Как уже говорилось в предыдущем пункте, основной проблемой при создании системы моделирования механизмов является проектирование программного инструментария для конструирования и редактирования механизмов. Поэтому, в первую очередь, определим требования, связанные c основной функциональностью программы – редактированием механизмов. В связи с этим, программа должна выполнять следующие функции:

• Визуальное отображение 3-х мерного аналога структурной схемы механизма. Это требование подразумевает наличие средств рисования пространственной схемы механизма в нескольких проекциях с использованием возможностей 3D-графики. Изображение схемы механизма должно в реальном масштабе времени отображать изменение всех параметров механизма и его структуры;
• Визуальное представление структуры пространственного механизма в виде дерева. Корневым узлом дерева является сам механизм, его дочерними узлами - группы кинематических пар. В свою очередь каждая пара включает, в качестве подузлов, те звенья, которые к ней присоединены. Таким образом, пользователь сможет наглядно представить полную структуру механизма;
• Редактирование параметров любых объектов механизма и их настройка. В этом требовании имеется в виду необходимость наличия инструмента выбора любого объекта механизма, отображения его параметров и изменения любого доступного параметра. Редактирование параметров механизма должно сопровождаться адекватным изменением его визуального представления;
• Последовательная сборка механизма из предоставляемых типов звеньев и элементов кинематических пар. Здесь имеется в виду, что программа должна предоставлять пользователю средства интерактивной сборки механизма, посредством выбора структурных объектов механизма и присоединения их к имеющемуся механизму. Присоединение структурных объектов к механизму должно допускать только корректную сборку механизма, без нарушения правил его внутреннего строения;
• Возможности сохранения и загрузки модели построенного механизма. Программа должна позволять сохранять созданные механизмы в специальном файле, а так же загружать их из файлов совместимого формата.

      Это требования к основным функциональным возможностям программы. Для того чтобы более конкретно разобраться с требованиями, рассмотрим каждое из них более подробно в отдельности.

      Для визуального отображения 3-х мерного аналога структурной схемы механизма необходимо решить следующие задачи:

• Разработка геометрических (полигональных) моделей структурных объектов механизма, которые будут являться заменой соответствующим плоским обозначениям объектов структуры механизма (см. таблица 1);
• Проектирование структур данных геометрических объектов сцены, обеспечивающих выполнение рендеринга объектов, основных операций над ними и настройки визуального представления;
• Построение подсистемы видов, отображающих проекции пространственного механизма, с использованием средств 3D-графики, выполняющих операции пользователя над объектами и обеспечивающих индивидуальную настройку каждого вида;
• Обеспечение возможности настройки визуальных параметров отображаемых геометрических объектов, таких как цвета и некоторые геометрические размеры.

      Кроме визуального геометрического представления механизма, программа должна отображать его структуру в виде дерева (как минимум с пятью уровнями вложенности), содержащего различные типы узлов:

0. узел механизма – корневой узел;
1. узлы группы кинематических пар – дочерние узлы механизма;
2. узлы кинематических пар – являются дочерними по отношению к узлам групп;
3. узлы звеньев – дочерние по отношению к узлам присоединённых пар;
4. узлы подзвеньев – дочерние по отношению к звеньям, которые они составляют;
5. узлы геометрических точек – дочерние по отношению к содержащим их подзвеньям;

      Для дерева структуры механизма должны существовать средства его редактирования, выполняющие следующие основные операции:

• Выбор узла дерева с автоматическим выделением этого объекта на видах структурной схемы и отображением параметров этого объекта;
• Полный обход дерева – перемещение “вниз” или “вверх” по узлам дерева;
• Удаление произвольного узла дерева с сохранением корректности структуры механизма;
• Создание групп кинематических пар механизма;
• Выбор текущей для редактирования группы механизма (той группы, в которую будут добавляться по умолчанию все создаваемые пары);
• Перемещение кинематических пар из одной группы в другую;

      Программа должна иметь список всех объектов с редактируемыми параметрами и компонент выбора активного в редакторе параметров объекта. Функциональный компонент программы для отображения и редактирования свойств объектов должен иметь возможности отображения и изменения параметров следующих типов:

• Строковые;
• Целочисленные;
• Вещественные числовые;
• Логические (True/False);
• Перечисления;
• Цветовые;
• Поля объектов внутренних классов системы;

      Для сборки модели механизма, пользователю должны предоставляться следующие структурные объекты:

• Звенья следующих типов:
  • Крепление – представляет закреплённое звено стойки;
  • Линейное звено (ломаная) – звено, состоящее из линейных цилиндров, соединяющих узловые точки звена;
  • Контурное звено – частный случай линейного звена, но с соединением начальной и конечной точек;
  • Ползунок – звено ползунка, входящее в поступательную или цилиндрическую кинематическую пару;
• Элементы следующих кинематических пар:
  • Вращательная;
  • Сферическая;
  • Поступательная;
  • Цилиндрическая;

      Перед созданием звена, должна обязательно осуществляться привязка к уже существующей кинематической паре. В свою очередь элемент какой либо пары должен присоединяться к одной из узловых точек заранее созданного звена. Для того, чтобы начать создание нового механизма необходимо разрешить создание звена крепления без присоединения к паре (поскольку в механизме может не существовать ни одной пары). Это можно реализовать, как создание звена крепления вместе со сферической или вращательной парой.

      Приведённый здесь список требований к программе нельзя считать полным или законченным, поскольку разработка этой программы предусматривает добавление к ней в дальнейшем возможностей расчета и клиент-серверных расширений.

Перейти к следующему разделу