Модели баз данных

  • Основные виды баз данных и их модели
  • Модели баз данных — иерархическая база данных
  • Иерархическая база данных — пример
  • Сетевая модель базы данных
  • Реляционная модель базы данных
  • Сравниваем три модели баз данных
    • «Один к одному»
    • «Один ко многим»
    • «Многие ко многим»
  • Другие модели баз данных (ООСУБД)

СУБД используют различные модели баз данных. Самые старые системы можно разделить на иерархические и сетевые базы данных — это пререляционные модели.

Иерархическая модель базы данных подразумевает, что элементы организованы в структуры, связанные между собой иерархическими или древовидными связями. Родительский элемент может иметь несколько дочерних элементов. Но у дочернего элемента может быть только один предок.

«Система управления информацией» (Information Management System) компании IMB — пример иерархической СУБД.

Иерархическая модель данных организует их в форме дерева с иерархией родительских и дочерних сегментов. Такая модель подразумевает возможность существования одинаковых (преимущественно дочерних) элементов. Данные здесь хранятся в серии записей с прикреплёнными к ним полями значений. Модель собирает вместе все экземпляры определённой записи в виде «типов записей» — они эквивалентны таблицам в реляционной модели, а отдельные записи — столбцам таблицы. Для создания связей между типами записей иерархическая модель использует отношения типа «родитель-потомок» вида 1:N. Это достигается путём использования древовидной структуры — она «позаимствована» из математики, как и теория множеств, используемая в реляционной модели.

Будем считать, что в рамках данной статьи примером иерархической базы данных является организация, хранящая информацию о своём работнике: имя, номер сотрудника, отдел и зарплату. Организация также может хранить информацию о его детях, их имена и даты рождения.

Данные о сотруднике и его детях формируют иерархическую структуру, где информация о сотруднике – это родительский элемент, а информация о детях — дочерний элемент. Если у сотрудника три ребёнка, то с родительским элементом будут связаны три дочерних. Иерархическая база данных подразумевает, что отношение «родитель-потомок» — это отношение «один ко многим». То есть у дочернего элемента не может быть больше одного предка.

Иерархические БД были популярны, начиная с конца 1960-х годов, когда компания IBM представила свою СУБД «Система управления информацией. Иерархическая схема состоит из типов записей и типов «родитель-потомок»:

  • Запись — это набор значений полей.
  • Записи одного типа группируются в типы записей.
  • Отношения «родитель-потомок» — это отношения вида 1:N между двумя типами записей.
  • Иерархическая база данных данных состоит из нескольких иерархических схем.

Сетевая модель базы данных подразумевает, что у родительского элемента может быть несколько потомков, а у дочернего элемента — несколько предков. Записи в такой модели связаны списками с указателями. IDMS («Интегрированная система управления данными») от компании Computer Associates international Inc. — пример сетевой СУБД.

Иерархическая модель данных структурирует данные в виде древа записей, где есть один родительский элемент и несколько дочерних. Сетевая модель позволяет иметь несколько предков и потомков, формирующих решётчатую структуру.

Сетевая модель позволяет более естественно моделировать отношения между элементами. И хотя эта модель широко применялась на практике, она так и не стала доминантной по двум основным причинам. Во-первых, компания IBM решила не отказываться от иерархической модели в расширениях для своих продуктов, таких как IMS и DL/I. Во-вторых, через некоторое время её сменила реляционная модель, предлагавшая более высокоуровневый, декларативный интерфейс.

Популярность сетевой модели совпала с популярностью иерархической модели. Некоторые данные намного естественнее моделировать с несколькими предками для одного дочернего элемента. Сетевая модель как раз и позволяла моделировать отношения «многие ко многим». Её стандарты были формально определены в 1971 году на конференции по языкам систем обработки данных (CODASYL).

Основной элемент сетевой модели данных — набор, который состоит из типа «запись-владелец», имени набора и типа «запись-член». Запись подчинённого уровня («запись-член») может выполнять свою роль в нескольких наборах. Соответственно, поддерживается концепция нескольких родительских элементов.

Запись старшего уровня («запись-владелец») также может быть «членом» или «владельцем» в других наборах. Модель данных — это простая сеть, связи, типы пересечения записей (в IDMS они называются junction records, то есть «перекрёстные записи). А также наборы, которые могут их объединять. Таким образом, полная сеть представлена несколькими парными наборами.

В каждом из них один тип записи является «владельцем» (от него отходит «стрелка» связи), и один или более типов записи являются «членами» (на них указывает «стрелка»). Обычно в наборе существует отношение 1:М, но разрешено и отношение 1:1. Сетевая модель данных CODASYL основана на математической теории множеств.

Известные сетевые базы данных:

  • TurboIMAGE;
  • IDMS;
  • Встроенная RDM;
  • Серверная RDM.

В реляционной модели, в отличие от иерархической или сетевой, не существует физических отношений. Вся информация хранится в виде таблиц (отношений), состоящих из рядов и столбцов. А данные двух таблиц связаны общими столбцами, а не физическими ссылками или указателями. Для манипуляций с рядами данных существуют специальные операторы.

В отличие от двух других типов СУБД, в реляционных моделях данных нет необходимости просматривать все указатели, что облегчает выполнение запросов на выборку информации по сравнению с сетевыми и иерархическими СУБД. Это одна из основных причин, почему реляционная модель оказалась более удобна. Распространённые реляционные СУБД: Oracle, Sybase, DB2, Ingres, Informix и MS-SQL Server.

«В реляционной модели, как объекты, так и их отношения представлены только таблицами, и ничем более».

РСУБД — реляционная система управления базами данных, основанная на реляционной модели Э. Ф. Кодда. Она позволяет определять структурные аспекты данных, обработки отношений и их целостности. В такой базе информационное наполнение и отношения внутри него представлены в виде таблиц — наборов записей с общими полями.

Реляционные таблицы обладают следующими свойствами:

  • Все значения атомарны.
  • Каждый ряд уникален.
  • Порядок столбцов не важен.
  • Порядок рядов не важен.
  • У каждого столбца есть своё уникальное имя.

Некоторые поля могут быть определены как ключевые. Это значит, что для ускорения поиска конкретных значений будет использоваться индексация. Когда поля двух различных таблиц получают данные из одного набора, можно использовать оператор JOIN для выбора связанных записей двух таблиц, сопоставив значения полей.

Часто у полей будет одно и то же имя в обеих таблицах. Например, таблица «Заказы» может содержать пары «ID-покупателя» и «код-товара». А в таблице «Товар» могут быть пары «код-товара» и «цена». Поэтому чтобы рассчитать чек для определённого покупателя, необходимо суммировать цену всех купленных им товаров, использовав JOIN в полях «код-товара» этих двух таблиц. Такие действия можно расширить до объединения нескольких полей в нескольких таблицах.

Поскольку отношения здесь определяются только временем поиска, реляционные базы данных классифицируются как динамические системы.

Первая, иерархическая модель данных, имеет древовидную структуру («родитель-потомок»), и поддерживает только отношения типа «один к одному» или «один ко многим». Эта модель позволяет быстро получать данные, но не отличается гибкостью. Иногда роль элемента (родителя или потомка) неясна и не подходит для иерархической модели.

Вторая, сетевая модель данных, имеет более гибкую структуру, чем иерархическая модель данных, и поддерживает отношения «многие ко многим». Но быстро становится слишком сложной и неудобной для управления.

Третья модель — реляционная — более гибкая, чем иерархическая и проще для управления, чем сетевая. Реляционная модель сегодня используется чаще всего.

Объект в реляционной модели баз данных определяется как позиция информации, хранимой в базе данных. Объект может быть осязаемым или неосязаемым. Примером осязаемого объекта может быть сотрудник организации, а примером неосязаемой сущности — учётная запись покупателя. Объекты определяются атрибутами — информационным отображением свойств объекта. Эти атрибуты также известны как столбцы, а группа столбцов — как ряд. Ряд также можно определить как экземпляр объекта.

Объекты связываются отношениями, основные типы которых можно определить следующим образом:

В этом виде отношений один объект связан с другим. Например, Менеджер -> Отдел.

У каждого менеджера может быть только один отдел, и наоборот.

В моделях данных отношение одного объекта с несколькими. Например, Сотрудник -> Отдел.

Каждый сотрудник может быть только в одном отделе, но в самом отделе может быть больше одного сотрудника.

В заданный момент времени объект может быть связан с любым другим. Например, Сотрудник -> Проект.

Сотрудник может участвовать в нескольких проектах, и каждый проект может объединять несколько сотрудников.

В реляционной модели объекты и их отношения представлены двухмерным массивом или таблицей.

Каждая таблица представляет объект.

Каждая таблица состоит из рядов и столбцов.

Отношения между объектами представлены столбцами.

Каждый столбец представляет атрибут объекта.

Значения столбцов выбираются из области или набора всех возможных значений.

Столбцы, которые используются для связи объектов, называются ключевыми. Есть два типа ключей — первичные и внешние.

Первичные служат для однозначного определения объекта. Внешний ключ — это первичный ключ одного объекта, существующий как атрибут в другой таблице.

Преимущества реляционной модели данных:

  1. Простота использования.
  2. Гибкость.
  3. Независимость данных.
  4. Безопасность.
  5. Простота практического применения.
  6. Слияние данных.
  7. Целостность данных.

Недостатки:

  1. Избыточность данных.
  2. Низкая производительность.

В последнее время на рынке СУБД появились продукты, представленные объектными и объектно-ориентированной моделью данных, такие как Gem Stone и Versant ОСУБД. Также производятся исследования в области многомерных и логических моделей данных.

Особенности объектно-ориентированных систем управления базами данных (ООСУБД):

  • При интеграции возможностей базы данных с объектно-ориентированным языком программирования получается объектно-ориентированная СУБД.
  • ООСУБД представляет данные как объекты одного или нескольких языков программирования.
  • Такая система должна отвечать двум критериям: являться СУБД и должна быть объектно-ориентированной. То есть должна насколько это возможно соответствовать современным объектно-ориентированным языкам программирования. Первый критерий подразумевает: длительное хранение данных, управление вторичным хранилищем, параллельный доступ к данным, возможность восстановления, а также поддержку нерегламентированных запросов. Второй критерий подразумевает: сложные объекты, идентичность объектов, инкапсуляцию, типы или классы, механизм наследования, переопределение в сочетании с динамическим связыванием, расширяемость и вычислительную полноту.
  • ООСУБД дают возможность моделирования данных в виде объектов.

А также поддержку классов объектов и наследование свойств и методов классов подклассами и их объектами.

На данный момент не существует общепринятого стандарта ООСУБД. Считается, что подобные модели данных находится на ранней стадии развития.

Примеры ООСУБД:

  • D Gemstone;
  • IRS;
  • ORION;
  • ONTOS.

Применение ООСУБД:

  • В конструкторских и рассредоточенных базах данных, телекоммуникации, а также в таких научных областях, как физика высоких энергий и молекулярная биология.
  • Используются в специализированных областях финансового сектора.
  • Во встроенных системах, пакетном программном обеспечении и системах реального времени, чтобы у пользователей была возможность создавать объекты по своему выбору.

Пожалуйста, опубликуйте свои отзывы по текущей теме материала. За комментарии, лайки, дизлайки, подписки, отклики огромное вам спасибо!

МКМихаил Кузнецовавтор-переводчик статьи «Types of Database Models | Database Management System»

Виды баз данных — обзор и сравнение популярных типов баз данных, преимущества и недостатки.

Экспертный материал,

Михаил Сергеев | Ведущий инженер

Рассказываем, какие базы данных существуют на рынке и какие у них есть преимущества и недостатки.

База данных (БД) — это набор структурированной информации, хранящейся в электронном виде. Как правило, БД управляются системой управления базами данных — СУБД. В самых распространенных типах БД информация структурируется с помощью строк и таблиц. Это упрощает работу с данными: управление, изменение, обработку и обновление.

Существует много типов БД, мы опишем только самые популярные.

Иерархические базы данных

Иерархические базы имеют древовидную схему, где единый ствол порождает множество расходящихся ветвей. В такой структуре данные структурируются согласно отношениям родитель-потомок. Схематично это похоже на папки на рабочем столе компьютера — у каждой записи есть физическая связь только с одной предыдущей, а отношение многих ко многим невозможно.

 

Рис.1. Пример иерархической базы данных.

Так как структура БД иерархична, каждая запись дерева данных должна иметь хотя бы одного родителя. Пользователь получает доступ к данным, следуя структуре, всегда инициируемой из корня древа или первого родителя.

Преимущества 

Отношения родитель-потомок обеспечивают целостность данных. Каждое изменение, сделанное в родительской таблице, автоматически обновляется и в дочерней таблице. 

Еще одно преимущество иерархических баз данных — высокий уровень безопасности.

Недостатки

Жесткая иерархия усложняет работу с данными. Если родительская и дочерняя таблицы не связаны между собой, то добавление новой записи в дочернюю таблицу усложняется, потому что ее необходимо добавить и в родительскую таблицу. 

Изменение структуры БД приводит к изменению всех прикладных программ, которые с ней работают. 

Иерархическая БД поддерживает отношения один к многим и не поддерживает отношения многие к многим. 

Реляционные базы данных

Это самый распространенный тип БД. Реляционная модель распределяет данные по таблицам. В каждом столбце таблицы указывается атрибут объекта, о котором идет речь, например, цена, почтовый индекс или дата рождения. Вместе атрибуты называются доменом.

Конкретный атрибут или комбинация атрибутов выбирается в качестве первичного ключа. Когда на ключ ссылаются другие таблицы, то он называется внешним ключом.

 

Рис.2. Пример реляционной базы данных.

В отличие от иерархических, реляционные БД поддерживают не только модель один к многим, но и многие ко многим. Вдобавок любое изменение в нескольких таблицах БД влияет и на остальные таблицы. Благодаря этому, реляционная БД сохраняет целостность данных во всех приложениях и копиях БД.

Для запросов БД использует язык запросов SQL, что упрощает работу с данными.

Преимущества 

В отличие от других типов БД, реляционная обеспечивает целостность очень больших объемов данных. Это критически важно для операционной деятельности бизнеса, например, банковской сферы с миллионами ежедневных транзакций.

Реляционная БД предоставляет доступ для нескольких сотрудников одновременно, с возможностью настройки уровней доступа.

Недостатки

Для обеспечения целостности данных реляционная БД использует длительные и кратковременные блокировки. Это приводит к задержкам и недоступности данных на некоторое время. 

Реляционная база данных требует большого объема физической памяти. Кроме того, сравнительно с другими БД, у нее невысокая производительность. И чем больше объем БД, тем медленнее обрабатываются запросы.

Организация, хранение и обработка слабо структурированных или неструктурированных данных из разных источников достаточно трудная задача.

Нереляционные базы данных или базы данных NoSQL 

В отличие от реляционных, NoSQL БД не используют табличную схему строк и столбцов и поэтому способны обрабатывать неструктурированные данные. Вместо таблиц БД применяют несколько моделей, в зависимости от типа обрабатываемых данных. Рассмотрим модели подробнее.  

Документоориентированные базы данных

Такой тип БД управляет так называемым документом: набором значений и данных объекта. Важно, что один документ может содержать сведения, которые в реляционной СУБД обычно распределяются по нескольким реляционным таблицам. Вдобавок документоориентированные БД не требуют, чтобы все документы имели одинаковую структуру. Доступ к документам дается через ключ — уникальный идентификатор документа.

 

Рис.3. Пример документоориентированной базы данных

Колоночные базы данных

Такие БД  упорядочивают данные по столбцам и строкам, подобно тому, как это делается в реляционной базе данных. Столбцы разделяются на группы, в каждую включен набор логически связанных столбцов, которые извлекаются или управляются как единое целое.

 

Рис.4. Пример колоночной базы данных.

Графовые базы данных 

Такой тип БД делит данные на два типа: узлы и ребра. Узлами называются объекты, а ребрами — связи между ними и направления этих связей. 

 

Рис.

5. Пример структуры графовой базы данных

Графовые базы данных помогают быстро анализировать огромное количество данных со сложными связями.

Другие типы баз данных NoSQL:

  • Базы данных временных рядов.

  • Объектные базы данных.

  • Базы данных внешних индексов.

  • Базы данных  «Ключ — значение» .

Преимущества 

NoSQL БД обладают высокой гибкостью, способны хранить обрабатывать как структурированные, так и неструктурированные данные. Кроме того, такие БД быстро масштабируются с ростом количества данных, сохраняя высокую производительность. 

Недостатки

Отсутствие единого общепризнанного стандарта, определяющего правила и роли баз данных NoSQL. Структура и языки запросов сильно различаются в разных продуктах NoSQL.

У NoSQL БД могут быть проблемы с обработкой информации, требующей строгой согласованности во всем наборе данных.

Объектно-ориентированная база данных

Объектно-ориентированные базы данных — это постреляционная модель БД. Она включает в себя таблицы, но не ограничивается ими. В таких БД информация хранится в виде набора объектов или программных элементов многократного использования.

 

Рис.6. Пример объектно-ориентированной базы данных

Объектно-ориентированные базы данных делятся на несколько видов:

  • База данных мультимедиа включает мультимедийные данные, например, изображения, что невозможно в реляционной базе данных.

Преимущества 

Объектно-ориентированная модель БД помогает точнее моделировать «реальный мир» и работать объектами, с которыми трудно справиться другим типам БД.

 

БД позволяют создавать новые типы данных из уже существующих, выделять общие свойства нескольких классов и сформировать из них суперкласс, который можно использовать совместно с подклассами. Это помогает уменьшить избыточность внутри системы и считается одним из основных преимуществ объектно-ориентированного подхода. 

В них можно хранить самые разные типы данных, например, изображения и видео.

Недостатки

У большинства пользователей еще мало опыта работы с такими БД, вдобавок работу с ними усложняет отсутствие универсальной модели данных и общепризнанного языка запросов.

Невозможно разграничить доступ пользователей к отдельным объектам или классам.

Системы управления базами данных — СУБД

СУБД — это ПО для создания и управления базами данных. 

Самые популярные СУБД

 

Рис.7. Рейтинг популярности СУБД

Источник: Statista.

Российские СУБД

Ведущими поставщиками СУБД являются IBM, Oracle и Microsoft. Сейчас доступ к иностранным СУБД из России ограничен, поэтому корпоративные заказчики стали переходить на российские разработки: Postgres Pro, Arenadata DB и СУБД Ред База Данных. Важно понимать, что выбор СУБД в каждом случае зависит от приложений, которыми она будет управляться, поэтому выбор СУБД — привилегия разработчика, а не пользователя. 

Postgres Pro

Объектно-реляционная СУБД Postgres Pro разработана компанией Postgres Professional с использованием свободно распространяемой СУБД PostgreSQL и значительно переработана под требования корпоративного сегмента. Входит в реестр российского ПО.

Arenadata DB

Реляционная СУБД Arenadata DB (ADB) — построена на свободно распространяемой СУБД Greenplum. Входит в реестр российского ПО.

СУБД Ред База Данных

Реляционная СУБД, основанная на свободно распространяемой СУБД Firebird. Входит в реестр российского ПО.

Что предлагает Corpsoft24

Мы предлагаем в аренду серверы для самостоятельного развертывания и управления СУБД в облаке. Размещение в облаке имеет несколько преимуществ сравнительно с локальным: 

  1. Доступ из любой точки, что удобно организациям с несколькими филиалами и удаленными сотрудниками.

  2. Масштабируемость — практически неограниченные ресурсы для работы с данными. 

  3. Отказоустойчивость и высокая производительность без задержки и сбоев. 

  4. Резервное копирование для защиты данных.  


Автор: Сергей Драгун

Получить доступ к виртуальной инфраструктуре Corpsoft24

Подробнее



Поверхностное моделирование с параметрическим моделированием по сравнению с моделированием подразделений

Все больше и больше инженеров и дизайнеров привлекаются для разработки внешнего вида новых продуктов. Визуальная привлекательность продукта часто играет огромную роль в его популярности. Из-за этого, особенно на этапе разработки концепции, вы обычно хотите быстро создать несколько моделей, чтобы получить более четкое представление о том, чего хочет ваш клиент.

Органические формы сложно создавать с помощью программ параметрического моделирования. Если вам требуется целый день, чтобы создать одну концепцию, и еще один день, чтобы изменить ее, значит, вы уже два дня и все еще работаете с первой концепцией. Используя моделирование подразделения (Sub-D), вы можете упростить идею или концептуальную стадию проектирования, поскольку вам не нужно настраивать все подструктуры (кривые, поверхности и т. д.), необходимые в параметрическом моделировании.

Для создания окончательных моделей , которые пойдут в производство, используются методы параметрического моделирования и моделирования подразделений. Часто люди предполагают, что моделирование Sub-D предназначено только для этапа концепции дизайна, но это не так. Модели, созданные с использованием методов моделирования подразделений, часто идут непосредственно в производство без повторного создания модели с использованием методов параметрического моделирования поверхностей.

Тем не менее, чаще всего модели, созданные с помощью методов разделения поверхности, дополняются параметрическими элементами, такими как отверстия, фаски, ребра, элементы оболочки и т. д. Результирующая модель состоит из геометрии, созданной с использованием как параметрических технологий, так и технологий разделения. Обе технологии — подразделение и параметрическое моделирование — имеют свои плюсы и минусы. Более подробное изучение каждой технологии поможет определить, какой подход лучше всего подходит для ваших проектов.

Реверс-инжиниринг в SOLIDWORKS

 

Параметрическое моделирование

Клиенты SOLIDWORKS® знают все о возможностях параметрического моделирования, когда можно параметрически управлять геометрией с помощью размеров — измените одну вещь, и вся модель обновится автоматически, без необходимости перерисовывать модели. Вы можете внедрить интеллект в дизайн; эти «умные» твердые тела позволяют легко делиться ими с другими инженерами, которые могут быстро определить замысел проекта. Кроме того, ограничения, используемые в параметрическом моделировании, гарантируют, что любые изменения, внесенные в проект, будут сделаны с учетом замысла проекта.

Параметрическое моделирование основано на NURBS (неоднородных рациональных B-сплайнах). Геометрия поверхности решается буквально с помощью сети сплайнов, определяющих форму поверхности. Благодаря этому методу создания геометрии поверхности могут быть точными, поскольку форма сплайнов определяется реальной математикой; вот почему вы можете измерить его и ограничить его. Кривые, управляющие NURBS-поверхностями, могут иметь любую степень: 1-ю (плоские поверхности), 2-ю (цилиндрическую или коническую) и 3-ю (B-rep).

Реверс-инжиниринг в 3D Sculptor

 

Моделирование подразделений

Многие клиенты SOLIDWORKS уже пользуются преимуществами моделирования поверхностей с помощью подхода Sub-D к моделированию 3D Sculptor на платформе 3D EXPERIENCE®. Моделирование поверхностей с помощью Sub-D происходит сверхбыстро при создании контурных, эргономичных и органических форм. Вносить изменения настолько просто, что нет необходимости думать заранее, чтобы составить подробный план — 3D Sculptor — это концептуализация на стероидах.

Моделирование подразделения использует метод создания поверхности из ряда точек в пространстве. (Познакомьтесь с алгоритмом Катмулла-Кларка, который создает криволинейные поверхности с помощью моделирования поверхностей подразделения.) Точки соединяются ребрами, создавая сетку из прямоугольников. Поверхность создается путем запуска схемы уточнения прямоугольной сетки, в результате чего под ней получается гладкая поверхность.

В 3D Sculptor мы преобразовываем Sub-D в NURBS, чтобы с ним можно было работать так же, как с любой другой функцией САПР — вырезать, облицевать, снять фаску и т. д. Автоматическое преобразование в NURBS чрезвычайно точно по сравнению с исходным Sub -Д геометрия.

Работа с моделью 3D Sculptor на рабочем столе SOLIDWORKS

 

Плюсы и минусы параметрического моделирования поверхностей

Большинство из вас, вероятно, хорошо знакомы с параметрическим моделированием поверхностей. Как правило, вы создаете подструктуру, например скелет, из кривых, поверхностей, плоскостей, точек и т. д., чтобы использовать ее для лофта и смешивания поверхностей вместе. Сочетание этого с возможностью пересечения и обрезки поверхностей позволяет создавать уникальные формы, которыми можно параметрически управлять, изменяя размеры базовых элементов скелета.

Многим инженерам и дизайнерам очень удобно использовать эти методы наплавки, и они доказали свою эффективность в течение десятилетий. Однако у этой техники есть несколько недостатков. Во-первых, у вас должно быть довольно хорошее представление о форме, которую вы пытаетесь создать заранее. Это, вероятно, означает прохождение нескольких концептуальных тестовых моделей и/или ручных набросков, чтобы добраться до момента, когда вы действительно захотите потратить дополнительное время на создание окончательной версии. Даже небольшое изменение деталей, например, добавление складок, похожих на волдыри, на гладкой в ​​остальном поверхности модели, может означать необходимость вернуться и воссоздать исходную скелетную подструктуру, что может привести к часам переделок.

Кроме того, может быть сложно создать непрерывные поверхности с плавной кривизной, которые многие дизайнеры хотят создать во всех своих моделях. Часто они прибегают к скруглению, которое является отличной техникой для создания гладких поверхностей, но не дает тех же результатов, связанных с отраженным светом, которые вы получили бы с кривизной непрерывной поверхности.

Модель гоночного автомобиля в 3D Sculptor

 

Плюсы и минусы Sub-D Surfacing

Sub-D моделирование менее знакомо большинству инженеров и дизайнеров. SOLIDWORKS 3D Sculptor предоставляет возможности моделирования Sub-D в браузере. В моделировании Sub-D вы можете толкать и тянуть геометрию сетки, как если бы она была сделана из глины, чтобы создать свою форму. Часто вы проектируете на основе сборки 3D-деталей или проектируете с изображением в качестве эталона на заднем плане, что дает вам представление о том, как далеко тянуть и продвигать геометрию. У вас также есть функции, которые позволяют создавать четкие края (для складок и плоских поверхностей). Первоначальную форму легко увеличить, выдавливая и изгибая геометрию. Масштабом модели можно управлять с помощью размеров ограничительной рамки.

Большим преимуществом использования моделирования Sub-D является то, что вы можете быстро разрабатывать совершенно разные модели, просто толкая, вытягивая, выдавливая и сгибая геометрию. Поверхности имеют естественную непрерывную кривизну, что придает органичный вид, за исключением областей, где вам нужны складчатые и плоские поверхности. Это делает работу с конечными клиентами гораздо более управляемой — будь то личное общение или онлайн-встреча.

Радикальные изменения дизайна можно вносить в режиме реального времени, что позволяет вам сотрудничать с вашим клиентом, чтобы получить желаемую форму. Попытка сделать это, когда модель построена с использованием методов параметрической обработки поверхности, обычно приводит к созданию заметок или пометок на чертеже или изображении для проекта, часам переделки, а затем еще одной встрече. Возможность быстро создать несколько версий модели является ключом к тому, чтобы получить одобрение дизайна от вашего клиента на более ранних этапах процесса и ускорить окончательную доставку.

Но у моделирования Sub-D есть и некоторые недостатки.

Моделирование Sub-D не подходит для создания общих элементов, таких как отверстия, ребра, фаски и т. д., которые обычно встречаются на пластиковых и литых деталях. Чтобы добавить эти функции, необходимо получить доступ к возможностям параметрических функций, которые вы найдете в настольных и браузерных инструментах SOLIDWORKS, таких как SOLIDWORKS 3D Creator. К счастью, при использовании 3D Creator и 3D Sculptor можно быстро и легко переключаться между параметрическим и Sub-D моделированием — это буквально нажатие кнопки. В один момент вы создаете параметрические элементы и поверхности с помощью 3D Creator, а в следующий момент создаете поверхности подразделения красивой формы с помощью 3D Sculptor. 3D EXPERIENCE SOLIDWORKS предоставляет вам лучшее из всех миров в одном предложении: 3D EXPERIENCE SOLIDWORKS, 3D Creator, 3D Sculptor, а также доступ к 3D платформе XPERIENCE.

Что лучше?

Как указано выше, как параметрическое моделирование поверхности, так и моделирование поверхности Sub-D имеют свои преимущества и недостатки. Но ясно, что, по крайней мере, на концептуальной стадии, моделирование Sub-D может значительно улучшить достижение согласованного проекта быстрее и проще, чем параметрическое покрытие. Кроме того, если изменения в вашей модели на этапе проектирования / детализации требуют значительной переделки, также может быть выгодно использовать методы Sub-D , поскольку изменения вносятся быстрее и проще. И, наконец, если кривизна вашего проекта непрерывна по всей поверхности, может оказаться выгодным использовать моделирование Sub-D вместо параметрического моделирования поверхности.

Если вы являетесь клиентом SOLIDWORKS для настольных ПК, который уже использует поверхностную обработку, вам следует просто просмотреть Sub-D моделирование как новый инструмент в наборе инструментов. Однако реальность такова, что сочетание Sub-D и параметрического моделирования поверхности, как правило, является лучшим решением для большинства проектов. Многие пользователи оптимизируют рабочие процессы — иногда выполняя проекты в два раза быстрее — за счет использования как параметрического моделирования SOLIDWORKS, так и моделирования Sub-D в 3D Sculptor.

Дополнительная информация

3D EXPERIENCE SOLIDWORKS соединяет ведущее в отрасли решение SOLIDWORKS 3D CAD с платформой 3D EXPERIENCE, единой облачной средой разработки продуктов и включает в себя Sub-D и параметрическое моделирование поверхностей.

Если вам нужна дополнительная информация об этих продуктах, обратитесь к местному торговому посреднику.

  • Биография
  • Последние сообщения

Крейг Терриен — менеджер по продукту в SolidWorks

  • Новый год, новые и улучшенные пресс-формы — 4 января 2023 г.
  • Что нового в SOLIDWORKS 2023 3D CAD — 5 октября 2022 г.
  • Совместная работа стала быстрее, проще и эффективнее благодаря весеннему обновлению 3DEXPERIENCE SOLIDWORKS — 11 мая 2022 г.

Subdivision Surfaces (SubD)

Я бы оказал Modo, всей команде разработчиков и каждому из вас, читающих это руководство, медвежью услугу, если бы я не представил Subdivision Surfaces (SubD). На мой взгляд, SubD — это то, что привлекло внимание к Modo, когда он был впервые выпущен, и по сей день Modo по-прежнему является предпочтительным инструментом для работы с поверхностными сетками подразделения.

Subdivision Surfaces — это алгоритм уточнения, который создает гладкую криволинейную поверхность из грубой полигональной сетки. Исходную полигональную сетку часто называют контрольной клеткой или просто клеткой. Когда полигональная сетка преобразуется в поверхности подразделения, создается более гладкая сетка, состоящая из большего количества полигональных граней.

В этом видеоролике кратко рассматривается работа с Subdivision Surfaces в Modo.

В отличие от куба, который мы разделили с помощью команды «Разделить» (D) в разделе «Работа с инструментами», преобразование в поверхности подразделения не является разрушительным, и его можно включать и выключать с помощью сочетания клавиш (Shift+Tab). Если вы хотите навсегда преобразовать сетку SubD в полигональную сетку, используйте команду «Заморозить» (Geometry/Freeze).

(рис. 5.0) показывает куб как в полигональном режиме, так и в режиме SubD. Modo предлагает два варианта SubD: Modo Subdivs (Tab) и Catmull-Clark SubDs (Shift+Tab). Наиболее часто используемый алгоритм поверхности подразделения — это алгоритм Катмулла-Кларка, разработанный Эдвином Кэтмуллом и Джимом Кларком.

В то время как Modo Subdivs (Tab) является приемлемым алгоритмом SubD, SubD Catmull-Calark (Shift+Tab) являются отраслевым стандартом, поэтому я рекомендую использовать их в каждом создаваемом вами SubD-ресурсе.

Хотя поверхности подразделения Catmull-Clark принимают полигоны, не являющиеся четырехугольниками (tris и ngons), рекомендуется, чтобы 3D-сетки состояли в основном из четырехугольных граней. Модель инопланетянина на (Рисунок 5.1) представляет собой четырехугольную сетку, видимую в грубом многоугольном состоянии, а (Рисунок 5. 2) показывает сглаженное состояние SubD.

Одним из основных преимуществ работы с поверхностями подразделения является возможность настройки уровня подразделения. Это дает вам полный контроль над плотностью сетки во время рендеринга. Вы можете настроить уровень подразделения, используя атрибуты, находящиеся на вкладке «Поверхность» в окне «Свойства» (рис. 5.3).

Моделируете ли вы, риггируете, анимируете или создаете UV для сложного гладкого объекта, вам почти всегда будет легче манипулировать и настраивать полигональную клетку сетки.

Топология играет важную роль при создании любого 3D-объекта, но при моделировании с использованием поверхностей подразделения следует уделять больше внимания чистой топологии. Какой бы мощной ни была геометрия SubD, важно помнить, что с большой силой приходит большая ответственность.

Полигональные модели гораздо более щадящие, чем сетки SubD. Булевы операции могут быть находкой при построении полигональной сетки, но могут нанести ущерб при моделировании с использованием поверхностей подразделения.

Многие художники никогда не тратят время на полное понимание того, как работать с топологией SubD, и создают слишком плотные, сложные сетки, с которыми трудно работать на каждом этапе производства. Старая поговорка «не суди о книге по обложке» верна и для 3D-ресурсов. Не видя базовой топологии сетки, может быть трудно, если вообще возможно, узнать, жизнеспособна ли она для производства.

Хорошей новостью является то, что как только вы по-настоящему освоите работу с поверхностями подразделения и получите контроль над топологией SubD ваших сеток, создание чистых, готовых к производству ассетов любого уровня сложности станет приятным занятием.

(рис. 5.4) показывает несколько основных примеров того, как SubD можно использовать на сетках с твердой поверхностью, таких как транспортные средства и промышленное оборудование.

No related posts.