Содержание

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»

Базы данных и их разновидности

База данных (БД) –это совокупность массивов и файлов данных, организованная по определённым правилам, предусматривающим стандартные принципы описания, хранения и обработки данных независимо от их вида.

Основные классификации баз данных

Существует огромное количество разновидностей баз данных, отличающихся по различным критериям. Основные из них:

  1. Классификация по модели данных

Центральным понятием в области баз данных является понятие модели.

Модель данных — это некоторая абстракция, которая, будучи приложима к конкретным данным, позволяет пользователям и разработчикам трактовать их уже как информацию, то есть сведения, содержащие не только данные, но и взаимосвязь между ними.

Виды:

  • Иерархическая.
  • Объектная и объектно-ориентированная.
  • Объектно-реляционная.
  • Реляционная.
  • Сетевая.
  • Функциональная.

1) Иерархическая база данных – каждый объект, при таком хранение информации, представляется в виде определенной сущности, то есть у этой сущности могут быть дочерние элементы, родительские элементы, а у тех дочерних могут быть еще дочерние элементы, но есть один объект, с которого все начинается. Получается своеобразное дерево. Примером иерархической базы данных может быть документ в формате XML или файловая система компьютера.

Следует сказать, что базы данных подобного вида оптимизированы под чтение информации, то есть базы данных, имеющие иерархическую структуру умеют очень быстро выбирать запрашиваемую информацию и отдавать ее пользователям. Но такая структура не позволяет столь же быстро перебирать информацию. Здесь можно привести первый пример из жизни: компьютер может легко работать с каким-либо конкретным файлом или папкой (которые, по сути, являются объектами иерархической структуры), но проверка компьютера антивирусам осуществляется очень долго. Второй пример – реестр Windows.

На изображении Вы можете увидеть структуру иерархической базы данных. В самом верху находится родитель или корневой элемент, ниже находятся дочерние элементы, элементы находящиеся на одном уровне называются братьями или соседними элементами. Соответственно, чем ниже уровень элемента, тем вложенность этого элемента больше.

Объектные базы данных — это модель работы с объектными данными.

Такая модель баз данных, несмотря на то, что она существует уже много лет, считается новой. И её создание открывает большие перспективы, в связи с тем, что использование объектной модели баз данных легко воспринимается пользователем, так как создается высокий уровень абстракции. Объектная модель идеально подходит для трактовки такого рода объектных данных как изображение, музыка, видео, разного вида текст.

Объектно-ориентированная база данных (ООБД) — база данных, в которой данные моделируются в виде объектов, их атрибутов, методов и классов.

Объектно-ориентированные базы данных обычно рекомендованы для тех случаев, когда требуется высокопроизводительная обработка данных, имеющих сложную структуру.

2) Объектно-реляционные СУБД объединяют в себе черты реляционной и объектной моделей. Их возникновение объясняется тем, что реляционные базы данных хорошо работают со встроенными типами данных и гораздо хуже — с пользовательскими, нестандартными. Когда появляется новый важный тип данных, приходится либо включать его поддержку в СУБД, либо заставлять программиста самостоятельно управлять данными в приложении.

Не всякую информацию имеет смысл интерпретировать в виде цепочек символов или цифр. Представим себе музыкальную базу данных. Песню, закодированную в виде аудиофайла, можно поместить в текстовое поле большого размера, но как в таком случае будет ли осуществляться текстовый поиск?

3) Реляционная(или табличная) БД содержит перечень объектов одного типа, т.е. объектов с одинаковым набором свойств.

Такую базу удобно представлять в виде двумерной таблицы (или, чаще всего, нескольких связанных между собой таблиц).

Примером такой таблицы может служить БД «Учащиеся», представляющая собой перечень объектов (учеников), каждый из которых имеет фамилию, имя, отчество, дату рождения, класс, номер личного дела и др.

Столбцы такой таблицы называют полями; каждое поле характеризуется своим именем (названием соответствующего свойства объекта) и типом данных, которые это поле может хранить. Каждое поле обладает определенным набором свойств (размер, формат и т. п.). Т. о., поле БД — это столбец таблицы, содержащий значения определенного свойства объектов.

Строки таблицы являются записями. Записи разбиты на поля. Каждая строка таблицы содержит запись об одном единственном объекте, включая все его свойства.

В каждой таблице должно быть хотя бы одно ключевое поле, содержимое которого уникально для любой записи в этой таблице. Значения ключевого поля однозначно определяют каждую запись в таблице. В приведенном выше примере ключевым полем может являться поле «Номер личного дела». Очень часто в качестве ключевого поля используется поле, содержащее данные типа счетчик.

4) Сетевые базы данных являются своеобразной модификацией иерархических баз данных. Если Вы внимательно смотрели на изображение выше, то наверняка обратили внимание, что к каждому нижнему элементу идет только одна стрелочка от верхнего элемента. То есть у иерархических баз данных у каждого дочернего элемента может быть только один потомок. Сетевые базы данных отличаются от иерархических тем, что у дочернего элемента может быть несколько предков, то есть элементов стоящих выше него. Для большей наглядности и понимания структуры сетевых баз данных обратите внимание на изображение:

Стоит заметить, что сетевые базы данных обладают примерно теми же характеристиками, что и иерархические базы данных. Но сейчас нас не особо интересуют иерархические и сетевые базы данных, данная тема больше относится к формату XML.

5) Функциональные базы данных используются для решения аналитических задач: финансовое моделирование и управление производительностью. Функциональная база данных или функциональная модель отличается от реляционной модели. Функциональная модель также отличается от других аналогично названных концепций, включая модель функциональной базы данных DAPLEX и базы данных функциональных языков.

Функциональная модель является частью категории оперативной аналитической обработки (OLAP электронной таблице,), поскольку она включает многомерное иерархическое объединение. Но она выходит за рамки OLAP, требуя ориентирования ячейки, подобно тому, где ячейки могут быть введены или рассчитаны как функции других ячеек. Также, как и в электронных таблицах, данная модель поддерживает интерактивные вычисления, в которых значения всех зависимых ячеек автоматически обновляются каждый раз, когда изменяется значение ячейки.

  1. Классификация по содержимому

Примеры:

  • Географическая.
  • Историческая.
  • Научная.
  • Мультимедийная.
  • Клиентская.
    1. Классификация по степени распределённости:
  • Централизованная или сосредоточенная (англ. centralized database): БД, которая полностью поддерживается на одном компьютере.
  • Распределённая (англ. distributed database): БД, составные части которой размещаются в различных узлах компьютерной сети в соответствии с каким-либо критерием.
  • Неоднородная (англ. heterogeneous distributed database): фрагменты распределённой БД в разных узлах сети поддерживаются средствами более одной СУБД.
  • Однородная (англ. homogeneous distributed database): фрагменты распределённой БД в разных узлах сети поддерживаются средствами одной и той же СУБД.
  • Фрагментированная или секционированная (англ. partitioned database): методом распределения данных является фрагментирование (партиционирование, секционирование), вертикальное или горизонтальное.
  • Тиражированная (англ. replicated database): методом распределения данных является тиражирование.
    1. Классификация БД по среде физического хранения:
  • БД во вторичной памяти (традиционные): средой постоянного хранения является периферийная энергонезависимая память (вторичная память) — это, как правило, жёсткий диск. В оперативную память СУБД помещает лишь кэш и данные для текущей обработки.
  • БД в оперативной памяти (in-memory databases): все данные находятся в оперативной памяти.
  • БД в третичной памяти (tertiary databases): средой постоянного хранения является отсоединяемое от сервера устройство массового хранения (третичная память), как правило, на основе магнитных лент или оптических дисков. Во вторичной памяти сервера хранится лишь каталог данных третичной памяти, файловый кэш и данные для текущей обработки; загрузка же самих данных требует специальной процедуры.

SQL

SQL — язык структурированных запросов, основной задачей которого является предоставление простого способа считывания и записи информации в базу данных.

Функции языка SQL:

  • Организация данных – создание и изменение структуры баз данных.
  • Чтение данных.
  • Обработка данных – удаление, добавление и корректировка данных.
  • Управление доступа к данным – предоставление привилегий (ограничение возможностей) пользователю для чтения и изменения данных.
  • Совместное использование данных — координация общего пользования данных многими пользователями.
  • Целостность данных – защита данных от разрушения при сбое системы или других обстоятельствах.

СУБД

Большинство современных СУБД построено на реляционной модели данных. Для получения информации из отношений (таблиц) базы данных в качестве языка манипулирования данными в теоретическом плане используется язык SQL

СУБД — система управления базами данных, совокупность программных и лингвистических средств общего или специального назначения, обеспечивающих управление созданием и использованием баз данных

Основные функции СУБД:

  • Управление данными во внешней памяти (на дисках).
  • Управление данными в оперативной памяти с использованием дискового кэша.
  • Журнализация изменений, резервное копирование и восстановление базы данных после сбоев.
  • Поддержка языков БД (язык определения данных, язык манипулирования данными).

Типы данных в SQL

Каждый столбец в таблице базы данных должен иметь имя и тип данных.

SQL разработчики должны решить, какие типы данных будут храниться внутри каждого столбца таблицы при создании таблицы SQL. Тип данных представляет собой метку и ориентир для SQL, чтобы понять, какой тип данных, как ожидается, внутри каждого столбца, а также определяет, как SQL будут взаимодействовать с хранимыми данными.

В следующей таблице перечислены общие типы данных в SQL:

SQL Data Type — Краткий справочник в разрезе БД

Тем не менее, различные базы данных предлагают различные варианты для определения типа данных.

В следующей таблице приведены некоторые из общих названий типов данных между различными платформами баз данных:

Базы данных | Открытые видеолекции учебных курсов МГУ

Программа курса: понятие базы данных (БД) и систем управления БД (СУБД). Области приложенийбаз данных. Интерфейсы СУБД для обеспечения интерактивного доступа к данным исоздания прикладных программ. Языки запросов, запросы через формы. Типичныефункции СУБД. Понятия транзакции, целостности и защищенности данных.Концептуальные модели данных.Типы моделей БД (иерархические, сетевые, реляционные).Реляционные БД. Реляционная модель данных. Реляционная алгебра иреляционное исчисление. Нормальные формы отношений.Язык баз данных SQL. Основные средства манипулирования данными. Средствауправления и изменения схемы базы данных, определения ограничений целостности,представлений базы данных, привилегий доступа к данным.

Список всех тем лекций

Лекция 1. Содержание курса. Информационные системы.
Представление лектора, биография. Содержание первой части курса Содержание второй части курса Содержание третьей части курса Содержание четвёртой части курса Список рекомендованной литературы План первой лекции Информационные системы Устройства внешней памяти

Лекция 2. Информационные системы.
Устройства внешней памяти Файловые системы Структуры файлов Логическая структура ФС и именование файлов Авторизация доступа к файлам Многопользовательский доступ Области разумного применения файлов Потребности информационных систем

Лекция 3. Функции СУБД.
Потребности информационных систем Целостность данных Языки запросов Транзакции, журнализация и многопользовательский режим СУБД как независимый системный компонент Итоги потребностей информационных систем Функции СУБД Непосредственное управление данными во внешней памяти Управление буферами оперативной памяти Управление транзакциями Журнализация Поддержка языков БД

Лекция 4.

История СУБД.
Типовая организация современной СУБД 1960-е гг. 1970-е гг. 1980-е гг. 1990-е гг. 2000-е гг. 2010-е гг. Россия и СССР Классификация СУБД

Лекция 5. Классификация СУБД.
Классификация по модели данных Универсальные и cпециализированные СУБД Файл-серверные, клиент-серверные СУБД Классификация по месту хранения БД Классификация по типу параллельности

Лекция 6. Модели данных.
Модели данных СУБД Реляционная модель данных Ранние модели данных Модель данных инвертированных таблиц Иерархическая модель данных Сетевая модель данных Реляционная модель данных

Лекция 7.

Реляционная модель данных.
Реляционная модель данных Реляционные структуры данных Манипулирование реляционными данными Целостность в реляционной модели данных Современные модели данных

Лекция 8. ОО-модель данных.
Современные модели данных ОО-модель данных Литеральные типы данных Объектные типы данных

Лекция 9. Модель данных SQL.
Объектные типы данных Манипулирование данными Ограничения целостности Модель данных SQL Типы данных Булевский тип

Лекция 10. Типы данных в SQL.
Булевский тип Типы коллекций Пользовательские типы Типизированная таблица Манипулирование данными

Лекция 11. Истинная реляционная модель данных.
Манипулирование данными Ограничения целостности Истинная РМД Скалярный тип данных

Лекция 12. Реляционные алгебра и исчисление.
Кортежный тип данных Манипулирование данными Ограничения целостности Реляционные алгебра и исчисление Базовые операции алгебры A

Лекция 13. Реляционные алгебра и исчисление.
Базовые операции алгебры А С помощью базовых операций А можно выразить все операции алгебры кода Базовый набор операций алгебры А избыточен Реляционное исчисление Реляционное исчисление кортежей

Лекция 14. Реляционное исчисление. Проектирование реляционных баз данных на основе учета функциональных зависимостей.
Реляционное исчисление кортежей Реляционное исчисление доменов Проектирование реляционных и SQL-ориентированных баз данных Элементы теории функциональных зависимостей

Лекция 15. Проектирование реляционных баз данных на основе учета функциональных зависимостей.
Элементы теории функциональных зависимостей Базовые определения и утверждения теории функциональных зависимостей Декомпозиция без потерь и функциональные зависимости Минимальные FD и вторая нормальная форма

Лекция 16. Проектирование реляционных баз данных на основе учета функциональных зависимостей.
Нетранзитивные FD и 3NF Перекрывающиеся возможные ключи и BCNF Проектирование реляционных баз данных: дальнейшая нормализация MVD и 4NF Зависимости проекции/соединения 5NF

Лекция 17. Проектирование реляционных баз данных с использольванием E/R-диаграмм.
Ответ на вопрос Зависимости проекции/соединения 5NF Заключение Проектирование реляционных баз данных с использованием E/R-диаграмм и диаграмм классов языка UML Семантические модели данных Семантическая модель Entity-Relationship

Лекция 18. Семантическая модель Entity-Relationship.

Семантическая модель Entity-Relationship Уникальные идентификаторы типов сущности Нормальные формы E/R-диаграмм Более сложные элементы E/R-модели Получение реляционной схемы из E/R-диаграммы

Лекция 19. Диаграммы классов языка UML.
Диаграммы классов языка UML Основные понятия диаграмм классов UML Ограничения целостности и язык OCL

Лекция 20. Проектирование реляционных баз данных с использованием диаграмм классов языка UML. Структуры данных в SQL-ориентированной СУБД.
Ограничения целостности и язык OCL Получение схемы реляционной базы данных из диаграммы классов UML Введение Хранение таблиц В+-деревья

Лекция 21. Структуры данных в SQL-ориентированной СУБД.
В+-деревья Интерфейс RSS Группы операций

Лекция 22. Структуры данных в SQL-ориентированной СУБД. Методы управления транзакциями.
Интерфейс RSS Хэширование Журнальная информация Служебная информация Методы управления транзакциями Общее понятие транзакции и основные характеристика транзакций

Лекция 23. Методы управления транзакциями. Синхронизационные блокировки, временные метки и версии.
Общее понятие транзакции и основные характеристика транзакций Изолированность транзакций Сериализация транзакций Методы сериализации транзакций Синхронизационные блокировки

Лекция 24. Синхронизационные блокировки, временные метки и версии. Средства журнализации и восстановления баз данных.
Синхронизационные блокировки Синхронизационные тупики, их распознавание и разрушение Метод временных меток Версионные методы Средства журнализации и восстановления баз данных Буферизация блоков базы данных в основной памяти

Лекция 25. Средства журнализации и восстановления баз данных.
Буферизация блоков базы данных в основной памяти Управление буферным пулом базы данных Физическая синхронизация Протокол упреждающей записи в журнал Индивидуальный откат транзакции Восстановление после мягкого сбоя Восстановление физической согласованности базы данных

Лекция 26. Средства журнализации и восстановления баз данных.
Восстановление физической согласованности базы данных Восстановление базы данных после жесткого сбоя Заключение

Введение в SubD (Subdivision Surface Modeling) в Rhino3d v7

В этом видео Фил Кук из Simply Rhino рассматривает SubD, или Subdivision Surface Modeling, который разрабатывается для Rhino v7.

Традиционно объекты SubD основаны на сетке и хорошо подходят для более приблизительных типов моделирования, таких как моделирование персонажей и создание гладких органических форм, управляемых приблизительным образом.

 

0

0

 

Объекты Rhino SubD, тем не менее, представляют собой высокоточные поверхности на основе сплайнов и, таким образом, вносят определенный уровень точности в процесс создания сложных форм произвольной формы. В то время как традиционное редактирование ребер, граней и вершин SubD «push-pull» включено, команды поверхности Rhino, такие как Loft, Revolve, Sweep 1 & 2 и Extrude, теперь производят прямой вывод SubD.

Точно так же кривая контрольной точки и интерполированная кривая имеют параметры «Дружественный SubD», которые позволяют создавать точные поверхности SubD из макета кривой с помощью метода, аналогичного тому, который можно использовать для моделирования NURBS, но с преимуществом присущей поверхности SubD гладкости. .

 

Видео начинается с изучения поверхностей SubD и их сравнения с NURBS, прежде чем перейти к рассмотрению некоторых примеров того, как и почему SubD можно использовать вместе с традиционным рабочим процессом NURBS в Rhino.

Посмотрите видео с введением в инструменты SubD в Rhino v7:

 

 

Введение в инструменты SubD в Rhino v7 Video Transcript.

Мы сделали расшифровку видео для всех, кто хочет следить за видео по сценарию.

Следуйте расшифровке видео здесь:

Это Фил из Simply Rhino, и сегодня я хотел бы взглянуть на моделирование SubD, которое является новым в Rhino v7.

Здесь я использую незавершенную версию программного обеспечения, поэтому некоторые функции могут быть доработаны к моменту выпуска продукта.

Что такое SubD?

Итак, прежде всего, что такое SubD? Поверхности SubD или SubDivision — это новый тип объектов внутри Rhino. Если мы вернемся к версии 6, у нас будут NURBS-объекты и сетки. Проще говоря, NURBS-поверхности можно рассматривать как непрерывное описание, в данном случае, искривленного объема. В зависимости от степени и расположения контрольных точек кривые и поверхности NURBS могут иметь постоянные радиусы или могут использоваться для описания непрерывных форм произвольной формы кривизны.

Сетки, с другой стороны, могут только аппроксимировать геометрию кривой. Если мы посмотрим на пример сетчатой ​​сферы, то только вершины сетки соприкасаются с условной сферой. Ребра сетки экстраполируются из этих вершин путем отслеживания прямого пути через пары точек, после чего между тремя или четырьмя ребрами сетки создаются плоские грани сетки.

Если вы какое-то время пользовались Rhino3d, возможно, вы знакомы с такими плагинами, как T-Splines и Clayoo. Они привнесли рабочий процесс SubD в Rhino, но, что особенно важно, они были основаны на сетке. Таким образом, основная геометрия представляла собой сетку, которая была сглажена, чтобы аппроксимировать поверхность с непрерывной кривизной или полиповерхность.

Новые объекты SubD в Rhino основаны на сплайнах. Таким образом, как и в случае с NURBS-объектами Rhino, они обеспечивают непрерывное описание геометрии кривой. Это означает, что геометрия SubD может быть точно создана в Rhino, и это преодолевает одно из основных критических замечаний рабочих процессов SubD на основе сетки, которые часто считаются приблизительными.

Новые объекты SubD в Rhino можно создать несколькими способами. Команды поверхности, такие как Loft, Revolve, Sweep1, Sweep2 и Extrude, имеют возможность создавать выходные данные SubD. Команды Curve имеют удобные для SubD параметры и, конечно же, ряд примитивов. Существуют также рабочие процессы, в которых сетки могут быть преобразованы в объекты SubD. Наконец, SubD-объекты Rhino можно без потерь преобразовать в NURBS-объекты.

 

Сравнение геометрии SubD Rhino с NURBS в Rhino3d v7

 

Итак, чем SubD отличается от NURBS и зачем они нам нужны?

Давайте рассмотрим первую часть этого вопроса и сравним открытую и закрытую NURBS-поверхности с открытой и закрытой SubD-поверхностями.

Слева у меня деформируемая сфера степени 3 и плоская поверхность степени 3, а справа их SubD-эквиваленты. Теперь нам не нужно заниматься вопросом степени с объектами SubD, но, вообще говоря, они аналогичны непрерывным поверхностям степени кривизны 3.

С закрытой поверхностью NURBS я могу включить контрольные точки, выбрать некоторые из них и плавно настроить форму. Я могу сделать то же самое с объектом SubD, но я также могу использовать подопцию выбора, которая в Windows (сочетание клавиш) Shift, Control и щелчок левой кнопкой мыши, и я могу выбрать одну или несколько граней или одно или несколько краев для настройки форма плавная.

  Хотя поверхности SubD в основном гладкие, я могу добавить к ним складки, и это делается путем выбора краев, и здесь я могу выбрать подобъект и дважды щелкнуть, чтобы выбрать границу края, а затем, когда я выбрал эти края, Я могу добавить к ним складку. Складки также можно удалить с помощью команды удаления складок.

 Возможно, самая большая разница между NURBS и SubD заключается в том, как мы добавляем локальное управление на поверхность. Если я просто посмотрю на NURBS-поверхность для начала, если я хочу добавить локальное управление в эту область, то мне нужно будет добавить строки и столбцы контрольных точек. Итак, я сделаю это, например, перейдя к редактированию, контрольным точкам и вставив узел, и я вставлю несколько узлов в направлении U. Затем я нажму переключатель и вставлю несколько узлов в направлении V. Таким образом, это даст мне более плотную область контрольных точек, но поскольку контрольные точки необходимо добавить по всему домену поверхности, другими словами, от края до края либо в направлении U, либо в направлении V, тогда я м добавляя сложности этой части поверхности и этой части поверхности. Однако это дает мне возможность добавлять локальные детали на поверхность вот так.

Если бы мы посмотрели на SubD, то с помощью SubD я могу разделить эту поверхность. Итак, я могу выбрать лицо, а затем я могу использовать команду SubDivide, чтобы разделить это лицо, и я могу продолжать добавлять больше SubDivisions по мере продвижения, а затем я могу выбрать одно из этих лиц и переместить его вверх, чтобы получить мой локальный контроль. .

Если я хочу вставлять ребра более контролируемым образом, а не просто разбивать всю область на части, я могу использовать команду InsertEdge, скопировать ребро и вставить его. И если я хочу переместить край, я могу использовать команду SlideEdge.

Команда InsertEdge имеет пропорциональный режим, двусторонний режим и абсолютный режим, и здесь вы можете увидеть разницу между абсолютным и пропорциональным режимом. Точно так же, когда я перемещаю края с помощью команды SlideEdge, я могу выбрать два края и перемещать их внутрь и наружу одновременно, и для этого у меня также есть пропорциональный и абсолютный режимы.

Основное различие между тем, как работает NURBS и SubD, заключается в том, что с NURBS у вас есть концепция либо одной поверхности, либо составной поверхности, которая представляет собой более одной поверхности, соединенной вместе частично или полностью совпадающий край. Итак, используя эту метафору, я могу взять шесть поверхностей, которые имеют общие совпадающие ребра, и соединить их в сплошную замкнутую полиповерхность.

Не существует понятия полиповерхности с SubD, поэтому для воспроизведения такой формы в SubD нам нужна одна поверхность SubD со складками на краях.

Однако существует рабочий процесс, который позволяет нам моделировать поли-поверхность NURBS в SubD, и это идет с оговоркой, что каждая из отдельных составляющих поверхностей поли-поверхности должна быть необрезанной поверхностью. Если это так, то мы можем взорвать нашу поли-поверхность и использовать инструмент преобразования в SubD. Важно, чтобы мы хотели, чтобы опция угла здесь говорила «да», чтобы мы могли сохранить эти острые углы отдельных поверхностей. Теперь у нас будет шесть отдельных поверхностей SubD, а затем мы сможем соединить их вместе с помощью инструмента соединения. Опять же, у нас будет выбор, что делать с краями. У нас могут быть гладкие края или изогнутые края. Здесь я выбрал согнутые края, и если мы посмотрим на свойства объекта, вы увидите, что у меня закрытый SubD, и если я хочу удалить складки с этих трех краев здесь, я просто выбираю их и использую команду RemoveCrease. инструмент.

Теперь мы вскоре вернемся к объекту, подобному этому, и рассмотрим альтернативу рабочему процессу NURBS в SubD.

 

Зачем использовать объекты SubD в рабочем процессе Rhino3d?

 

Итак, теперь мы немного знаем о том, что такое объекты SubD, давайте перейдем ко второй части вопроса, а зачем они нам нужны?

  Одним из ответов на этот вопрос является то, что моделирование поверхности SubDivision действительно полезно в ситуациях, когда моделирование в NURBS затруднено или проблематично. Простым примером этого является ветвь Y. Это то, что довольно легко смоделировать в NURBS, но становится сложнее, если ветви, как в этом примере, различаются по диаметру или расположение ветвей каким-либо образом неодинаково. Существует ряд методов, которые мы можем использовать в NURBS, но явным недостатком большинства из них является то, что если мы хотим произвести итерации или уточнения формы, то это может занять много времени, потому что мы должны заниматься не только контроль формы, а также соответствие непрерывности пересечения различных поверхностей.

Моделирование поверхности SubDivision дает нам более легкую альтернативу. Здесь я преобразовал три трубы в объекты SubD, так что давайте взглянем на быстрый подход. В примере с NURBS я использовал SplitEdge, а затем BlendSurf, чтобы создать переходы сбоку от формы Y. В SubD я могу использовать команду Bridge для аналогичного эффекта.

Теперь мне не нужно разбивать эти ребра, потому что я могу выбрать отдельные сегменты ребер, поэтому я собираюсь войти в команду «Мост» и выбрать одну половину большой трубы, и к нему есть четыре отдельных секции, а затем соответствующие четыре сегмента меньшей трубки. И затем введите, чтобы получить доступ к параметрам команды. Я могу выбрать количество сегментов, и я скажу, что хочу, чтобы здесь было четыре сегмента, и у меня есть ползунок, чтобы контролировать, насколько прямолинейна эта геометрия, и я приму это значение. Я могу управлять этой формой позже, если захочу ее настроить.

Далее я повторю процесс с другой стороны ответвления Y. Итак, снова я иду к команде «Мост», выбираю четыре сегмента, выбираю те же четыре сегмента здесь и оставляю параметры, как и раньше.

В примере NURBS я построил эту верхнюю поверхность перед построением передней поверхности, но я могу сделать это наоборот в примере SubD, и снова я могу использовать команду Bridge для создания вершины Y. Точно тот же процесс, что и предыдущий, и я приму этот результат.

 Хорошо, теперь у нас есть стороны Y-образной формы, и все, что мне нужно сделать, это закрыть это отверстие. Теперь я хочу сделать это таким образом, чтобы он был структурирован и сохранял некоторую регулярность топологии. Итак, еще раз, я собираюсь использовать команду Bridge, но сейчас я собираюсь соединить пары ребер, и теперь я хочу уменьшить количество сегментов до одного, и я могу их выпрямить. Итак, я хочу соединить здесь и здесь. Итак, вы видите, у меня осталось четыре дырки. Я повторю процесс внизу, а затем все, что мне нужно сделать, это заполнить эти отверстия, и есть команда FillSubDHole, которую я могу использовать для этого. Опять же, если я дважды щелкну здесь границу, она просто выделит всю дыру. Я могу выбрать все это сразу, войти и вот результат. И вы можете видеть, как это дает мне действительно хорошую топологию здесь. Я пропустил дыру здесь, так что давайте просто заполним ее.

Давайте посмотрим на карту окружения. Итак, мы видим, что все гладко. Но вы можете видеть, что у нас здесь есть небольшая вершина, как раз там. Итак, давайте посмотрим, как мы можем уменьшить это. Итак, на что я собираюсь обратить внимание, это взять этот край здесь и удалить его, и я думаю, что это даст мне более плавный переход от этой точки к этому краю. Я повторю процесс на нижней стороне, и давайте посмотрим на это с картой окружения. Итак, мы видим, что высокая точка теперь выглядит лучше.

Теперь, большое преимущество в том, что если я хочу начать играть с формой этого, то, например, если я хочу, возможно, нажать на форму Y здесь, сейчас мы получаем большое преимущество Подд. Итак, я включу жевательную резинку и просто протолкну это лицо внутрь. Я собираюсь отключить объектные привязки, просто чтобы случайно не привязаться к чему-либо, и теперь вы можете видеть, что, когда я вдвигаю это лицо или эту пару краев, как перемещаются соседние края и грани. с этим.

Итак, вся идея поверхности SubD заключается в том, что она по своей сути гладкая. Таким образом, это в некотором роде аналогично поверхности степени 3. Таким образом, он по своей сути гладкий, если, конечно, мы не укажем какие-либо складки. Итак, все, что мне нужно здесь, это форма этих объектов. Мне не нужно излишне беспокоиться о гладкости. И снова, если мы видим здесь высокие точки, мы можем использовать тот же процесс, что и раньше, для удаления этих маленьких краев здесь, чтобы улучшить форму. Итак, теперь это выглядит красиво и гладко.

Еще один способ, которым мы можем использовать команду Bridge для смешивания поверхностей, — создать переход между этими двумя открытыми краями. Итак, я буду использовать команду «Мост», дважды щелкните, чтобы выбрать весь цикл здесь, дважды щелкните, чтобы выбрать весь цикл здесь, введите, чтобы перейти к предварительному просмотру. Я добавлю немного сегментации и немного поиграю с этим значением прямолинейности. Итак, у нас есть хороший плавный переход между этими двумя поверхностями. И снова большое преимущество SubD здесь в том, что весь этот объект здесь рассматривается как одна поверхность с непрерывной кривизной. Итак, если я хочу настроить форму локально, например, чтобы сделать это асимметричным, скажем, я хочу подтолкнуть эту область вверх здесь, я могу это сделать, хорошо, и мне не нужно вообще беспокоиться о гладкости здесь. Возможно, мне придется посмотреть, что здесь происходит, и вставить и удалить некоторые ребра или ввести здесь другое ограничение. Итак, чтобы избежать слишком сильного изменения формы здесь, я мог бы вставить ребро здесь, дважды щелкнуть по всей петле ребра и добавить сюда больше контроля, и это будет означать, что это изменение формы происходит немного быстрее и не влияет на эту область.

Итак, вы можете видеть, что в этом примере этот SubD дает нам средство для создания плавного набора переходов между этими различными ветвями. Это было бы трудно смоделировать и, конечно же, трудно настроить, если бы мы смотрели на это исключительно как на NURBS-геометрию.

 

SubD с точностью! Функция изменения игры Rhino v7.

 

Рабочий процесс SubD может быть очень полезен для разработки стилевых поверхностей. Не только быстрые приближения, но и качественные, хорошо топологизированные поверхности, которые можно использовать для окончательных данных.

 В этой модели мыши большая часть формы была создана как SubD, прежде чем была преобразована в NURBS, где она затем была разделена на части перед добавлением более мелких деталей.

Так же, как и при моделировании NURBS-поверхности, управление топологией и сохранение простоты необходимы для создания поверхностей хорошего качества.

Итак, давайте начнем с создания удобных для SubD кривых и построения поверхностей непосредственно из них с помощью команд Rhino для поверхностей.

 

Команды Rhino Surface «Кривая контрольной точки»

 

Если мы сначала посмотрим на кривую контрольной точки, то сможем включить опцию SubD. Это фиксирует степень на уровне 3. Если я визуализирую контрольные точки открытой кривой SubD, то я увижу две скрытые ограниченные контрольные точки, которые находятся между первыми двумя и двумя последними точками, выбранными в реальном времени.

Если мы посмотрим далее на интерполированную кривую, то увидим, что существует гораздо более прямая связь с точками редактирования в дружественных к SubD кривых, и если я создам интерполированную кривую через точки редактирования моей первой кривой, мы увидим, что две кривые идентичный.

Итак, возвращаясь к верхней поверхности мыши, поверхность слева — это то, как я хотел бы, чтобы исходная поверхность SubD выглядела до того, как я заполню стороны, чтобы получить поверхность справа.

В классе Simply Rhino Intermediate/Advanced ведется много дискуссий о важности топологии при создании NURBS-поверхностей в том смысле, что если топология правильная, то форма почти сама собой упорядочится и ее можно будет корректно настроить. Итак, здесь, как и в случае с NURBS, важна компоновка кривой. Сначала я нарисовал большую синюю кривую как удобную для SubD кривую контрольной точки, а затем меньшую синюю кривую представляет собой масштабированную и скорректированную версию этой. Затем кривые красного сечения создаются с помощью интерполированной удобной для SubD кривой, которая проходит через конечные точки синих кривых. Это дает мне макет кривой, который я могу использовать с синими или красными кривыми и получить поверхность SubD, которая фактически совпадает с макетом кривой.

На данном этапе стороны формы все еще открыты, и у нас есть несколько способов их закрытия, которые в полной мере используют тот факт, что поверхности SubD по своей природе гладкие или непрерывные по кривизне.

 

Команды Rhino Surface «Мост»

 

Прежде всего, я могу использовать команду «Мост» с соответствующей прямолинейностью и количеством сегментов, а затем я могу использовать команду, называемую стежком, чтобы закрыть две оставшиеся пары ребер. .

Итак, давайте быстро взглянем на это. Я собираюсь использовать Bridge в первую очередь для создания моста между этим краем и этим краем, но я использую это способом, очень похожим на то, как мы использовали бы BlendSurf, если бы я использовал NURBS-форму. Итак, я собираюсь установить два сегмента и немного поиграть с прямолинейностью здесь, а затем, чтобы закрыть эти два края здесь и эти два края здесь, я собираюсь использовать Стежок. Собираемся подобрать первые две пары ребер, вторые две пары ребер. Это закроет их. Я могу скользить вверх или вниз по этим краям. Я могу выбрать первое или второе здесь. Первая будет здесь, вторая здесь, а средняя будет посередине. Итак, я просто вытягиваю это вверх, и тогда это дает мне складку, которую я могу удалить с помощью RemoveCrease, и теперь у меня есть хорошая форма с гладкими сторонами, которая поддерживает обычную топологию, которую я инициировал с моей кривой компоновкой.

Альтернативой этому подходу может быть закрытие стороны формы одной или несколькими гранями SubD. Это трудно визуализировать с помощью SubD в его гладкой форме. Итак, я собираюсь использовать команду SubDDisplayToggle, которая визуализирует плоские грани через контрольные точки, а не гладкую форму, интерполированную через точки редактирования. На данный момент для этого нет иконки, так что это моя самодельная иконка. Итак, если вы смотрите это видео с более поздним выпуском версии 7, бета-версией или в процессе разработки, вы наверняка не увидите этот значок.

Итак, теперь я собираюсь использовать команду под названием SingleSubDFace, и я собираюсь привязаться к точке вершины, а затем я могу соединить одну грань с остальной частью SubD. Здесь есть гладкий или гофрированный вариант. Я собираюсь выбрать плавный, а затем переключу дисплей обратно, и мы увидим результат. Итак, это дает мне немного другую топологию, чем раньше, и здесь более прямой участок.

Преимущество работы в этом прямоугольном режиме заключается в том, что форма очень просто выражается в виде прямых линий между точками вершин. Так что, если я хочу создать два лица на стороне фигуры здесь, я могу очень просто нарисовать здесь пару линий, которые, если хотите, дают мне цель, где разместить мои лица SubD. Итак, опять же, я могу привязаться к точкам вершин здесь, и теперь я могу создать две отдельные грани, которые я могу соединить с остальной частью SubD. Как и прежде, я буду использовать параметр сглаживания для соединения, а затем смогу переключить отображение обратно на сглаживание. Я уберу эти кривые, и тогда мы сможем увидеть форму.

 Итак, как и в случае с NURBS-объектами, я могу использовать сами контрольные точки для редактирования формы, и здесь я просто хочу немного вытянуть эту нижнюю точку, чтобы добавить немного кривизны этому нижнему краю. Итак, я наложу ограничение на плоскость C, направление Y и немного вытяну его, просто чтобы придать немного кривизны этому нижнему краю. Опять же, как и в случае с NURBS, помогает, если эта точка, эта точка и эта точка выровнены, потому что это поддерживает регулярность формы. Итак, если мы сейчас посмотрим на эту фигуру с нашей картой окружения, особенно если мы используем люминесцентную лампу, мы увидим, что у нас есть действительно хорошая прогрессия формы, и это действительно из-за простой топологии или компоновки. граней SubD.

Теперь, с SubD, мы не ограничены использованием четырехсторонних граней, и ограничение здесь — мой выбор, потому что я знаю, что последующий рабочий процесс будет включать преобразование в NURBS, а NURBS, конечно же, имеет четырехстороннюю топологию.

 Я просто немного изменю форму, изменив SubD, и я собираюсь использовать для этого манипулятор жвачки. Теперь, если я редактирую лица, было бы неплохо настроить жевательную резинку на выравнивание по объекту, потому что тогда, если я подобъектом выберу лицо, синее направление здесь указывает на нормальное направление этой поверхности, и если я выберу пару поверхностей, то это будет среднее нормальное направление этих поверхностей.

Если я собираюсь редактировать ребра, иногда лучше ограничить манипулятор, в данном случае С-плоскостью, чтобы я мог быть уверен, что перемещаю эти ребра на одной линии, в данном случае с оси Y плоскости C, и я собираюсь использовать здесь значок масштаба и просто слегка сдвину эти края внутрь, а затем выдвину эти два края наружу, просто чтобы получить отступ сбоку формы мыши. Что-то вроде этого. И затем я просто хочу сделать спину немного более округлой, когда я вижу это сверху, поэтому я должен быть в состоянии сделать это, выбрав эти два лица здесь. Извините, вот эти два края, а эти тянем вперед. Так что, опять же, я выберу перемещение по оси X в C-плоскости. Итак, я просто потяну их вперед. Вы можете видеть, как это округляется.

Теперь это должно сохранить топологию и форму, но опять же, было бы неплохо просто свериться с картой окружения, чтобы убедиться, что у нас все еще есть хорошее очертание формы. Итак, когда я доволен формой, я могу преобразовать ее в полиповерхность NURBS с помощью инструмента ConvertToNurbs, и когда я это сделаю, у меня есть возможность удалить входной объект, то есть SubD, или нет, и в этом случае, Я выберу нет, чтобы сравнить NURBS и поли-поверхность друг с другом. Итак, я просто использую здесь свой фильтр, чтобы отфильтровать поли-поверхность, чтобы я мог выбрать SubD и переместить его в сторону, и теперь мы можем видеть поли-поверхность слева и SubD справа. .

Теперь, когда мы используем преобразование NURBS, каждая грань на SubD становится патчем поверхности на поли-поверхности. Но преемственность между ними и общей формой должна быть одинаковой. Итак, здесь вы можете видеть, что у нас одинаковое разрешение формы на NURBS и SubD.

  Итак, двигаясь дальше, я выдавил нижнюю половину мыши SubD, продублировав границу поли-поверхности, затем соединил выдавливание с поли-поверхностью и создал между ними границу перехода, а затем скругление вдоль дно мышки. На этом этапе у меня была твердая поли-поверхность, которую я мог затем обычным способом начать разделять, пока не получил большинство основных компонентов, к которым затем можно было применить материалы и текстуры.

Другая стратегия разработки формы в SubD заключается в том, чтобы рассмотреть возможность использования контрольных точек или позиций вершин и начать с метафоры квадратного, а не гладкого объекта SubD. Это рабочий процесс, с которым вы можете быть знакомы, если у вас есть опыт работы с Clayoo или T-Splines.

Итак, здесь, например, я мог бы начать с создания ряда линий, которые определяют расположение контрольных точек моей желаемой формы. Затем я могу перейти к своим инструментам сетки и использовать инструмент, называемый сеткой из линий. Здесь я могу установить, что я хочу учитывать только максимум четыре стороны на грань, и я могу выбрать все эти линии за один раз и нажать Enter, и у меня будет закрытый объект-сетка. Теперь этот закрытый меш-объект будет таким же, как прямоугольная версия SubD, которую я хочу создать. Итак, теперь я могу выбрать сетку и запустить этот инструмент, ConvertToSubD. Я пока просто выберу удалить ввод, да. Здесь важно, чтобы опция интерполировать точки говорила «нет», потому что я не хочу интерполировать точки. Я хочу использовать здесь макет контрольных точек, а складки и углы также скажут «нет». Теперь это мой квадратный дисплей SubD, и если я его сгладлю, мы увидим форму.

Ранее в этом видео я рассматривал создание полиповерхности с острыми краями, эквивалентной одному объекту SubD / объекту со складками. Очень часто в моделировании NURBS, начиная с контролируемых острых краев, является правильным способом создания скруглений, сопряжений или переходных поверхностей, и очень часто эта геометрия лучше подходит для рабочего процесса NURBS. Однако повторение и корректировка результатов может занять много времени.

  В Rhino3d v7 представлено усовершенствование команды сглаживания краев, которое позволяет устанавливать задние углы в сложных условиях, например, если мне нужно три разных номинальных радиуса на этих сглаженных краях.

Итак, давайте прежде всего рассмотрим рабочий процесс NURBS. Итак, я перехожу к Solid, FilletEdge и BlendEdge и выбираю свой первый радиус, который я хочу сделать 20 мм, затем мой следующий радиус, который будет 60 мм, и, наконец, вертикальный угол, который я хочу сделать 50 мм. В предварительном просмотре вы увидите, что теперь команда BlendEdge создает эти смещенные углы, что является большим улучшением по сравнению со стандартным способом создания углов в Rhino v6.

 Однако проблема все еще возникает, если мы хотим пройтись по этим углам и поиграть с радиусами, потому что в данный момент нам нужно будет повторно запускать команду, а также отменять и повторять предыдущий результат. Таким образом, мы можем смоделировать этот тип угла как SubD. Итак, если мы начнем с такой же или похожей топологии, то здесь я собираюсь просто отметить точечным объектом, где начинается и заканчивается переход, а также контрольную точку для этого угла, а затем я собирается переместить эти точки и привязать их к SubD. Затем, что я могу сделать с моим SubD здесь, чтобы смоделировать этот угол, который даст мне что-то, с чем будет намного легче играть и регулировать, затем я могу удалить складку на этом крае, этом крае и этом крае, и затем я могу использовать команду скользящего края, чтобы скользить по этим краям и привязываться к этим точкам. Теперь, когда я делаю это и привязываюсь к точкам, это макет контрольной точки, который я на самом деле перемещаю сюда, привязываюсь к этому краю. Итак, если вы посмотрите на квадратный объект, вы увидите, что именно там находятся эти края, тогда как это интерполяция формы, сглаженная интерполяция. Итак, я просто продолжу двигать эти края, и они довольно близко, но я все равно буду их двигать. Если я посмотрю на оба из них с картой окружения, вы увидите, что результаты похожи. Фактически, эквивалент SubD здесь может быть немного лучше в том, как он контролирует это преимущество.

  Итак, это пример того, как мы можем использовать SubD для создания быстрых итераций дизайна, даже если мы можем смоделировать конечный результат как NURBS-поверхности.

 

Моделирование подразделений

Создано 31 марта 2011 г., 15:17.

Моделирование подразделений — это метод цифрового 3D-моделирования, используемый для создания чистых моделей с масштабируемой детализацией, которые хорошо выглядят при визуализации. Он в той или иной степени используется почти во всех отраслях, в которых работают цифровые художники. Говоря это, часто на усмотрение художника или инструмента, какую технику моделирования они предпочитают использовать. Другими популярными методами являются моделирование по полигонам, nurb-моделирование и цифровая скульптура.

Техника и последующее искусство моделирования подразделений возникли более или менее естественным образом из-за нескольких аспектов или явлений в том, как обычно визуализируется цифровое искусство. Двумя основными примерами этого являются метод по умолчанию, с помощью которого вычисляются нормали вершин, и способ, которым работает подразделение Кэтмулла – Кларка (в честь которого назван метод).

 

Пример модели подразделения

 

Вершина — это точка в пространстве, где встречаются различные линии (или ребра). Их можно рассматривать как углы геометрических фигур. Когда компьютер отображает форму на экране, есть два варианта. Либо он может визуализировать каждый многоугольник (или грань) этой формы как плоскую поверхность и выполнять расчеты освещения на основе этого, либо он может попытаться визуализировать некоторую сглаженную версию той же формы. Этот второй вариант часто является тем, что нам нужно, и именно здесь используются нормали вершин.

Если вместо того, чтобы смотреть на нормали грани (направление, на которое указывает грань), визуализатор смотрит на нормали вершин (направление, на которое указывает угол), то он может интерполировать (своего рода усреднение) это направление по треугольной грани. рендеринг, придающий ему плавный вид. На самом деле, для любого треугольника графические карты специально разработаны так, чтобы иметь возможность очень быстро интерполировать нормали от трех вершин в каждом углу. Это то, что происходит во всей трехмерной компьютерной графике, от «Властелина колец» до Quake II.

Но, прежде чем мы сможем сделать эту интерполяцию, мы должны разработать фактические нормали вершин для использования. На самом деле найти направление, в котором указывает вершина, невозможно (у нее нет поверхности, поэтому нет нормали), но обычно мы просто усредняем нормали граней для всех граней, прикрепленных к этой вершине, и используем это как приближение к нормальному.

Это позволяет нам рендерить гладкие поверхности с использованием угловой геометрии (и фиксированного количества полигонов), но за это приходится платить. Во многих случаях это работает не совсем так, как ожидалось, и может привести к визуальным артефактам или участкам освещения, которые выглядят странно. Они возникают из-за проблем с аппроксимацией нормалей вершин, а также с интерполяционными вычислениями по треугольникам. Но с хорошей сеткой эти артефакты можно свести к минимуму или даже преодолеть, и именно здесь вступает в действие моделирование подразделения.0005

 

В компьютерной графике практически для всего используются новые термины. Я, вероятно, уже бросил вам несколько новых, которые я буду пересматривать здесь, но как только вы освоитесь с ними, все станет намного проще объяснить. Причина, по которой некоторые из этих вещей имеют имена, также станет очевидной позже.

  • Вершина — Точка в пространстве, где сходятся края, угол фигуры.
  • Ребро — Соединение между двумя вершинами.
  • Polygon — грань трехмерной формы, соединяющая несколько вершин ребрами.
  • Сетка — Набор полигонов, фигура в 3D пространстве. Также упоминается как модель или тело.
  • Треугольник — многоугольник ровно с тремя вершинами.
  • Quad — многоугольник ровно с четырьмя вершинами.
  • N-Gon — Многоугольник с пятью и более вершинами.
  • Полюс — Вершина, из которой выходят три ребра.
  • N-полюс — Вершина с пятью или более ребрами, выходящими из нее.

 

Спрашивать, что делает хорошую сетку, почти то же самое, что спрашивать, что делает хорошую картину. Как и в большинстве случаев в жизни, здесь нет простого ответа, и, по правде говоря, хорошее моделирование действительно требует практики. Когда вы хорошо разбираетесь в подразделении, вы можете почувствовать, что делает хорошую сетку, и это будет видно при рендеринге. Тем не менее, безусловно, есть некоторые рекомендации, которым вы можете следовать, чтобы свести к минимуму визуальные артефакты и сделать вашу жизнь намного проще. Вот некоторые из основных. (Стоит отметить, что эти рекомендации также применимы почти ко всем моделям создания сеток и никоим образом не относятся к моделированию подразделений.)


Избегайте треугольников и полюсов

Треугольники и полюса можно рассматривать как две стороны одной медали. Они часто являются причиной странных артефактов сглаживания, поэтому их следует избегать, когда это возможно. Однако полностью избежать их просто невозможно; любая сетка потребует их некоторого количества. Часто их размещают с попыткой минимизировать их эффект. Есть два основных способа сделать это: либо разместить их на относительно плоской поверхности, либо «спрятать» их в плотно закрытых областях сетки. У человеческих персонажей это часто делается в подмышках, паху, суставах или вообще в любом месте с естественными складками на поверхности.

 

Полюса и треугольники, «спрятанные» на плоской части ключа


Избегайте N-угольников и N-полюсов

с использованием тех же приемов. Обычно люди стараются избегать их больше, чем треугольников или полюсов. В основном это связано с тем, что их сложнее моделировать, и с тем фактом, что чем больше количество ребер, входящих в полюс, или количество сторон лица, тем более странными становятся проблемы сглаживания.


Старайтесь строить свою сетку в основном из четырехугольников

Этот пункт часто кажется новичкам немного неверным. Например, если у вас есть некоторые знания о графике, вы знаете, что модели в любом случае всегда визуализируются только с использованием треугольников — все четырехугольники превращаются в треугольники перед визуализацией, обычно путем соединения ребра между двумя ближайшими вершинами. Таким образом, попытка построить свою сетку в основном из четырехугольников может показаться довольно избыточной и глупой. Но, по правде говоря, построение сетки с учетом четырехугольников — это самый простой способ избежать всех других плохих вещей, которые могут вызвать визуальные артефакты.

Не только это, но есть много-много причин, по которым работать с квадратными сетками проще, чем с другими запутанными и запутанными сетками. Их легче анимировать, легче смонтировать и проще практически с любой другой задачей, которую вы можете с ними выполнять.

Видео, показывающее наглядные примеры артефактов подразделения

 


Равномерное размещение вершин , вершины и детали. Это не нужно, и это не будет хорошо выглядеть, когда дело доходит до времени рендеринга. Что происходит, когда у вас есть сетка, полная продолгов, а не квадратов, вы получаете множество длинных тонких треугольников во время рендеринга. Это вызовет проблемы с интерполяцией и, как правило, будет выглядеть плохо. Слишком тонкие связки образуют на сетке что-то похожее на жесткие швы, что во многих случаях нежелательно.

Также идея состоит в том, чтобы расположить вершины так, чтобы плотность увеличивалась в областях с большим количеством деталей. Это придаст вашей сетке дополнительное определение там, где это необходимо, и не будет тратить полигоны в другом месте.

 

Хорошо расположенная голова


Фокус на теле, форме и потоке это не совсем соответствует моделируемому объекту. При моделировании вы должны представлять края, которые вы размещаете, следуя контурам объекта. Если вы моделируете что-то органическое, например человеческое тело, края должны следовать за движением мышц, выпуклостей, изгибов и складок. Это поможет с анимацией, манипуляциями и настройкой вашей сетки.

Форма над квадроциклом

Стоит также отметить, что этот пункт является наиболее важным. В то время как другие рекомендации уменьшают некоторые артефакты, они обычно рассматриваются как эстетический выбор и облегчают создание модели, а не исправляют ее окончательный вид.


Начинайте медленно, получайте удовольствие

Моделирование подразделений — это передовая техника. Это не та вещь, которую можно освоить за один сеанс. Если вы чувствуете, что ведете битву против моделирования подразделений, значит, вы делаете это неправильно. Начните с малого, получайте удовольствие и гордитесь тем, что вы создаете! Гораздо легче научиться моделировать подразделения, когда вы чувствуете, что вам это нравится.

 

Подразделение — это процесс, который сглаживает сетку, добавляя больше полигонов и вершин, сохраняя при этом форму. Четырехугольник будет сглажен в четыре четырехугольника, которые продолжат следовать контуру сетки. Этот процесс используется во многих вещах, от рендеринга до цифровой скульптуры. По сути, это то, что позволяет вам создавать сетки с управляемым количеством полигонов, прежде чем использовать подразделение, чтобы сделать их настолько гладкими, насколько это необходимо визуально.

 

Boots Mesh

 

Boots Smoothed

Subdivision, как и вычисление нормалей вершин, не является совершенным. Вы получаете артефакты одними и теми же способами. Кроме того, любые артефакты от нормалей вершин в исходной сетке (на одном уровне подразделения) останутся после разделения (на следующем уровне подразделения). В том, как это работает, есть прекрасная симметрия. При подразделении треугольники становятся полюсами, а N-угольники становятся N-полюсами. Обратное тоже верно. Полюса становятся треугольниками, а N-полюса становятся N-угольниками. Из-за этого четырехугольники — это единственное, что разделяет «идеально», поэтому важно иметь четырехугольники в вашей сетке во всех ключевых местах, которые определяют форму и гладкость поверхности.

 

Видео, объясняющее, как работает подразделение.

Все, что я сказал выше, можно применить практически к любой технике моделирования. Они могут показаться о рендеринге в целом. Но на самом деле моделирование подразделения можно рассматривать как процесс моделирования со всеми этими идеями на переднем плане вашего разума. Идея состоит в том, что вы придерживаетесь этих правил и моделируете соответственно. На форумах подразделений вы не увидите конца разговорам о поляках, н-гонах и прочих. Сторонники других методов, как правило, просто смиряются с этим.

Второй частью моделирования подразделений как техники являются инструменты. Часто программы моделирования, классифицируемые как «разработчики моделей подразделений», предоставляют вам множество продвинутых инструментов, помогающих в моделировании подразделений. Они часто позволяют вам быстро переключаться между уровнями подразделения, позволяя вам предварительно просмотреть вашу сетку и увидеть, как она выглядит после сглаживания.

Они также используют понятие «петли ребер» и «кольца ребер», которые представляют собой наборы ребер, соединенных либо в линию (для петель), либо параллельно (для колец). Как правило, существует простой способ их выбора, добавления, удаления и изменения. Эти две вещи являются важной концепцией в моделировании подразделений, поскольку они в конечном итоге определяют поток и форму вашей модели.

Наконец, при моделировании с разделением часто бывает принято фокусироваться сначала на определении формы и тела, а затем на подразделении и использовании дополнительных полигонов для добавления большего количества деталей и глубины. Это чем-то похоже на метод обычной живописи, когда вначале используются крупные мазки кисти, задолго до того, как будут добавлены какие-либо реальные детали. Как и в обычной живописи, это имеет почти те же преимущества и часто приводит к лучшему восприятию тела, формы и пропорций.

Блочное моделирование

 

Хорошие ресурсы по моделированию подразделений сократились, но хороший список можно найти здесь:

Вы начинаете здесь

Здесь вы найдете все, что я вам рассказал, и многое другое. .

Хотя на самом деле, если вы новичок в 3D-моделировании в целом, лучший способ действий — просто загрузить пакет моделирования и немного повеселиться. Мой любимый (и один из самых простых в освоении) — Wings3d. Это бесплатное, легкое приложение с открытым исходным кодом, поэтому, если вы хотите поиграть со своими недавно приобретенными знаниями, загрузите его и попробуйте. Удачного моделирования!

SubD 3D-моделирование для дизайна ювелирных изделий с помощью Rhino 7

Смотреть вводное видео

Добро пожаловать на курс SubD

Описание курса

SubD в Rhino 7 позволяет дизайнеру создавать органические модели в режиме реального времени. Модель может быть преобразована в обычную модель Rhino NURBS для экспорта в виде твердого тела. SubD — это плагин в версии Rhino 7. Курс посвящен органическому 3D-моделированию SubD. Студентам рекомендуется иметь базовые знания Rhino 3D, прежде чем приступать к этому классу.

Слушатели этого курса

  • изучат наиболее часто используемые команды SubD для создания 3D-моделей
  • следуйте пошаговым видеоинструкциям по сборке деталей и деталей ювелирных изделий
  • загрузите файлы упражнений, чтобы попрактиковаться в построении точных 3D-моделей
  • возможность создавать сложные формы произвольной формы

Этот курс применим ТОЛЬКО для инструмента SubD в версии Rhino 7. Рекомендуется, чтобы учащиеся имели базовые знания в области 3D-моделирования Rhino до прохождения этого курса.

Вы можете загрузить Rhino 7 на 90 дней на сайте www.Rhino3D.com

(Этот курс имеет субтитры на английском и китайском языках.)

Программа курса

  • 1