В параметрическом моделировании с деревом построения модель строится из конструктивных элементов, которые задаются своими размерами и геометрическими взаимосвязями. Такое создание 3d-модели вполне логично, но требует от разработчика тщательного планирования построения модели, так как незапланированные изменения модели на определенном этапе могут быть затруднены и могут потребовать серьезной перестройки модели, а кроме того и значительное время на пересчет модели. Ведь для изменения элемента, находящегося в начале дерева необходимо откатить модель к этому элементу, изменить его и перестроить модель заново, а если модель довольно большая и сложная, то это становится достаточно трудоемким процессом. А в случае удаления такого элемента, будут удалены и связанные с ним последующие элементы, модель может быть испорчена окончательно.
На сегодняшний день с развитием аутсорсинга, совместных разработок из разных САПР вопрос возможности работы с импортированными моделями становится все более острее.
Прямое моделирование не использует конструктивные элементы, а заключается в манипулировании ее граничными элементами. Основными операциями прямого моделирования являются операции вытягивания для добавления или вычитания материала, а также операции перемещения граней, ребер, вершин с сохранением связности смежных элементов.
Прямое моделирование работает быстро и гибко, пересчет модели происходит локально и не требует предварительного планирования модели. С помощью прямого моделирования можно быстро перестроить модель, не разбираясь в дереве модели, особенно если оно очень большое и сложное, это потребовало бы много времени. Также можно работать с импортированными моделями, дерево которых уже утрачено и быстро получить необходимый результат. Операции выдавливания/вырезания также отражены в дереве и связаны между собой.
Конечно существует прямое моделирование и без истории, и с историей построения модели. Так как системы, основанные на истории, всегда будут ограничены, то интерес представляет именно прямое моделирование без истории. Хотя стоит отметить, что под «одной крышей» могут уживаться прямое моделирование как без истории, так и с историей.
Прямое моделирование стало новым этапом развития, но и у него имеются свои недостатки, а именно отсутствие параметризации.
Очевидным стало нахождение решения, в котором можно применять оба этих метода. Когда есть четкость конструкции модели, то можно применять параметрический метод с историей, когда необходим «полет мысли» и опробование разных концепций модели — необходимо прямое моделирование.
Вариационное прямое моделирование (ВПМ) — это комбинация лучшего из двух миров: параметрическиого моделирования на основе истории и «чистого» прямого моделирования.
Существует два подхода к моделированию конструктивных элементов это процедурный и декларативный. В рамках декларативного подхода каждый конструктивный элемент задается путем пространственных отношений между граничными сущностями, которые определяют его геометрическую форму. Например, боковые поверхности параллелограмма перпендикулярны его основанию. Такие пространственные соотношения называются геометрическими ограничениями. Чтобы в процессе прямого редактирования эти ограничения оставались в силе, требуется динамически разрешать систему одновременных ограничений. Так, например, если потянуть за вершину параллелограмма, то грань может стать уже не перпендикулярна основанию, и нарушится основной замысел модели, необходимо динамически разрешать все ограничения и изменять модель в соответствии с ними.
Геометрическая модель с ограничениями называется вариационной. Понятие вариационный идет в противовес термину параметрический. А для динамического разрешения ограничений используются вариационные геометрические решатели. Одними из первых таких продуктов стали решатели 2D/3D DCM, разработанные компанией D-Cubed (сейчас часть Siemens PLM Software) в конце 1980-х гг.
ВПМ также предназначено для работы с импортированной моделью без истории построения. Такие ограничения перпендикулярности, параллельности, симметричности система может распознавать автоматически, и не требуется задания всех ограничений пользователем.
Первой технологией объединяющей возможности параметрического моделирования на основе конструктивных элементов со средствами прямого редактирования элементов геометрической формы была синхронная технология, разработанная компанией Siemens PLM Software в 2008 г.
Синхронная технология отчасти возможна благодаря использованию вариационного подхода к проектированию изделия. Она основана на возможностях ядра геометрического моделирования Parasolid и вариационного геометрического решателя DCM.
Синхронное моделирование является дальнейшим развитием технологии прямого моделирования. Здесь история модели ведется, но созданные элементы никак не зависят друг от друга. Она позволяет вносить изменения модели независимо от истории. Управляющие 3D-размеры проставляются прямо на 3d-модель в любой момент.
Синхронное моделирование представлено набором инструментов, позволяющих изменять модель путем выбора и изменения граней, ребер или вершин, при этом не обязательно знать, как была создана модель.
В чем же разница между прямым моделированием и синхронным моделированием? Последняя технология синхронно, в тот же момент, стоит только выбрать геометрию, которую необходимо изменить, распознает сам элемент и его окружение и создаст нужные ограничения. В прямом же моделировании система может распознать только элемент и не видит окружающую геометрию.
Таким образом, основным преимуществом синхронной технологии является максимальная скорость и простота изменения моделей независимо от наличия истории.
