Математическое моделирование кузова автомобиля как полиматериальной многокомпонентной структуры Текст научной статьи по специальности « Строительство и архитектура»

CC BY

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Вахрушев А. В., Зыков С. Н.

Представлены основы математического моделирования , выполняемого в рамках работ по проектированию конструкции автомобиля и его отдельных элементов. Описаны основные этапы комплексного многоступенчатого математического моделирования и решаемые при этом задачи.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Вахрушев А. В., Зыков С. Н.

Текст научной работы на тему «Математическое моделирование кузова автомобиля как полиматериальной многокомпонентной структуры»

цифровых электроприводов, а также измерительных устройств физических величин (ускорений и угловых скоростей) компенсационного типа [1,4].

1. Алитическое конструирование оптимальных регуляторов по критериям точности, быстродействию, энергосбережению / В.В. Сурков [и др.]. Тула: ТулГУ, 2005. 300 с.

2. Майоров С.А., Новиков Г.И. Принципы организации цифровых машин. Л.: Машиностроение, 1974. 386 с.

3. Изерман Р. Цифровые системы управления. М.: Мир, 1984. 360 с.

4. Устройство для измерения ускорений: пат. № 2189046 С1 Рос. Федерация; опубл. 10.09.2002. Бюл. № 25.

Mathematical model of transformation of an analog signal in duration in the electric drive The mathematical model of transformation of an analog signal in duration is de-scriebed. The obtained analytical associations can be used at development of numeral channels of an information handling in the electric drive and devices of compensatory type for measurement of physical sizes (accelerations and angular speeds).

Keywords: comparator, duration, aperture error, the digital code.

А.В. Вахрушев, д-р физ.-мат. наук, проф., зав. отделом,

(3412) 21-45-83, vakhrushev-a@yandex.ru,

С.Н. Зыков, канд. техн. наук, докторант,

(3412) 44-44-21, zikov.sergei@yandex.ru

(Россия, Ижевск, Институт прикладной механики УрО РАН)

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КУЗОВА АВТОМОБИЛЯ КАК ПОЛИМАТЕРИАЛЬНОЙ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ СТРУКТУРЫ

Представлены основы математического моделирования, выполняемого в рамках работ по проектированию конструкции автомобиля и его отдельных элементов. Описаны основные этапы комплексного многоступенчатого математического моделирования и решаемые при этом задачи.

Ключевые слова: математическое моделирование, конструкция кузова автомобиля, проектирование, полиматериальная многокомпонентная структура.

Кузов современного легкового автомобиля — сложное высокотехнологичное изделие многофункционального назначения. Процесс его проектирования является многоуровневой задачей нахождения приемлемого

решения при соблюдении множества критериев, обусловленных требованиями прочности и надежности, конструктивными особенностями, технологией изготовления, нормативными требованиями, стилистикой изделия и т.д. [10, 12]. Успешное решение указанной комплексной задачи, по мнению авторов, возможно только при использовании современных методов многоуровневого математического моделирования [2, 6, 11], опирающегося на формализованное физико-математическое описание решаемых задач, в гармоничном сочетании с методами эвристического проектирования [9]. Указанная проблема весьма актуальна в связи с усложнением конструкций автомобиля и все более широким использованием современных композиционных материалов, в том числе наноструктурных.

С физико-математической точки зрения автомобильный кузов можно рассмотреть как полиматериальную многокомпонентную структуру, каждый элемент которой несет на себе комбинированную функциональную нагрузку, обусловленную рядом проектных критериев и требований, и которая может иметь четкое математическое описание. Многоуровневое математическое моделирование компонентов в комплексе с методикой использования разработанных математических моделей в проектной деятельности ставят своей целью проводить всестороннюю и обоснованную оптимизацию конструкции кузова автомобиля.

Процесс оптимизации отдельных компонентов, как и всей конструкции кузова в целом, включает в себя решение набора взаимосвязанных формализованных и неформализованных задач (рис. 1), в зависимости от выбранных критериев оптимизации конструкции.

Группа формализованных задач

Акустика и вибрация

Группа неформализованных задач

Компоновка узлов и агрегатов

Оптимизация выбора материала изготовления деталей и узлов

Проектирование управляемой деформации смятия

Исследование применения в компонентах конструкции новых материалов и технолоп1й (включая нанотехнологии)

Новые стилистические, конструктивные и технологические решения

Рис. 1. Набор задач проектирования кузова

Формализованные задачи — задачи конструкторской и технологической проработки изделия на основе инженерных расчетов. В качестве начальных и граничных условий при расчетах принимают различного рода характеристики, базирующиеся на результатах решения неформализованных задач, на нормативных законодательных актах относительно проектируемого типа изделия, а также на технологических возможностях планируемого завода-изготовителя.

Неформализованные задачи — это, в первую очередь, поисковые задачи дизайна конструкции, проработки компоновочных решений, экстерьера, интерьера и т.д. Эти задачи являются составными частями процесса формирования дизайн-проекта как всего автомобиля (в качестве законченного изделия), так и его отдельных компонентов, каким является кузов. При решении неформализованных задач дизайнер-проектировщик опирается в основном на собственную квалификацию, эстетические требования к изделию и нормативные акты, которые возможно учитывать на этапе дизайн-проектирования.

Беря за основу при проектировании кузова необходимость совместного решения набора указанных выше неформализованных и формализованных задач, можно предложить следующую примерную блочную структуру многоуровневого математического моделирования процесса проектирования кузова (рис. 2). Состав блоков может варьироваться в зависимости от изменения набора формализованных и неформализованных задач.

Рис. 2. Блочная структура математического моделирования при проектировании автомобильного кузова

Блок разработки и анализа стилистики формообразования и дизайна конструкции. На этапе дизайн-проектирования проводятся поисковые работы общих геометрических характеристик автомобиля в целом и кузова как его основного формообразующего элемента. При этом наряду с вопросами обеспечения эстетических характеристик решаются первичные задачи по эргономике, компоновке, обеспечению соответствия нормативным требованиям и т.д. Конструкция в процессе проектирования может многократно возвращаться на этот этап и дорабатываться для нахождения компромиссных решений сопряженных задач инженерной и технологической проработки конструкции. На этом этапе выполняются двухмерное геометрическое моделирование (растровое и векторное) и трехмерное моделирование в электронной среде различных программных систем.

Блок генерации и анализа электронных геометрических моделей. Одним из математических представлений модели геометрии конструкции в соответствии с ГОСТ 2.052 «Электронная модель изделия» является электронная геометрическая модель [8]. Задачи построения электронной геометрической модели элементов конструкции в настоящее время решают с использованием инструментальных средств электронного геометрического моделирования различных программных систем, таких, как САТ1А, ЦЫГОКАРШСЗ и т.д., так называемых САО-систем. Процесс моделирования в этих системах осуществляется посредством блока программ, который носит обобщенное название «графическое ядро». Создание таких специализированных программных продуктов, как «графические ядра», является чрезвычайно трудоемкой задачей, и над их созданием трудятся многочисленные коллективы специалистов на протяжении многих лет.

Таким образом, математическое моделирование геометрии элементов конструкции автомобильного кузова в современных условиях сводится к их трехмерному электронному геометрическому моделированию. Именно представление кузова как набора математических моделей элементов и определенной математической модели их взаимного расположения в сумме с математическими моделями областей сопряжения элементов и набором физико-механических свойств материалов изготовления различных элементов дает право определить кузов в качестве полиматериальной многокомпонентной структуры.

Блок исследования и оптимизации выбора материалов, конструктивных и технологических решений. Для моделирования конструкции автомобильного кузова в качестве полиматериальной многокомпонентной структуры необходимо создать информационную базу данных физико-механических свойств конструкционных материалов и технологий их использования, а также обеспечить своевременное обновление хранящейся в ней информации. Требования, предъявляемые к проектируемой конструкции кузова (жесткость, легкость, низкая цена изготовления и т.д.),

диктуют критерии выбора в базе данных необходимой информации о материалах и технологиях. Это трудоемкий процесс, требующий специализированного математического моделирования.

Блок моделирования управляемой деформацией. Одной из функций автомобильного кузова является обеспечение пассивной безопасности водителя и пассажиров. Требования по пассивной безопасности при столкновении с препятствиями оговорены в международных правилах ЕЭК ООН № 94, 95 [7].

В случае возникновения аварийных ситуаций автомобильный кузов при значительных деформациях конструктивно должен обеспечить сохранение необходимого жизненного пространства водителю и пассажирам, а также снизить замедляющие ускорения в области пассажирского салона как минимум ниже критически допустимых значений [5, 10]. Такая комбинированная задача, решаемая без применения дополнительных защитных устройств безопасности (подушки безопасности и т.д.), имеет единственное решение — проектирование управляемой деформации полиматериаль-ной многокомпонентной структуры кузова. Эта работа должна базироваться на обоснованных теоретических выкладках, электронном геометрическом моделировании разных вариантов структуры, а также моделировании процесса ее деформации.

Блоки статического анализа и анализа больших перемещений, анализа акустической и вибронагруженности, аэродинамики и внутренней газодинамики салона. Современные системы специализированного программного обеспечения инженерного анализа (АКБУБ, КАБТЯАК, ЬБ-БУКА, БТАК-СБ и т.д.), в основе которых лежат численные методы исследования [4], позволяют на базе электронной геометрической модели проводить на высоком качественном уровне автоматизированные расчеты различных характеристик кузова (прочностных [3], виброакустических, газодинамических [1] и т.д.).

Так, в области прочностных расчетов конструкции в программных комплексах инженерного анализа заложено численное решение различных вариаций общего уравнения движения механической системы [12], которое в матричной форме имеет вид

где М — матрица масс; С — матрица коэффициентов демпфирования (сопротивлений); К — матрица коэффициентов жесткостей звеньев; и — вектор узловых ускорений; и — вектор узловых скоростей; и — вектор узловых перемещений; ^() — вектор нагрузок; ? — время.

Задачи математического моделирования при этом существенно упрощаются и заключаются в теоретическом обосновании набора начальных и граничных условий, которые необходимо применять при проведении численных расчетов. Несмотря на кажущуюся простоту этой работы, факт того, что кузов является полиматериальной многокомпонентной структу-

рой со сложной сочлененной пространственной геометрией, делает задачу значительной по объему с необходимостью введения множества теоретически обоснованных допущений и ограничений.

Рассмотрим пример расчета управляемой деформации левой передней части легкового автомобиля стандартной компоновки (рис. 3).

Рис. 3. Левая передняя часть кузова легкового автомобиля: а — электронная геометрическая модель; б — расположение в конструкции автомобиля; I — элементы управления деформацией; II — направление силового воздействия при ударе

На показанной электронной геометрической модели стрелками отмечены элементы управления деформацией, которые при фронтальных нагрузках провоцируют деформацию конструкции по математическому закону, заложенному в процессе проектирования (рис. 4) [10].

Рис. 4. Деформация левой передней части кузова (низ): а — результаты деформации при предварительном численном эксперименте; б — результаты натурных испытаний (изображение повернуто)

В представленном примере наличие элементов управления деформацией, расположенных на лонжероне, приводит к изменению характеристик пассивной безопасности кузова в целом [7]. Одной из таких характеристик является график замедляющего ускорения левого порога при столкновении автомобиля с препятствием (рис. 5).

■5 1 ■ 1 ■ ■ 1 ■ — і і I—-» ■ і і I . ■ I . I . . і .

О 0 05 0.1 015 0 2 025 0 3

Рис. 5. Замедление левого порога: 432 — вариант кузова без элементов управления деформацией; 683 — вариант кузова с элементами

В случае применения элементов управления деформациями пик замедляющего ускорения сдвигается в большую сторону (от 0,06 до 0,1 с), а сам график принимает более монотонный характер. Это является показателями большего по значению и лучшего по структуре накопления энергопоглощения деформации передней части кузова автомобиля. Приведенные данные получены по результатам испытаний автомобиля ИЖ-2126-20 на соответствие требованиям Правил ЕЭК ООН № 94, проведенным на ОАО «АВТОВАЗ».

Для более эффективного управления деформацией необходимо задействовать в этом процессе не только лонжерон, но и можно больше элементов конструкции кузова. При этом следует не ограничиваться исключительно модификацией их геометрии, а проводить также исследования в области варьирования материалами, из которых они изготовлены. При решении этой задачи кузов снова выступает в качестве полиматериальной многокомпонентной структуры, где необходимы ее точное физикоматематическое описание и описание процессов ее деформации.

Предложенный принцип математического моделирования при проектировании автомобильного кузова служит основой для формирования проблемно-ориентированного программного комплекса, нацеленного на задачу оптимизации проектных работ. Состав блоков математического мо-

делирования указывает на то, что программный комплекс должен состоять как из набора уже разработанных программных средств (для задач геометрического моделирования и инженерного анализа), так и вновь разработанных программных продуктов (для задач проектирования управляемой деформации и формирования начальных и граничных условий при решении задач численного анализа и т.д.).

На основе связанной многоуровневой математической модели проектирования конструкции автомобиля (и, в частности, автомобильного кузова), и созданного на ее основе сбалансированного по заданным критериям проблемно-ориентированного программного комплекса можно добиться серьезной оптимизации процесса проектирования современных автомобилей. В условиях быстроменяющегося мира, растущих технологических возможностей проектирования и производства сложных технических устройств (каковым является автомобиль) вопросы создания модульного проблемно-ориентированного программного комплекса с гибко изменяющимся проектным функционалом моделирования, основанным на четком комплексном математическом моделировании решаемых задач, актуальны и требуют всесторонней проработки.

1. Benderskiy B.I., Matveev D.V., Zykov S.N. Numerical simulation of three dimensional air flow of the heating system ventilating system of a passenger car// XII International Confererce of aerophisical research. Novosibirsk: Publishing House «Nonparel», 2004. С. 42-45.

2. Vakhrouchev, A.V. «Modelling of the nanosystems formation by the molecular dynamics, mesodynamics and continuum mechanics methods», Multidiscipline Modeling in Material and Structures. 2009. Vol. 5. Issue 2. 2009. P. 99 — 118.

3. Zykov S.N., Filkin N.M. Numerical Analysis of Deforming the L.H.Part of Izh-2126 Car Engine Compartment under Frontal Crushing Loads // 21st CAD-FEM Users’ Meeting 2003 International Congress on FEM Technology. Potsdam (Germany), 2003. Part 4.1.4. P. 1 — 4.

4. Басов К. А. CATIA и ANSYS. Твердотельное моделирование. М.: ДМК Пресс, 2009. 240 с.

5. Борзыкин А.Я., Лункин И.А., Богданов В.В. Энергопоглощающая способность лонжеронов автомобиля при фронтальном ударе // Автомобильная промышленность. 1995. № 2. С. 37 — 40.

6. Вахрушев А.В. Теоретические основы применения нанотехнологий в тепловых двигательных установках. Ижевск: Изд-во ИПМ УрО РАН, 2008. 212 c.

7. ГОСТ Р 41.94-99. Правила ЕЭК ООН № 94. Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в

отношении защиты водителя и пассажиров в случае лобового столкновения. М.: Изд-во стандартов, 1999. 60 с.

8. ГОСТ 2.052-2006. Единая система конструкторской документации. Электронная модель изделия. М.: Изд-во стандартов, 2006. 45 с.

9. Джонс Дж. К. Методы проектирования: пер. с англ., 2-е изд., доп. М.: Мир, 1986. 326 с.

10. Зыков С.Н., Умняшкин В.А., Филькин Н.М. Напряженно-деформируемое состояние автомобильного кузова. Ижевск: Научноиздательский центр «Регулярная и хаотичная динамика», 2008. 124 с.

11. Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. 2-е изд., испр. М.: Физматлит, 2001. 320 с.

12. Умняшкин В.А., Филькин Н.М., Зыков С.Н. Инженерный анализ конструкции автомобиля на прочность: учеб. пособие. Ижевск: Научноиздательский центр «Регулярная и хаотичная динамика», 2008. 124 с.

А. Vakhrushev, S. Zykov

Mathematical modeling of car body as polymaterial multicomponent structure

The principles of mathematical modeling carried out within the framework of automobile and its components design engineering are submitted. Milestones of complex multiphase mathematical modeling and problems to be solved herewith are described.

Keywords: mathematical modeling, car body design, engineering, polymaterial multicomponent structure.

Е.А. Ядыкин, д-р техн. наук, проф., начальник Управления ПКВК, (4872)33-55-05, jadykin@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ)

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ ЛИНЕЙНОЙ НЕСЛУЧАЙНОЙ ФУНКЦИЕЙ ДВУХ СЛУЧАЙНЫХ ВЕЛИЧИН

Строго доказываются условия, при которых технологическая операция может быть представлена как линейная неслучайная функция двух случайных величин.

Ключевые слова: технологическая операция, неслучайная функция, линейность, случайные величины.

При обработке металлов давлением довольно часто встречаются технологические операции, в ходе которых преобразуется один и тот же параметр, например, параметр «разностенность» при выполнении технологических операций вытяжки стаканчика. При этом из статистических наблюдений известно, что законы распределения этого параметра на входе

Моделирование автомобиля в 3ds Max. Часть 1.

Всем привет! Хочу попробовать выкатить серию постов об моделировании автомобиля в 3ds Max. Сам я в этом деле начинающий самоучка, поэтому дисклеймер:
Данный пост нельзя рассматривать как урок или пособие для обучения. Примененные автором методы и приемы несовершенны и не единственно возможны. Серия постов будет отражать лишь общую суть, основные этапы и примерный объём работ при моделировании автомобиля. Именно поэтому автор постарается применять минимум специфической лексики и минимально углубляться в теорию.

Как начался мой опыт в моделировании? Еще в студенческие годы во время учебы приходилось делать модельки зубчатых колес, валов и т.п. в Компас-3D и T-Flex. Модельки были убогими, но свою задачу выполняли: повертеть мышкой, нагрузить весом или температурой, рассчитать износ. Потом я увидел рендеры 3D-моделей автомобилей, подумал «круто, тоже так хочу», но постоянно откладывал изучение этого вопроса в долгий ящик.

В декабре 2018-го я начал знакомство с 3D Max, и вот результат моего обучения:

Этому предшествовали долгие часы изучения интерфейса и возможностей программы, многие попытки начать новую модель, перекроить старую и сотни раз возникающее желание все бросить, но пытливый ум заставлял раз за разом возвращаться к компьютеру.

Итак, что понадобилось мне и может понадобиться вам, если вы тоже захотите попробовать:

1) Желание. Нет, я серьёзно. Если по-настоящему не хотеть освоить 3D-моделирование, без должной мотивации вряд ли что-то годное получится.

2) Умение пользоваться чертежами (при моделировании по чертежам) или фантазия (при моделировании без чертежей).

3) Монитор с большой диагональю и высоким разрешением, мышь с хорошей точностью- опционально, так удобней работать с мелкими деталями.

4) Современный ПК. Тоже опционально. Для самого моделирования не нужен мощный компьютер, но для работы с множеством высокодеталезированных объектов и рендера сцены (процесса «снимка» того, что ты там намоделировал) с просчетом всех отражений, прозрачностей и теней нужно хорошее «железо».

Ну, хватит текста. Пора за дело.

Итак, для моделирования автомобиля нам нужен его чертеж. Очень ответственный момент, потому как от качества чертежа зависит качество будущей модели. Есть чертежи плохие:

Здесь низкое разрешение, на глаз видно некоторое несоответствие форм и пропорций.

Есть и хорошие чертежи:

Здесь хорошее разрешение, много размеров и с пропорциями все в порядке. Однако есть еще и плохие чертежи, которые маскируются под хорошие, и понять что перед тобой такой экземпляр возможно лишь тогда, когда уже начал моделирование.

Профессиональные 3D-художники обходятся и вовсе без чертежей, используя фотографии, но я таким шаманством пока не владею. Поэтому продолжаем. Моделировать мы будем вот эту красавицу:

Что делать, если у нас 4 вида на чертеже, но чертеж плоский? Правильно! Сложить в «коробочку». В 3D Max создается сцена, в которой размещаются части чертежей:

Дальше чертежи проверяются на правильность по контрольным точкам: размещаются точки, например, в углах фар, на углах стекол и проверяется, может ли эта точка принять верное положение на всех четырех видах. Именно на этом этапе и отсеиваются «паленые» чертежи. В данном случае все было нормально, поэтому описывать этот процесс нет смысла.

Итак, чертежи размещены и можно приступать к моделированию. На виде слева создаем трубу и пытаемся вписать ее приблизительно в размер будущей арки(на положения трубы во всех остальных видах пока не обращаем внимания):

Вообще, начинать моделирование можно с любой части кузова, но арка- один из самых сложных элементов базовой формы, поэтому дальше будет проще «плясать» именно от нее.

В режиме редактирования этой трубы мы можем двигать точки, грани, границы, полигоны и объекты. Конечно же, вам это ничего не говорит, потому что это теория полигонального моделирования. Все, что вам нужно знать на этом этапе- именно полигонами мы будем отстраивать форму будущей модели, как папье-маше. Сначала придадим основную форму, а затем будем ее уточнять. Таким образом, становится понятно, что вся созданная нами труба нам не нужна, а нужна лишь ее видимая снаружи часть, поэтому отсекаем все лишнее и размещаем полигоны по арке:

Для удобства делаем полигоны прозрачными и по каждой точке (а полигон образуется четырьмя точками (вообще, на самом деле тремя, но Макс- умная штука, не пытайтесь понять)) будем располагать полигоны в нужном порядке:

Здесь все просто: нижнюю часть арки образует нижние ребра полигонов, верхнюю часть- верхнее ребро. Все что нужно- найти соответствующие линии на чертежах и расположить точки на них. Одна за одной, шаг за шагом. Далее, копируя и оттягивая ребра, мы создаем новые полигоны и таская точки туда-сюда располагаем их по линиям чертежа:

Знаю, что это похоже на урок «как нарисовать сову», но при изучении полигонального моделирования, а уроков по этой теме в интернете вагон и маленькая тележка, особенных вопросов не возникает. Для удобства окрасим всю эту штуковину в жизнерадостный серый цвет и вот что увидим на рендере (визуализации):

Не очень, правда? Какое-то все угловатое, стрёмное. Но 3D max- умная штука, и умеет сглаживать наше несовершенство. И после применения заклинания «TurboSmooth» мы получаем вот эту красоту:

Уже лучше? Да, прорисовываются некоторые формы, похожие на Audi.

Как это работает? Модификатор TurboSmooth разделяет полигоны на несколько новых полигонов и делает переход между точками полигонов более плавным. В итоге угловатая штуковина, которую мы создали, получает более плотную сетку и сглаживается по краям:

Ну что же, думаю, для первой части более чем достаточно. С нетерпением жду, вызовет ли данная тематика интерес, обещаю ответить на все вопросы в комментариях, жду конструктивной критики.

Найдены возможные дубликаты

CGI Media

1.9K постов 5.1K подписчиков

Правила сообщества

• Посты должны соответствовать тематике cообщества.

• Не допускается спам и нарушение правил сайта pikabu.

Эх, помню и я в своё время посвящал много свободного времени 3D Max и Maya

Были попытки даже уроки записать )

Не реклама, просто автор заставил понастольгировать, вот и решил поделиться )

Кстате, если нужна будет какая-то помощь, обращайся, помогу чем смогу )

Спаисибо, я запомню! )

Сейчас уже лучше пользоваться OpenSubdiv модификатором, чем Turbosmooth. Он даёт управлять сглаживанием в нужных местах. Рекомендую ознакомиться.

Большое спасибо! Пользовался уроками бородатых годов, поэтому об OpenSubdiv ничего не знал. Похоже, пора переучиваться!

В нем ничего сложного нет. Выставлять одинаковые локаторы по точкам на всех фотках. Ещё оси в идеале выставить, но не критично. Короче без тутора можно разобраться. Ну а так ютуб в помощь!)

Будет, обязательно. Само моделирование уже закончено процентов на 80. Еще хочу немного о текстурировании рассказать.

С удовольствием! @moderator, перенесите, пожалуйста, пост в сообщество «CGI media».

Ты молодец! Главное не бросай. Я лет 8 назад в Синьке модельки делал. учился по книжкам. Одну книгу даже переводить взялся. Перевёл две или три главы, со скриншотами как в книге. и встрял на оконном косяке при моделировании комнаты. И много воды утекло с тех пор, уроки ещё сохранены. но никак не получается вернуться в мир 3D.

Да, по отзывам бывалых художников интерес и вдохновение пропадает тогда, когда не знаешь ЗАЧЕМ ты все это делаешь. Ну, то есть какова конечная цель. Отрендеришь машину, две, три, пять- а дальше? Либо связывать с этим жизнь и зарабатывать на этом, либо принимать участие в каком-нибудь большом проекте для души.

Ну можно например выкладывать на продажу на определённые площадки, благо их больше чем нужно )

Сперва нужно научиться, а уже потом продавать.

Повторю еще раз: я не умею. Стараюсь, осваиваю, но все это пока медленно, неправильно (топология кривая) и лишь напоминает оригинал. Главное не останавливаться. А еще мне помогал один прием: когда все надоело вусмерть, ничего не получается, просто оставляю макс на две недели-месяц. Когда опять набираюсь вдохновения- сажусь за него снова и теперь уже все получается гораздо лучше! Парадокс, но у меня работало.

Однажды в деревне

УАЗ для нужд деревни. Недалекое будущее.

Первые попытки lowpoly

Моделирование концепта футуристического оружия

Дописал старые черновики.

Начну, как обычно, издалека. Одни люди, читая фантастику Андрея Круза, ругаются на слишком подробное описание оружия, другие говорят, что, наоборот, нормально. А есть и третьи, которые потом ещё гуглят подробности, это про меня. Долго вырабатывал с себе привычку уточнять всё интересующее, теперь не знаю, радоваться или нет, от кучи информации про всё подряд. Но такая привычка бывает полезна. Поэтому, когда я решил задизайнить в 3D концепт футуристического оружия, то ещё до эскизов расписал область применения и требуемые технические характеристики. Когда задача поставлена точно, то всё проще.

Решил, что пусть будет киберпанк: городские условия, модифицированные люди, легкобронированные машины. Значит, нужно максимально компактное мощное оружие с небольшой прицельной дальностью, хорошей бронепробиваемостью и возможностью бесшумной стрельбы. Никаких позиционных перестрелок, очень специализированное оружие внезапного тихого нападения на близких дистанциях. Либо когда для выполнения задачи надо, например, пробить бронированное стекло.

Всякие электромагнитные винтовки Гауса отбрасываю, во-первых, даже если в будущем такое доведут до практической реализации в ручном оружии, то очень тяжёлая пуля и очень короткий ствол — это совсем не та область, где такое можно применять. Во-вторых, с настолько мощным электромагнитным импульсом можно забыть про скрытность, если по городу расставить сеть датчиков, то они не только сразу подадут сигнал тревоги, но и методом триангуляции тут же выдадут довольно точное место выстрела. В третьих, тогда ещё надо придумывать электронику, которая не будет глючить от мощных импульсов.

Всякие «ракетные» варианты тоже отбрасываю. Кто читал про Gyrojet, тот понимает минусы ракетных ускорителей для ручного оружия близкого действия.

Остаётся обычный огнестрел.

Внешний вид.

Для максимального уменьшения размеров компоновка булпап (с магазином сзади), отсутствие встроенных прицельных приспособлений, но есть планки для коллиматора, чтобы ставить его непосредственно перед стрельбой. Всё ради максимальной компактности при перевозке. Для уменьшения длины затвор уходит назад и вниз, как в системах Kriss Vector (при этом ещё уменьшается подброс при выстреле). Другой вопрос, что система Kriss Vector на пистолетных калибрах, а для такой энергии (патрон СЦ-130 ВПС до 3650 Дж, примерно как бронебойная пуля для СВД) не факт, что будет хорошо работать. Но, в конце концов, это же футуристический концепт.

Также для уменьшения габаритов ручка взведения откидывается.

Антабки и планки Пикатинни отвинчиваются. Вообще, всё, что можно сделать съёмным, постарался сделать. Впереди снизу планка, можно прикрутить ручку. Но можно и без ручки, скоба перед спусковым крючком увеличена, чтобы можно было держать двумя руками, идея взята из пистолета-пулемёта FN P90.

Причём, про скобу перед спусковым крючком для удержания второй рукой дошло уже когда распечатал плоскую модель и наклеил на картонку для тестов в фотостудии. А потом дошло ещё, что перед спусковым крючком нельзя делать слишком много места, потому что для безопасности указательный палец должен быть вытянут вдоль скобы (в тире это намертво вдолбили, теперь даже картонное оружие так держу). Тут же посмотрел опять на фото P90, посмотрел видео стрельбы из него, и теперь форма скобы перед спусковым крючком стала совсем понятна. Доделал скобу в 3D.

Вообще, в длину получилось всего 45см, при длине ствола 15см, ещё 40см глушитель. Объём глушителя примерно прикинул по объёму глушителя ВССК «Выхлоп», только сделал толще и короче.

Компоновка полностью симметричная, чтобы можно было менять сторону выбрасывания гильз. Расширенная горловина приёмника, чтобы было удобнее втыкать магазин.

Для применения глушителя нужна медленная дозвуковая пуля, значит, для высокой дульной энергии нужна большая масса пули, то есть, большой калибр, обычно для таких целей используют 12.7мм. В России это винтовка ВССК «Выхлоп», есть ещё автомат АШ-12 и даже револьвер РШ-12. В Америке есть оружие под аналогичный крупный калибр «.510 Whisper» (там несколько дозвуковых калибров со словом Whisper — «шёпот»). Поэтому в качестве патрона просто взял существующий патрон повышенной пробивающей способности СЦ-130 ВПС (интересная идея с подкалиберным сердечником из карбида вольфрама, который при попадании в броню летит дальше без задней части пули). Хотя в моём прототипе ствол короче, поэтому патрон должен быть мощнее. И вдруг кто-то захочет стрельнуть другим патроном, так что добавил газовый регулятор для правильной работы автоматики.

Одна из причин использования существующих калибров: это дешевле из-за возможности использовать готовые гильзы и пули. По этой же причине новые создаваемые патроны часто стараются «вписать» в размеры существующих, это позволяет использовать старые магазины для новых патронов. То есть, в моём случае, даже если патрон должен быть мощнее, чем для винтовки ВССК, можно использовать существующие патроны, только с увеличенной навеской пороха, не надо специально перестраивать производство.

Хотя ещё есть вариант расположить вокруг бронебойного сердечника легко отламывающиеся острые кусочки, которые при попадании в незащищённое тело пойдут по расходящимся траекториям. Идея взята из пули G2 RIP. Тесты на желатине показали, что там острые кусочки глубоко не входят, не хватает энергии, но тут масса каждого осколка будет больше.

Прикинул, что смысла стрелять очередями нет, патронов мало, они дорогие, прицельная дальность маленькая, отдача сильная. Так что газоотводный полуавтомат с длинным ходом поршня, хотя можно добавить фиксированные очереди по три патрона. Такое «оружие серийного огня», «burst mode» и сейчас применяется. Очереди в три патрона будут как раз для внезапного нападения на всяких бронированных киборгов, но штатный режим — одиночные.

Предохранитель, он же переключатель режимов, взял от М16, заодно рядом сброс затворной задержки. По идее, предохранитель переключать большим пальцем с одной стороны, а затворную задержку указательным с другой, но вдруг левша будет пользоваться, поэтому всё дублируется на обе стороны.

Из-за режима трёхпатронной очереди пришлось увеличить магазин, сначала хотел 10 патронов, но, раз очереди по 3, то пусть всего будет 12. Плюс возможность поставить увеличенный магазин на 21 патрон. Больше уже смысла нет, если с таким оружием втянулся в долгую перестрелку, то значит, что-то пошло сильно не по плану, тут уже надо убегать. Прозрачное окошко на магазине, чтобы видеть, сколько патронов осталось. Разборка магазина производится путём сдвигания пластины снизу, тут ничего нового. Выступ на магазине для крепления в оружии стандартный.

Сзади на прикладе кнопка для разборки, которая разблокирует верхнюю крышку. Верхняя крышка открывается на шарнире, как на ручном пулемёте Калашникова (или на Вепрь-молот, который тоже построен на основе конструкции РПК), потом снимается задняя часть и нижняя пластиковая.

Этот скос пришлось сделать как раз для того, чтобы крышка нормально откидывалась:

Боковые части и крышка — штампованный металл, ручка — пластик, чтобы дешевле, для реалистичности цена производства важна.

На антабках (куда крепится ремень) покрытие из мягкого материала, чтобы крепление ремня не звенело. Один знакомый рассказывал, что они в армии обматывали места крепления мягким шнуром, чтобы металл не звенел, я решил повторить идею. Антабки отвинчиваются, потому что не факт, что ремень будет нужен.

Примерно вес оцениваю в 4,5 кг без патронов и глушителя. ВССК «Выхлоп» без глушителя и прицела 5 кг, а тут ствол короче, но, возможно, сложнее устройство затвора.

По аналогии с АШ-12 и РШ-12 выбрал рабочее название «БУР-12», «Батин Ультра Разъе»№;ор калибра 12мм». Ещё пришлось почитать про футуристические шрифты, нельзя же на суровом концепте название писать ариалом. Скачал Apex Mk2.

Распечатка, наклеенная на картон.

Когда я в студии давал голым моделям вырезанное из картона оружие и просил позировать, не знаю, что они думали. Наверное, что фотограф приветливо навернулся башкой. Ветер творчества снёс крышу, разметав черепицу по окрестностям. А может, наоборот, радовались, что это просто картонное ружьё, а не фотосет с использованием двух топоров, арбуза, белого рояля и музыки Вагнера.

Если мы хотим добавить 3D объект в фотографию, в первую очередь, надо поставить в 3D такой же свет, как и на фото. Со студийной фотографией проще, можно повторить общий план постановки света вплоть до размера источников и расстояния до них. На всякий случай ещё проверить: например, поставить в 3D на место модели чайник с материалом CoronaSkinMtl и сравнить яркость и положение бликов:

Настройки 3D камеры скопировал из параметров настройки фотоаппарата при съёмке. Потом поставил фото на фон и некоторое время крутил объект, добиваясь такого же положения, как на фото.

Следующая проблема. Если тени от 3D объекта неплохо имитируются тенями от картона, то ещё должны быть тени на самом 3D объекте от объектов на фотографии. Если человек держит 3D ружьё, то на ружье должны быть тени от руки, тело человека будет закрывать контровый свет и так далее. Для этого я в 3D поставил объекты на месте тела, головы и рук. Стандартный максовский Biped, размеры подогнал масштабом:

Тут точность особо не важна, важнее сделать так, чтобы эти объекты были невидимы, но тень от них падала. Материал ShadowCatcher тут не подойдёт, он невидимый, но тень падает от объектов на него, а не от него на объекты. Сделал обычный материал CoronaMtl. Для теней можно было бы на этом остановиться, но в Diffuse я добавил картинку в режиме Environment:Screen, теперь студийная фотография проецируется на объекты: если объект стоит на месте руки, то и цвет берётся с руки, так что цвет рефлексов и отражений берётся с фото. Дальше этот материал добавляется в CoronaRaySwitch во все слоты, кроме Directly Visible.

В итоге, от 3D объектов, заменяющих человека, падает тень, они отражаются, видны в преломлениях, но при этом невидимы (сначала пробовал в свойствах объектов отключить галочку Visible to Camera, но на альфа-канале их всё равно видно). Тень от «руки»:

Дальше рендер сохраняю в PNG с альфа каналом и в фотошоп, где уже дело техники. Фотография, слой с ружьём, рука отдельно в верхний слой. Где-то добавить теней, где-то усилить яркость бликов, проверка переводом в ч/б (если в чёрно-белом плохо смотрится, значит, и в цвете будет плохо). Ну, и сохранять финальный вариант.

Ещё пример тени от руки на оружии, тень делалась в 3D:

Бронепробиваемость. Для гражданских машин нашёл 2 классификации. Буква В с цифрой и VPAM с цифрой. В7 держит бронебойную пулю СВД, примерно равно VPAM9. На ютубе есть видео испытаний джипа VPAM10, в гражданских машинах вряд ли будут массово делать что-то выше. Такой концепт с такими пулями (пуля СЦ-130 ВПС с сердечником из карбида вольфрама) класс VPAM10 пробьёт. Как минимум, стёкла в машинах сложно делать выше классом. Хотя, если это футуристический концепт, и в будущем будут использовать защиту круче, то можно использовать более скоростную пулю. Такая дозвуковая пуля по энергии примерно равна винтовочному 7.62х51 NATO, то есть, если поднять скорость с 300 до 400 м/с, то энергия вырастет значительно, но всё ещё не будет запредельной, даже до винтовочного «338 лапуа магнум» не дотянет.

Пока читал про P90, обнаружил информацию про новый Kel-Tec P50 (официальная презентация была в январе 2021 года) под тот же патрон 5.7x28mm. И к нему подходят магазины от P90. Идея менять магазин, откидывая на шарнире всю верхнюю часть вместе со стволом — это интересно. Получается, Kel-Tec сделали что-то вроде длинного широкого пистолета на 50 патронов.

Источник https://cyberleninka.ru/article/n/matematicheskoe-modelirovanie-kuzova-avtomobilya-kak-polimaterialnoy-mnogokomponentnoy-struktury
Источник Источник Источник Источник https://pikabu.ru/story/modelirovanie_avtomobilya_v_3ds_max_chast_1_6832148