Компьютер и автомобиль
Нигде методы компьютерной графики не принесли большего успеха, чем в крупнейшей отрасли машиностроения — автомобильной промышленности. Чтобы сохранить конкурентоспособность своей продукции, автомобильные фирмы вкладывают колоссальные капиталы (сотни миллионов долларов) в оборудование и программное обеспечение компьютерной графики. В американских, европейских и японских центрах автомобильной промышленности дизайнеры и инженеры на тысячах рабочих станций (каждая стоимостью свыше 100 тыс. долл.) занимаются конструированием и испытаниями новых моделей и подготовкой оснастки для их производства.
Создание нового автомобиля по-прежнему начинается с проверенной временем операции. Дизайнеры лепят из больших глиняных шаров копию предлагаемой модели в натуральную величину. До недавнего времени это было первым шагом в последовательности трудоемких операций, в результате которых глиняная модель превращалась в гипсовый слепок — основу матрицы для штамповки металлических деталей кузова автомобиля. Так, в фирме «Форд» глиняную модель копировали, обкладывая всю ее поверхность картонными шаблонами размером 12,5 х 12,5 см. Затем по чертежам, снятым с картонных шаблонов, изготовлялись алюминиевые шаблоны, а по ним — деревянная модель, служившая основой для гипсового слепка. Тысячи шаблонов для каждой новой модели автомобиля забивали склады.
Теперь благодаря компьютерной графике у «Форда» и других фирм отпала необходимость в изготовлении шаблонов. Вместо этого электронный прибор сканирует глиняную модель, переводя все искривленные поверхности в наборы чисел. Это математическое представление вводится в компьютер, где специальные программы превращают его в изображения, копирующие внешние очертания модели под любым углом зрения. Тем временем конструкторы и инженеры, аналогичным способом вводя другие данные, создают электронные модели большинства остальных элементов автомобиля от распределительного вала до амортизаторов. Хотя для изображения общего вида машины вполне достаточно средств «проволочной» графики, при конструировании многих элементов используют методы моделирования на основе «твердых» тел, обеспечивающие более точные изображения деталей — как снаружи, так и изнутри. С помощью «твердотельных» моделей рассчитываются также такие характеристики, как масса, объем и центр тяжести.
По окончании предварительного этапа конструирования начинается отработка, и здесь в свои права вступает САПР. Меняя форму модели, дизайнеры сразу же видят результаты, им нет необходимости лепить новую глиняную копию. Чтобы наложить на крыло молдинг (отделку), конструктор вызывает на экран меню и, выбрав световым пером вариант «крыло», заставляет компьютер показать на экране только эту часть кузова. Затем конструктор рисует световым пером сечение предполагаемого молдинга и дает компьютеру команду наложить его на нужное место.
Между тем инженеры приступают к следующей стадии — испытаниям компьютерных моделей конструкций. Испытания позволяют выяснить, все ли элементы ведут себя надлежащим образом, и помогают оценить альтернативные варианты конструкции. Некоторые аспекты моделирования предназначены для проверки оптимальности внешних очертаний автомобиля, с тем чтобы испытать его реакции на встречный поток воздуха при скорости 80 км/ч. Программы, основанные на данных традиционных испытаний в аэродинамической трубе, моделируют распределение давления обтекающего автомобиль воздушного потока, выявляя области максимального сопротивления.
Рассчитывается также конфигурация интерьера автомобиля. Прежде инженеры фирмы «Дженерал моторе», построив деревянную копию багажника автомобиля, загружали ее реальными чемоданами. Теперь они «грузят вещи» в компьютерную модель багажника, выбирая из меню варианты: «спортивная сумка», «дамский саквояж» и т.д. Если помещается не все, что необходимо, багажник возвращается на доработку. Аналогично оценивают удобства и безопасность машины для водителя и пассажиров. В фирме «Крайслер» инженеры — специалисты по учету «человеческого фактора» — используют электронный манекен по прозвищу Кибермен. Выполненный первоначально в виде «проволочной», а сейчас — в виде более реалистичной «твердой» модели, Кибермен, сидя в компьютерной копии водительского кресла и двигая своими гибкими суставами, проверяет удобство интерьера, в частности такие характеристики, как пространство для ног или расположение подлокотников. Кибермену можно придать пропорции любой человеческой фигуры, в том числе женской (в этом случае его называют Киберменшей). Система позволяет размножить модель, имитируя пассажиров, и управлять каждой копией независимо от других.