12 0 2 0 0 0 0 1e3 1e-8 0 0 0 1 0 3 1 3 4 body 70 2 0 1 0 0 4 1 20 8 8 8 1 T list 13 3 3 0 1 0 9 0 0 6 9 shell 50 4 11 0 9 0 0 0 +0 0 0 0 0 1 1 0 0 plane 31 5 10 0 7 0 0 0 +0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 circle 19 6 5 0 1 0 0 3 V region 16 7 6 0 ?10 0 0 5 0 0 1 edge 17 10 0 11 10 10 0 12 7 0 0 + fin 15 11 7 0 10 9 0 loop 17 12 0 0 0 0 0 10 7 0 0 - fin (dummy) 14 9 2 13 ?0 0 11 3 4 +0 0 0 0 3 face 81 1 13 12 14 9 0 0 0 0 15 attribute (variable 1) 80 1 14 0 16 8001 0 0 0 0 3 5 0 0 FFFFTFTFFFFFF2 attrib_def (variable 1) 83 3 15 1 2 3 real_values (variable 3) 79 15 16 SDL/TYSA_COLOUR att_def_id (variable 15) 74 20 8 1 0 13 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 pointer_ lis_block 1 0
terminator
strana
27
2.4 STL (Stereolithography) [10] STL je formát primárn urený pro oblast Rapid prototypingu a CAM
systémy. Z tchto oblastí se rozvinul a nyní jeho export podporuje vtšina CAD systém, nkteré z CAM systém jej vyadují jako výchozí formát pro další pouití k tvorb NC kódu. Formát popisuje pouze 3D tleso bez jakýchkoliv dodatených atribut, jako jsou barvy, textury i ostatní pro CAD bné vlastnosti. Formát skládá kadé tleso v nm uloené pomocí triangulace, to znamená, e kadá plocha na jakémkoliv tlese je nahrazena koneným mnostvím trojúhelník. [10]
Formát existuje ve dvou verzích: ACSII a binární. Díky kompaktnosti binární verze je tato více rozšíená. Binární STL má hlaviku obsahující 80 znak, za ní následuje 4-bitové neoznaené íslo, je reprezentuje poet fazetek (trojúhelník) pouitých v souboru pro urení tlesa. Dále popisuje polohu kadého trojúhelníku a po záznamu posledního trojúhelníku soubor koní. [10] Kadý trojúhelník je popsán pomocí dvanácti ísel s plovoucí desetinnou árkou. Ti pro normálu, která uruje, na které stran trojúhelníku se má nacházet objem, a dalších devt je pro urení tí krajních bod trojúhelníku v prostoru. [10] Objekt popsaný ve formátu STL musí leet v kladném oktantu, tedy všechny jeho souadnice musí být vtší jak nula. Formát STL neukládá ádné informace o mítku. Lze pouívat libovolné jednotky. [10] Doporuuje se, aby program ukládal trojúhelníky seazeny podle hodnoty souadnice osy Z. To kvli optimalizaci výkonu programu, který provádí „ezání“ na vrstvy pro poteby stereolitografie.
Obr.4 Objekt v STL souboru (Vlevo model ásti loiska z prostedí programu Autodesk Inventor, vpravo ten samý model exportovaný do souboru STL. Lze vidt, e všechny plochy vetn zaoblených jsou nahrazeny trojúhelníkovou sítí.) 2.4.1 Popis formátu STL [10]
Zaízení pro stereolitografii jsou ve své podstat 3D tiskárny, které skládají jakýkoliv objemový objekt z série rovnobných ez definujících jeho tvar. V koneném dsledku potebují pro tuto konstrukci sadu uzavených 2D kivek, které budou poskládány do rovnobných rovin s konstantní rozteí.
2.4
2.4.1
strana
28
FORMÁTY URENÉ PRO UKLÁDÁNÍ TLES – 3D
Z tohoto lze usuzovat, e nativní formát pro zmínnou technologii by ml mít ve struktue sérii uzavených polygon, kadý na jiné hladin z osy. Avšak kadý stroj pro stereolitografii me mít jinou tloušku ezu. Je tedy výrazn jednodušší utvoit model ve form mnohostnu, který je podle poteby „naezán“ na potebný poet vodorovných ez pímo samotným strojem. STL soubor by ml být jen kombinací rzných ploch, tudí vdy uzavené tleso, kde se ádné ze dvou trojúhelník neprotínají, ale pouze se stýkají, a to vdy celou jednou hranou. Bohuel skladba souboru nco takového nevyluuje, co znamená, e k popsané situaci me dojít, a tudí by se ml soubor pouívat pouze pro aplikace, ve kterých to nevadí. Pro stereolitografii riziko nespojitosti plochy píliš nevadí. Ve výsledku se pouze poaduje, aby kadý z ez byl uzavený rovinný polygon. A pokud tomu tak není, vtšina softwar je koncipovaná tak, aby drobné chyby upravila posunem koncového bodu a uzavela kivku. Výsledek není pedvídatelný, ale dostauje poadavkm. Zdá se, jako by se na tomto formátu, který je pouhým seznamem trojúhelník, dalo hodn zlepšovat. Spousta souadnic je zbytená. Kdy vezmeme v potaz, e kadý trojúhelník se má ve vrcholu setkat s minimáln dvma dalšími, je zejmé, e minimáln kadé dva body ze tí jsou zbytené. Prost se opakují. Nicmén opak je pravdou. Protoe optovná generace 2D ez probíhá na poítaích s minimem operaní pamti a pomrn jednoduchým softwarem, je jednoduchost prioritní. Tím, e zvtšíme velikost souboru, získáme jeho jednoduchost a poíta ve stereolitografickém stroji nemusí sloit konstruovat tleso, prost si pouze nakreslí do kartézského systému body z tabulky a ty pospojuje hranami, z kterých vzniknou plochy a následn objem.
2.4.2 Normála fazetky (facet normal)
Tento údaj lze nalézt jak v ASCII, tak i v binární verzi formátu STL. Normála fazetky je vektor smující kolmo od tlesa. Ve vtšin softwar je implicitn nastaven na (0,0,0) a program si ho sám automaticky dopoítá podle tí bod trojúhelníku a pravidla pravé ruky. Nkteré programy srovnávají vektor zadaný v souboru s tím, který si vypoítají jako v pedchozím pípad, a pokud se neshodují, varují uivatele, ostatní toto kompletn ignorují. ili z hlediska úplné kompatibility by ml program generující soubor umoovat zápis tohoto vektoru. [10] 2.4.3 Pravidlo pravé ruky
Pravidlo pravé ruky je úzce spojeno s orientací fazetky. Udává smr rekonstrukce i tvorby trojúhelníku. Pokud se na trojúhelník díváme z venku tlesa, musejí být jeho ti body zapsané v souboru v poadí proti smru hodinových ruiek. Toto pravidlo je blíe popsáno na obrázku 5. Body jsou konstruovány v poadí dle íslování, jak je uvedeno v obrázku. [10]
FORMÁTY URENÉ PRO UKLÁDÁNÍ TLES – 3D
strana
29
Obr.5 Vysvtlení pravidla pravé ruky.
2.4.4 Pravidlo „Vrchol k vrcholu“
Další pravidlo dopomáhající ke konstrukci trojúhelníku a zabraující problémm je pravidlo „vrchol k vrcholu“ (Vertex to vertex rule). Kadý trojúhelník musí sdílet minimáln své dva vrcholy s piléhajícími trojúhelníky. Jinými slovy, vrchol jednoho trojúhelníku nesmí leet na stran jiného.
Tyto ti pravidla (Normála fazetky, pravidlo pravé ruky a vrchol k vrcholu) tvoí soubor, podle kterého se ídí software, který provádí konstrukci, piem potebné jsou pouze dv z nich, tetí je vdy kontrolní a program srovnává napíklad zapsanou kolmici fazetky vi tlesu, které zkonstruoval pomocí pravidla pravé ruky. Pokud nedojde ke shod, vypíše varování. Obrázek 5 demonstruje porušení tohoto pravidla.
Obr.6 Pravidlo vrchol k vrcholu (vlevo špatn) Pevzato z [10] 2.4.5 Struktura formátu STL (ASCII verze): solid ascii
facet normal -1.000000e+000 4.030324e-033 4.104477e-017
outer loop
vertex 2.385245e-017 3.540000e+001 4.299938e+000
endloop
endfacet
outer loop
vertex 0.000000e+000 3.452260e+001 3.718805e+000
vertex 0.000000e+000 3.358336e+001 3.244067e+000
vertex 0.000000e+000 2.547740e+001 3.718805e+000
endloop
endfacet
Endsolid
V zobrazeném kódu lze zeteln vidt popis prvních dvou trojúhelník. Kolmice fazetky – Facet normal [x,y,z], a dále souadnice tí bod tvoících trojúhelník. Tento zápis se opakuje a do oznaení konce tlesa ádkem Endsolid. 2.4.6 Struktura formátu STL (Binární verze) [13]: Poet vyuitých bit: Typ dat: Popis:
80 ASCII Hlavika (bez významu pro data) 4 celé íslo Poet fazetek v souboru 4 plov. des. árka {i} pro normálu fazetky 4 plov. des. árka {j} pro normálu fazetky 4 plov. des. árka {k} pro normálu fazetky 4 plov. des. árka {x} pro 1. vrchol 4 plov. des. árka {y} pro 1. vrchol 4 plov. des. árka {z} pro 1. vrchol 4 plov. des. árka {x} pro 2. vrchol 4 plov. des. árka {y} pro 2. vrchol 4 plov. des. árka {z} pro 3. vrchol 4 plov. des. árka {x} pro 3. vrchol 4 plov. des. árka {y} pro 3. vrchol 4 plov. des. árka {z} pro 3. vrchol 2 celé íslo souet bit
ást se souadnicemi vrchol a normálového vektoru se opakuje n-krát (n je poet fazetek v souboru – íslo na zaátku souboru) 2.4 STEP (Standard for the exchange of product model data) [11]
Formát známý pod oficiálním oznaením jako Industrial automation system and integration – Product data representation and exchange [11], STEP je v podstat pezdívkové oznaení, které se však ujalo více ne oficiální. 2.5.1 Dlení podskupin STEPu [11]
Formát je natolik rozsáhlý a pokrývající tolik rzných odvtví, e musel být vytvoen systém pro jeho rozlenní. Je rozdlen do mnoha ástí náleících do tchto hlavních skupin:
- Environment - Parts 1x: Description methods: EXPRESS, EXPRESS-X
FORMÁTY URENÉ PRO UKLÁDÁNÍ TLES – 3D
strana
31
- Parts 2x: Implementation methods: STEP-File, STEP-XML, SDAI - Parts 3x: Conformance testing methodology and framework
- Integrated data models - The Integrated Resources (IR), consisting of
- Parts 4x and 5x: Integrated generic resources - Parts 1xx: Integrated application resources - PLIB ISO 13584-20 Parts library: Logical model of
expressions - Parts 5xx: Application Integrated Constructs (AIC) - Parts 1xxx: Application Modules (AM)
- Top parts - Parts 2xx: Application Protocols (AP) - Parts 3xx: Abstract Test Suites (ATS) for APs - Parts 4xx: Implementation modules for APs
Pehled STEP aplikaních protokol (AP) rozdlených do tí hlavních skupin, pevzato z [11]: Design APs:
- Mechanical: - Part 201 - Explicit draughting. Simple 2D drawing geometry related to
a product. No association, no assembly hierarchy. - Part 203: Configuration controlled 3D designs of mechanical parts
and assemblies. - Part 204 - Mechanical design using boundary representation - Part 207 - Sheet metal die planning and design - Part 209 - Composite and metallic structural analysis and related
design - Part 214 - Core data for automotive mechanical design processes - Part 235 - Materials information for the design and verification of
products - Part 236 - Furniture product data and project data
- Building - Part 202 - Associative draughting. 2D/3D drawing with association,
but no product structure. - Part 225 - Building elements using explicit shape representation
- Connectivity oriented electric, electronic and piping/ventilation: - Part 210 - Electronic assembly, interconnect and packaging design.
The most complex and sohisticated STEP AP. - Part 212 - Electrotechnical design and installation. - Part 227 - Plant spatial configuration
- Ship: - Part 215 - Ship arrangement - Part 216 - Ship moulded forms - Part 218 - Ship structures
- Others: - Part 232 - Technical data packaging core information and exchange - Part 233 - Systems engineering data representation - Part 237 - Fluid dynamics
strana
32
Manufacturing APs: - Part 219 - Dimensional inspection information exchange - Part 223 - Exchange of design and manufacturing product information
for cast parts, currently on CD level - Part 224 - Mechanical product definition for process plans using
machining features - Part 238 - Application interpreted model for computer numeric
controllers - Part 240 - Process plans for machined products
Life cycle support APs: - Part 221 - Functional data and their schematic representation for
process plant - Part 239 - Product life cycle support
2.5.2 Historie Vývoj formátu by se dal rozdlit do tí hlavních skupin. Jeho vývoj zaal v roce 1984 jako plánovaného nástupce pro IGES, SET a VDA-FS. V roce 1994/95 ISO vydala první verzi STEPu jako mezinárodní standard s ástmi 1,11,21,31,41,42,43,44,46,101,AP203. I dnes je ješt konfigurace AP203 jedna z nejdleitjších ástí STEPu a je podporována mnoha systémy [11]. V druhé fázi se STEP výrazn rozšíil hlavn do oblastí vesmírného, automobilového, elektrikáského, elektronického a dalších odvtví. Tato fáze byla ukonena v roce 2002 vydáním druhé hlavní verze STEPu zahrnující ásti AP202, 209 AP210, AP212, AP214, AP224, AP225, AP227, AP232. Základní sladní mezi tmito AP ástmi bylo dosaeno pedstavením Application Interpreted Construct (AIC) [11]. Hlavní problém STEP 1. a 2. generace byl jejich pílišný objem. Mly zbyten moc pesahujících informací ohledn ostatních odvtví a navíc nebyly dostaten sladny. Tento deficit vedl k vývoji STEP modular architecture [11]. Tato modulární architektura zavedla rzné stupn specializovanosti STEPu. Dle poteby je mono pouít formát, který zahrnuje více i mén odvtví, dle poteby (více viz seznam AP). 2.6. VRML (Virtual reality modeling language) [12]
Ped rokem 1995 také znám pod oznaením Virtual reality markup language. VRML je formát pro ukládání 3D vektorové grafiky, vytvoen z velké ásti kvli vyuití pro WWW [12]. 2.6.1 popis formátu VRML
VRML je textový formát, kde jsou vrcholy a hrany 3D polygon ukládány spolu s barvou povrchu, UV mapovanými texturami, osvtlením, prhledností a dalšími podobnými vlastnostmi. Nabízí monost asociovat odkaz na uritou grafickou komponentu tak, e pi pouití na webu je pi kliknutí napíklad na hranu i plochu objektu mono pejít na jinou stránku. Také lze vyuít dalších moností, jako je animace, zvuky, osvtlení, vše interaktivní vi uivateli. [12]
FORMÁTY URENÉ PRO UKLÁDÁNÍ TLES – 3D
strana
33
Web3D konsorcium, díve známé jako VRML konzorcium, je dnes nezisková organizace financovaná leny, jejím úelem je definovat a vyvinout X3D otevený normalizovaný formát bez licenních poplatk k ukládání 3D scén a tles. Tato organizace je také zodpovdná za vydání formátu VRML. X3D by se ml stát v dohledné dob jeho nástupcem. Formát VRML je také pijat jako mezinárodní norma ISO (konkrétn ISO/IEC 14772-1:1997 – pro VRML97, VMRL2 nebo VRML 2.0 – jedná se o jednu verzi pod rznými oznaeními). [12] První verze VRML byla vydána v listopadu roku 1994. Tato verze byla odvozená a velmi pipomínala formát API, tj. formát pvodn vyvinutý spoleností Silicon Graphics. Nynjší funkní a aktuální je verze VRML97, která je ale dnes vytlaován formátem X3D. [12] VRML vytvoil Dave Raggett v roce 1994. [12] 2.6.2 Struktura formátu VRML
VRML vyuívá textového popisu scény pomocí kódování ACSII pro verzi 1.0. U dalších verzí je mono vyuít i podpory UTF-8. Soubor zaíná znakem # co je obecn ve struktue oznaení poznámky (ásti, kterou software bude ignorovat). U prvního ádku ovšem tento znak znaí zaátek hlaviky. Hned po znaku # následuje verze formátu a zpsob kódování. Formát je zaloen na stromové struktue. Stromová struktura je zobrazena pomocí uzl. Ty lze najít ve struktue zapsány jako „jméno_uzlu {vnitní obsah}”. [17]
Obr.7 Píklad struktury formátu VRML. Pevzato z [17].
2.6.1
strana
34
FORMÁTY URENÉ PRO UKLÁDÁNÍ TLES – 3D
2.6.3 Datové typy ve VRML Jakákoliv scéna uloená ve VRML me být popsána pomocí sady datových
typ podporovaných jazykem. Tato sada 16ti datových typ je platná pro formát VRML 1.0. Pozdji byli pidány nkteré další typy. [17]
Obr.8 Seznam datových typ ve VRML 1.0. Pevzato z [17]
2.6.4 Typy uzl ve VRML [17] Ve VRML lze nalézt 36 rzných typ uzl. Ty lze rozdlit pehledn do 7 skupin:
1) Pro popis geometrie objektu (ASCII text, Cone, Cube, Cylinder, IndexedFaceSet, IndexedLineSet, PointSet, Sphere)
2) Vlastnosti objekt a textur (Coordinate3, FontStyle, Info, LOD, Material, MaterialBinding, Normal, Normalbinding, Texture2, Texture2Transform, TextureCoordinate2, ShapeHints)
3) Uzly popisující transformaci (MatrixTransform, Rotation, Scale, Transform, Translation)
4) Dva typy uzl pro vytváení kamer pro scény (OrtographicCamera, PerspectiveCamera)
5) Uzly urené pro definici svtelných zdroj (DirectionalLight, PointLight, SpotLight)
6) Pomocí uzl této skupiny se scéna hierarchizuje do stromové struktury (Group, Separator, Switch, TransformSeparator, WWWAnchor)
7) Jediný typ uzlu pro vytvoení hypertextových odkaz a cíl (WWWLine)
2.7 VDA-FS
FORMÁTY URENÉ PRO UKLÁDÁNÍ TLES – 3D
strana
35
VDA-FS je pvodem nmecký formát automobilového prmyslu penášející pouze popis libovolných prostorových ploch a jejich náleitostí. Veškeré ostatní vlastnosti jako rozmry, vrstvy, 2D geometrie a text jsou vynechány. Byl vytvoen Asociací nmeckých výrobc aut (VDA). Do této skupiny patí Volkswagen, Porche, BMW, Audi, Daimler-Benz, Technical Hochschule Darmstadt, Bosch a Opel. [16] VDA-FS 1.0 byl vdom omezen na penos základních prvk a udrení jednoduchého rozhraní, ím umonil svj penos do národních a mezinárodních norem. [16] Poprvé byl publikován 1. 5. 1984, normou DIN zaregistrován v ervnu roku 1986. IGES 1.0 byl v této oblasti nedostatený, protoe jeho polynomické kivky a popisy plochy povolovaly pouze kubické polynomy. Pestoe existuje vyuití pro polynomy tchto niších ád, CAD systémy asto povolovaly vyuití vyšších ád pro získání pesnjší aproximace. [16] 2.7.1 Struktura formátu VDA-FS
Koncept VDA-FS 1.0 je pomrn jednoduchý. Jednotky jsou vdy milimetry, orientace je v pravotoivém systému. Základem struktury je hlavika, která obsahuje kde, kdy, kým a jak byl soubor vytvoen. Za ní následuje samotná popisná ást, kde jsou entity popsány jedna po druhé. Formát VDA-FS me obsahovat dva druhy entit [16]: 1) Geometrické entity:
a) bod: souadnice bodu v kartézském systému (3D) b) sekvence bod: umouje penos kivek a polygon (pomocí
série bod, jimi jsou proloeny) c) sekvence vektor: pouívá se k penosu bod a jejich vektor pro úel íselné kontroly.
d) kivka: umouje popsat jakoukoliv ást polynomu bez ohledu na jeho chování, kterým byl pvodn definován
e) plocha: má stejný význam jako kivka krom informace v jedné ose navíc.
2) Jiné ne geometrické entity: a) hlavika: první záznam v souboru, obsahuje kdy, kde, kým a jak byl
soubor vytvoen a ostatní data slouící k identifikaci souboru b) komentá: me být obsaen kdekoliv v souboru c) set: umouje logickou kombinaci dat v souboru (pouze 1. úrove) d) trailer: poslední záznam v souboru s názvem jako v hlavice.
Veškeré parametry jsou tohoto typu [16]: name “=” command_word [ “/” (number | name) { “,”
(number | name) } ].
Command word – typ entity Number – me být jak celé tak i reálné íslo Name – je pointer na jinou entitu
2.7.1
strana
36
Obr.9 Píklad vzhledu souboru VDA-FS. Pevzato z [16].
ZÁVR
strana
37
3 ZÁVR Práce se zabývá oblastí výmny dat mezi rznými CAD systémy. Pro poteby výmny lze vyuít výmnných formát. Tato práce prezentuje nejvýznamnjší z nich a to formáty DWG, DXF, IGES, STEP, STL, SAT, X_T, VRML a VDA-FS.
Pokud je poteba ukládat výkresová data (2D), máme na výbr v podstat ze dvou formát: DWG a DXF. DXF má výhodu v úplné penositelnosti. Lze jej otevít a uloit prakticky ve všech CAD systémech. Na druhou stranu DWG je výrazn menší, co se týe velikosti souboru, a je schopen penést i sloitjší entity ne DXF. DXF navíc nepenáší negeometrické údaje o souástech. Nutno ješt pipomenout, e formát DWG je uzavený a není oficiáln urený pro výmnu dat, ale je nativním formátem firmy AutoDesk. Pro prohlíení obou lze na internetu najít freewarové prohlíee, nap. Free DWG viewer spolenosti Informative Graphics [19].
V oblasti sdílení 3D digitálních dat je nabídka formát bohatší. Dnes je zejm stále ješt nejpouívanjší formát IGES. Ten je kompatibilní s širokou paletou program, bohuel má ale výrazná omezení. IGES neumí penést tleso jako takové, pi ukládání dojde ke konverzi objemového tlesa pouze na povrch sloený z ploch. V nkterých pípadech se me navíc ztratit návaznost tchto ploch, jinými slovy me dojít ke ztrát spojitosti. Navíc dojde ke ztrát vnitní logiky. Z tchto dvod je natené tleso asto nutno dále upravovat. Vývoj tohoto formátu je u ukonen a jeho roli pebírá formát STEP. Formát STEP jako takový je velmi rozsáhlý a lze ho vyuít nejen pro ukládání tles, ale i výkres. Lze jej uplatnit v celém ivotním cyklu výrobku. Dokáe penášet znané mnoství rzných dat, jako jsou materiály, tolerance, kusovníky atd. Vi svému pedchdci má výhodu také v tom, e ukládá tleso jako objemový model (nedojde k substituci pomocí ploch). Nicmén ani STEP nedokáe zachovat vnitní strukturu jako vazby, návaznost tles atd. Tento formát je zahrnut v norm ISO 10303 a celkov je snahou prosadit jej jako dominantní formát pro jakoukoliv výmnu dat v oblasti CAD.
Pokud je teba pouít navrhnuté tleso k technologii rapid prototyping i v CAM oblasti, je vhodný kandidát formát STL. Ten byl vyvinut pímo pro tento úel. Problémem me být skutenost, e hodn CAD program nedokáe otevírat formát STL. Pro náhled STL souboru lze vyuít freewarový program MYRIAD 3D Reader spolenosti Informative Graphics [18]. Ten dokáe krom STL soubor naítat i soubory VRML. Formát SAT je uren pro pouití mezi systémy zaloenými na jáde ACIS. I u nho dojde pi ukládání ke ztrát vnitní logiky a historie. Jeho následná úprava je moná pouze tvorbou dalších tles i oezáním stávajících. Díky ukládání tles pomocí hraniních model se ale zkrátí doba zobrazení a zmenší se jeho velikost.
Formát VDA-FS pouívá pro pevod dat 3D ploch a vyuívá se dnes zídka. VRML najde uplatnní, pokud se vyaduje s modelem uloit i interaktivní prvky. 3.1 Vymezení trend budoucího vývoje Dnes se vyuívá ukládání 3D popisných dat pomocí objemových dat a ploch i pomocí polygonálních sítí. Spolenosti vyvíjející CAD systémy se snaí do svých softwar implementovat interface, který by umonil obojí, stejn jako naítání STL formátu. Navíc se tito výrobci snaí o ástenou eliminaci poteby výmnných formát tím, e si vzájemn poskytují a zdarma i za nemalé finanní obnosy uzavené formáty nativní pro konkrétní konkurenní programy.
3
strana
38
SEZNAM POUITÝCH ZDROJ
4 SEZNAM POUITÝCH ZDROJ Elektronické zdroje: [1] DWG [online]. 2005, poslední revize 26.3.2008 [cit. 4.4.2008]. URL:
<http://cs.wikipedia.org/wiki/Dwg>. [2] Open Design Alliance [online]. 2008, [cit. 4.4.2008]. URL:
<http://www.opendwg.org/>. [3] DXF [online]. 2005, poslední revize 16.2.2008 [cit. 4.4.2008]. URL:
<http://cs.wikipedia.org/wiki/DXF>. [4] DXF Reference [online]. 2008, [cit. 4.4.2008]. URL:
<http://usa.autodesk.com/adsk/servlet/item?siteID=123112&id=8446698>. [5] IGES [online]. 2008, poslední revize 5.1.2008 [cit. 4.4.2008]. URL:
<http://en.wikipedia.org/wiki/IGES >. [6] Initial Graphics Exchange Specification IGES 5.3 [online]. 2008, [cit.
4.4.2008]. URL: <http://en.wikipedia.org/wiki/IGES >. [7] SAT [online]. 2008, poslední revize 20.2.2008 [cit. 5.4.2008]. URL:
<http://en.wikipedia.org/wiki/ACIS>. [8] Parasolid [online]. 2009, poslední revize 13.3.2009 [cit. 28.3.2009]. URL:
<http://en.wikipedia.org/wiki/Parasolid>. [9] Parasolid XT Format Reference October 2006 [online]. 2009, [cit.
28.3.2009]. URL: < http://www.jtopen.com/docs/xt_format_Oct06.pdf>. [10] STL (FILE FORMAT) [online]. 2008, [cit. 5.4.2008]. URL:
<http://en.wikipedia.org/wiki/STL_%28file_format%29>. [11] ISO 10303 [online]. 2008, poslední revize 28.2.2008 [cit. 5.4.2008]. URL:
<http://en.wikipedia.org/wiki/Standard_for_the_Exchange_of_Product_mode l_data>.
[12] VRML [online]. 2008, poslední revize 8.4.2008 [cit. 5.4.2008]. URL:
<http://en.wikipedia.org/wiki/Vrml>. [13] The STL format [online]. 1999, [cit. 19.4.2008]. URL:
<http://www.ennex.com/~fabbers/StL.asp>. [14] Pojem VDA-FS [online]. 2008, [cit. 19.4.2008]. URL:
<http://www.cadforum.sk/cadforum/slovnik.asp?trm=VDA-FS>.
[15] VDAFS Format [online]. 2004, [cit. 20.4.2008]. URL: <http://www.alias.com/eng/support/studiotools/documentation/DataTransfer/ appendix5.html>.
[17] VRML: jazyk pro popis virtuální reality [online]. 2008, Poslední revize
8.11.2007 [cit. 20.4.2008]. URL: <http://www.root.cz/clanky/vrml-jazyk-pro- popis-virtualni-reality/>.
[18] Desktop and web based collaboration software [online]. 2008, [cit. 8.5.2008].
URL: < http://www.infograph.com/products.htm>. [19] MYRIAD 3D Reader [online]. 2008, [cit. 8.5.2008]. URL:
<http://www.myriadviewer.com/myriadreader.htm >. Tištné publikace: [16] BLOOR, M. Susan – OWEN, Jon. Product Data Exchange, 1995, ISBN 1-
85728-279-5, s. 51-53.
strana
40
5 SEZNAM OBRÁZK Obr. 1 Znázornní vývoje jednotlivých projekt 14 Obr. 2 Vzorový výkres 22 Obr. 3 Kód vzorového výkresu 22 Obr. 4 Objekt v STL souboru 27 Obr. 5 Vysvtlení pravidla pravé ruky 29 Obr. 6 Pravidlo vrchol k vrcholu 29 Obr. 7 Píklad struktury formátu VRML 33 Obr. 8 Seznam datových typ ve VRML 34 Obr. 9 Píklad vzhledu souboru VDA-FS 36
strana
41
SEZNAM TABULEK
6 SEZNAM TABULEK Tab. 1 Verze formátu 16 Tab. 2 Popis ádk a sloupc 20 Tab. 3 Popis 73. sloupce 20 Tab. 4 Popis struktury sekce directory entry 21 Tab. 5 Druh entity 21 Tab. 6 Barva entity 21 Tab. 7 Vydání 24
6