1. Systémy CAD a architektúra 2.casť

1.5 Systémy CAD a práca v dvojdimenzionálnom prostredí

 

V princípe sa najviac podobá na klasické rysovanie. Postupne sa manuálne vytvárajú jednotlivé časti projektovej dokumentácie (PD) ako pôdorysy, rezy, pohľady, tabuľky a podobne. Medzi jednotlivými časťami projektovej dokumentácie nie je žiadna väzba (napr. okno vymazané neskôr v pôdoryse z dôvodu dodatočných zmien, sa musí vymazať aj v pohľade a v reze) a o všetko sa musí starať používateľ. Z toho vyplýva možnosť vzniku chýb a nepresností.

Pri používaní všeobecných systémov CAD ide o najmenej efektívny spôsob nasadenia technológií CAD. Typicky ide o kreslenie v AutoCAD-e alebo Microstation-e. Tento spôsob projektovania má odôvodnenie hlavne pri atypických konštrukciách a pri konštrukciách, pre ktoré neexistujú špecializované systémy CAD, prípadne pre príležitostné používanie.

Lepšia je situácia pri používaní stavebných systémov CAD, ktoré značne uľahčujú aj na úrovni 2D vytváranie projektovej dokumentácie, hlavne pri vytváraní pôdorysov. Aj keď rezy, pohľady a podobne treba naďalej kresliť manuálne, programy pracujú so stavebným prvkami a podporujú generovanie negrafických informácií (tabuliek, výkazov, legiend miestností a pod.).,

V našich podmienkach je to AutoCAD s nadstavbou CADKON alebo RekonCAD. Pre MicroStation je to nadstavba 2D Arch. Cenovo výhodné a veľmi dobré použiteľné sú aj odľahčené verzie AutoCAD LT s nadstavbou CADKON LT a Micostation PowerDraft s nadstavbou D Arch.

Tento spôsob kreslenia je vhodný najmä pre projekcie s prevahou kreslenia podrobných realizačných výkresov, detailov, atypických konštrukcií. Takisto je to vhodné pre používateľov, ktorí začínajú pracovať s programami CAD, pretože sa ich možno naučiť aj bez školenia v krátkom čase.

 

1.6 Systémy CAD a práca v trojdimenzionálnom prostredí

 

Práca v 3D predstavuje progresívny spôsob vytvárania PD. Najčastejšie sa pracuje v pôdoryse s tým, že sa zadávajú aj výškové parametre jednotlivých konštrukcií (obr. §).

Najväčším prínosom je vytváranie skutočného modelu, z ktorého sa generujú grafické výstupy (rezy, pohľady, axonometrie...), ale aj negrafické informácie (legendy, výkazy výmer, napojenie na rozpočty a pod.).

Používanie všeobecných systémov CAD, je na prácu v 3D podobne ako v 2D neefektívne a je vhodné len pri atypických konštrukciách a tam, kde sa vyžaduje len vytváranie 3D modelu.

Z neho síce možno získať aj 2D zobrazenia, ale tie si vyžadujú veľký podiel dokončovacích prác a tento postup sa používa len výnimočne.

Stavebné systémy CAD pracujúce v 3D predstavujú najprogresívnejší spôsob aplikácie CAD. Dôležitý je výber programových prostriedkov, forma a spôsoby ich uplatňovania. Medzi jednotlivými systémami sú značné rozdiely v možnostiach aplikácie, v kvalite generovaných zobrazení, v rešpektovaní národných noriem.

Práve nekorektné zobrazovanie výstupov podľa STN je často veľkým problémom. Systémy, ktoré nedokážu zobrazovať výstupy v takej grafickej úprave, akú vyžaduje konkrétna norma v danej krajine, nemajú veľkú šancu na úspech. Pretože splnenie požiadavky je často veľkým problémom (z programátorského aj ekonomického hľadiska), stále je trh rozkúskovaný podľa jednotlivých regiónov. Nájsť štandard aj v tejto oblasti bude možné až po zjednotení jednotlivých noriem.

 

1.6.1 Stručná charakteristika u nás najpoužívanejších programov:

CADKON – česká nadstavba AutoCAD, s korektným zobrazovaním podľa STN (výkresy aj tabuľky). 3D model je len obrazom pôdorysu, z čoho vyplýva značná jednoduchosť vygenerovaných zobrazení s veľkým podielom manuálneho dokončovania.

Vhodné pre všetky stupne projektovej dokumentácie, najmä pre realizačné projekty a projekty pre stavebné povolenie. Pre fotorealistické vizualizácie sa musí 3D model ďalej upravovať. CADKON má prehľadné ovládanie a možno ho jednoducho zvládnuť.

Autodesk Architectural Desktop (AAD) – ide o bežný AutoCAD s rozšírenými funkciami pre architektúru a staviteľstvo. objektovo orientovaný systém umožňuje koncepčnú prácu od štúdie po realizačný projekt. Je výhodné dokúpiť aj CADKON-DT, ktorý ho doplní a prispôsobí zvyklostiam podľa STN. AAD je produkt, ktorý sa vyvíja vysokým tempom, zatiaľ je vhodný hlavne pre používateľov AutoCAD.

3D Arch – nadstavba Microstation pre projektovanie pozemných stavieb najmä bytového charakteru menšieho rozsahu. Umožňuje efektívne kresliť rekonštrukcie – podporuje steny s premenlivou hrúbkou, rôzne ostenia. Styky stien treba riešiť ručne. Plne rešpektuje zobrazovanie podľa STN. 3D Arch generuje veľmi jednoduché rezy a pohľady, ktoré treba dopracovať funkciami Microstation. 3D Arch možno pomerne ľahko zvládnuť.

Speedikon – komplexný 3D objektový systém s inteligentným správaním a parametrickými stavebnými prvkami. Speedikon je vhodný pre projekty všetkých stupňov ľubovoľného rozsahu. Všetky vstupy sa sústreďujú do centrálneho 3D modelu. Z neho sa vo vysokej kvalite generujú všetky výstupy s malým podielom dokončovania. Špeciálnou technológiou sú filtre. Zvolenému filtru sa prispôsobuje hustota šrafovania, kóty, texty, zobrazovanie okien, dverí a pod. Pripravené sú filtre pre rôzne mierky a národné normy.

K dispozícii sú ďalšie moduly pre vizualizácie, odborné profesie, statiku, facility magement atď. Zo začiatku je náročnejší na zvládnutie, vhodné je absolvovať školenie.

 

Allplan FT – pokrýva celú oblasť architektúry a staviteľstva, je to plne objektovo orientovaný systém. Umožňuje 2D kreslenie, kótovanie, s možnosťou previesť skice na pravidelné tvary, ďalej stavebné prvky v 3D, modelár okenných výplní, krovy, modelár atypických prvkov. Automaticky generuje výstupy vysokej kvality. Umožňuje komfortnú prácu s mierkami a s detailmi. Podporuje rôzne formy grafického výstupu, vizualizácie, fotomontáže, animácie, rozhranie WRML.

Nová technológia COM (Context-sensitive Object Mode) umožňuje projektovanie bez používania menu, ikon, hľadania príkazov. Má svojské používateľské rozhranie mimo štandardu Widnows. Pre značný rozsah funkcií treba absolvovať školenie.

ArchiCAD – plne 3D orientovaný, komplexný program vhodný hlavne pre architektov a vytváranie štúdií a projektov pre stavebné povolenie. Podporuje steny s rôznou hrúbkou. Styky stien rieši čiastočne automaticky. Vychádza z koncepcie virtuálnej budovy, z ktorej sa generujú pohľady, rezy a perspektívy. Umožňuje pracovať priamo v 3D priestore. Vyznačuje sa jednoduchým a intuitívnym ovládaním. Podporuje modelovanie terénu, rôzne druhy vizualizácií.

Unikátna je podpora pre tímovú spoluprácu, keď možno projekt rozdeliť na niekoľko častí a po ich aktualizácii ich opätovne spojiť do celku.

ARCON – program určený hlavne bytovým a občianskym stavbám. Vyznačuje sa veľmi prepracovaným a jednoduchým ovládaním. je to plne parametrický, objektovo orientovaný systém. Už pri kreslení priraďuje všetkým konštrukciám optické vlastnosti (farbu alebo textúru) s automatickým mapovaním. Generuje podrobné výkazy výmer spolu s cenovou kalkuláciou. Obsahuje rozsiahlu knižnicu zariaďovacích predmetov (asi 3000), ktoré majú priradené textúry a mapovanie. Možno dokúpiť výrobné programy niektorých nábytkárskych firiem, výrobcov sanitárnej techniky a pod. Nie je určený na vykonávanie podrobných projektov, napríklad na realizáciu stavby. Jeho doménou je vizuálna architektúra a princípom za čo najkratší čas spracovať riešenie fotorealistickou kvalitou.

 

1.6.2 Charakter 3D modelov

Od kvality a podrobnosti 3D modelov závisia generované časti PD a aj kvalita následnej vizualizácie. Každý trojrozmerný objekt možno počítačovo vyjadriť výlučne pomocou matematických vzťahov. Na opis objektov sa používajú dve veľké skupiny algoritmov. Prvou je povrchové a druhou objemové modelovanie. Každá z metód má svoje výhody aj nevýhody a oblasť používania.

1.7 Povrchové modelovanie

 

Pri tomto spôsobe sú objekty reprezentované iba ich povrchom. Vyznačuje sa veľkou voľnosťou pri vytváraní modelov, čo sa využíva pri konštruovaní geometricky zložitých tvarov. Neberie sa do úvahy ich objem. Povrchové modelovanie je základom väčšiny systémov CAD a vizualizačných programov.

Celý povrch objektu je abstrahovaný do množiny bodov, respektíve vrcholov (vertex/point) pospájaných troj alebo viacstrannými mnohouholníkmi (face, polygon) do polygonálnej siete. Výhodou tohto postupu je možnosť opísať prakticky ľubovoľný tvar objektu.

Nevýhodou je, že počet vrcholov nemôže byť nekonečný. Pri hranatých telesách je toto obmedzenie nepodstatné. Oblé plochy však tvorí len určitý počet plôch. pri detailnom pohľade sa môže napríklad guľa javiť ako hranatá a naopak, ak je v pozadí zbytočne veľký počet jej polygónov zdržuje výpočet.

Tento problém riešia interpolačné a aproximačné plochy známe pod pojmom NURBS (Non-Uniform Rational Bérier Surface) alebo B-spline plochy. Sú určené sieťou riadiacich bodov, ktoré nie sú pospájané do siete, ale plochy nimi plynulo prechádzajú (interpolačné) alebo kopírujú ich tvar (aproximačné). Plôch tohto druhu je viacero. Líšia sa geometrickými vlastnosťami a vzťahom k svojim riadiacim prvkom. Vyžadujú značný výpočtový výkon, preto sa na platforme Wintel používajú iba v posledných rokoch a v drahších programoch.

 

1.8 Objemové modelovanie

 

Pri tomto spôsobe sú telesá reprezentované celým svojím objemom a nie iba povrchom (3). Ich vytváranie je možné niekoľkými spôsobmi v závislosti od schopnosti jednotlivých programov:

• základné geometrické telesá – kocka, guľa valec, kužeľ, anuloid – aj keď sú tieto pripravené telesá často nedostatočné pre zložitejšie tvary, slúžia ako podklad pre ďalšie spracovanie,

• tvorba telies z dvojrozmerných tvarov, ktoré vytvoria 3D teleso imaginárnym pohybom po trajektórii (rotácia, vysúvanie, ťahanie),

• booleovské operácie – tromi základnými operáciami riešia vzájomný vzťah telies,

• editácia telies – pomocou rôznych deformácií, morphingu.

 

1.8.1 Druhy modelov

V stavebnej praxi sa najčastejšie stretávame s tromi typmi modelov.

Modely ako hmotové objekty

Sú najjednoduchším typom modelov. Predstavujú iba hlavný obrys objektov bez okien, dverí a ďalších detailov. Používajú sa pri jednoduchších prezentáciách, pri zobrazovaní súborov budov, pri urbanistických štúdiách a všade tam, kde sa nekladú nároky na podrobné zobrazovanie objektov. Vytvárajú sa zo základných primitív, ich spracovanie je najmenej náročné a zaberie zvyčajne len niekoľko hodí.
Softvér – výhodne možno použiť všeobecné CAD systémy, ktoré umožňujú zo základných primitív ľahko a efektívne vytvárať vyžadované modely.

 

Modely ako stavebné objekty

Predstavujú podrobnejšie modely, ktoré už obsahujú okná, dvere, ich členenie, tvary striech, rôzne fasádové prvky. Spracovanie je náročnejšie finančne aj časovo.

Softvér – tu sa už prejavuje prevaha stavebných systémov CAD prípadne kombinácia so všeobecnými systémami CAD.

Modely ako detailné objekty

Ide o rozšírenie predchádzajúcej skupiny o detaily ako parapetné dosky, rôzne obklady, architektonické prvky, zariaďovacie predmety a pod. Väčšinou sa nepoužívajú pri spracúvaní rozsiahlych projektov, ale iba ich častí napr. konkrétnych interiérov alebo priestorov. Spracovanie a softvér sú podobné ako v predchádzajúcom prípade.

 

1.9 Hardvér

Počítač PC sa skladá z jednotlivých komponentov, ktorých výber určujú hlavne finančné prostriedky a predpokladaný druh činnosti. Dôležité je vybrať ich tak, aby spolu vytvárali harmonický celok bez výrazných slabších častí, ktoré by boli brzdou celého PC. Predovšetkým si treba uvedomiť že základným kameňom je operačný systém. Pri počítačoch na ktorých sa bude v prevažnej miere pracovať s CAD systémami, je doporučený 64 bitový operačný systém (vývojovo to bol najprv Windows XP 64bit, neskôr Windows Vista 64bit a Windows 7 64bit). Nasadenie 64 bitového operačného systému je opodstatnené z viacerých dôvodov, ako stabilita systému, možnosť využitia väčšej operačnej pamäte RAM, rýchlosť spracovania údajov. Medzi najdôležitejšie prvky PC patria:

 

Procesor
Procesor CPU (Central Procesor Unit) je prvok počítača, ktorý určuje jeho výkonnostnú triedu a podstatne ovplyvňuje cenu celého PC. V súčasnosti sú na výber v zásade dve konkurenčné platformy INTEL a AMD. Pri nasadení CAD aplikácií, vyžadujúcich vysoké nároky na pamäť a na dáta, je dôležité aby aj procesory boli 64bitové. Počítač so 64 bitovou architektúrou poskytuje vyšší výkon ako 32-bitová architektúra.

Z hľadiska pomeru ceny a výkonu je na tom lepšie platforma AMD. Pre INTEL hovorí tradícia a z toho vyplývajúce podpora softvérových aj hardvérových produktov. Pre bežnú projekciu je AMD dobrou voľbou. Pri požiadavke na špeciálne grafické práce najnáročnejšieho charakteru (špeciálne grafické práce najnáročnejšieho charakteru) špeciálne vizualizačné algoritmy, editácia a strih videa je preferovanou platformou INTEL.

Najdôležitejšími parametrami sú : počet jadier procesora, počet vlákien (Hyper Threading), veľkosť vyrovnávacej pamäte procesora (Cache pamäť), frekvencia na ktorej procesor pracuje, maximálne TDP (Thermal Design Power – navrhnutý tepelný výkon), rýchlosť komunikácie s okolím(DMI,QPI).

Problém s „CAD-mi“ je ten, že zatiaľ nevedia využiť pre prácu viacjadrové procesory (iba ak pri renderingu, ale to musí samotný program, alebo plugin renderingu podporovať viac jadier) , preto pre „CAD-y“ budú vhodnejšie 2-jadrové procesory na vyššej frekvencii.

Základná doska

Základná doska (motheboard, mianboard) je akoby podvozkom celého počítača. Výber základnej dosky ovplyvňuje predovšetkým použitý procesor. Preto existujú dosky odlišné pre procesory INTEL a pre AMD. Situáciu komplikuje hlavne skutočnosť, že pre rôzne typy procesorov sa používajú rôzne typy pätíc (socketov) a tým je znemožnené neskoršie povýšenie PC bez výmeny základnej dosky.

 

Čipová sada (čipset) je srdcom každej základnej dosky. Zabezpečuje komunikáciu medzi procesorom, pamäťami, grafickou kartou a ostatnými komponentmi a na 90 – 95 % ovplyvňuje výkon dosky.

Pri kúpe základnej dosky platí viac ako inde, že šetriť sa neoplatí a je lepšie siahnuť po značkových doskách osvedčených výrobcov (Asus, MSI, ABIT, Aopen, QDI), aj keď za vyššiu cenu. Pri výbere sú ďalej dôležité možnosti nastavenia a ladenia komponentov, počet rozširujúcich slotov.

Operačná pamäť
Operačná pamäť RAM (Random Access Memory) slúži na rýchle odkladanie medzivýsledkov dodávaných procesorom a zabezpečuje beh spustených aplikácií. Najdôležitejším parametrom je množstvo a typ pamäte (staršie SDR, DDR,DDR2 a najnovšie DDR3). Pre grafické CAD aplikácie a pohodlnú prácu je minimum 2GB RAM, pri požiadavke na 3D aplikácie minimálne 4GB. Treba však mať na zreteli,že pre 4 GB a viac RAM, treba použiť 64 bit operačný systém a taktiež 64 bit aplikácie (CAD-y), 32 bit systém nevie využiť viac ako 3 GB.

Grafická karta

Grafická karta zabezpečuje zobrazovanie údajov na monitore. Základnou úlohou je 2D spracovanie obrazu s čo najvyššou kvalitou a rýchlosťou. Výkon kariet v 2D je v súčasnosti vyrovnaný a už nebrzdí systém ako v minulosti. Druhou úlohou je spracovanie 3D obrazu pri zobrazovaní multimédií, simulácií, vizualizácii a počítačových hier. Dôležitými parametrami sú počet a typ použitého jadra a pamäťovej zbernice prostredníctvom ktorej je karta pripojená do počítača, veľkosť, typ a rýchlosť videopamäte (bodová frekvencia/riadková a snímková frekvencia), maximálne grafické rozlíšenie (počet zobrazovaných bodov v oboch smeroch), farebná hĺbka (počet zobraziteľných farieb, vyjadrená počtom bitov). Dôležitou súčasťou video pamäte je tzv. Z-buffer, v ktorom sú uložené hodnoty koordinátov (súradníc) pri zobrazení v 3D režime. Na grafických kartách sú umiestnené konektory slúžiace na prepojenie karty a monitora, prípadne iných prídavných zobrazovacách zariadení (SVGA – analógové, DVI – digitálny výstup pre LCD a plazmové displeje, RGB – 5 konektorov, HDMI – výstp s vysokým rozlíšením, Display port – digitálny výstup s integrovaným zvukom). Najčastejšie sa používajú karty na báze čipov AMD (prevzala firmu ATI), nVidia a integrované karty Intel. Pri výbere možno karty rozdeliť na dve veľké skupiny. Prvá je určená počítačovým hráčom a druhá na profesionálne použitie. Pre aplikácie CAD sú osvedčené karty ATI a nVidia s technológiou SLI (viac grafických kariet v jednom počítači kvôli väčšiemu výkonu a rýchlosti spracovania zobrazovaných údajov).

Pevný disk

Pevné disky (HDD – Hard Disk Drive) slúžia na zachovávanie všetkých dát (pomocou magnetickej indukcie), ktoré sú v počítači. Tým sa stáva veľmi dôležitým komponentom, pretože pri poruche hrozí strata všetkých nezálohovaných údajov. Podstatné parametre sú kapacita (v súčasnosti bežne 2 – 4 TB), rozhranie, cez ktoré sa pripája na základnú dosku (ATA, SATA,SCSI), počet otáčok za minútu (7200, 15 000 rpm), hustota záznamu. Novším typom pevných diskov sú SSD (Solid-state drive) disky bez mechanických častí, s oveľa rýhlejším prístupom k údajom, menšou spotrebou elektrickej energie. Vhodné sú najmä na inštalovanie oparačného systému. Ich veľkosť v súčasnosti je 200GB.

Vstupné a výstupné zariadenia

Klávesnica – stačí štandardná klávesnica.

Myš – najznámejšie vstupné zariadenie. Snímanie pohybu je najčastejšie realizované opticky a laserovo. Na prácu v CAD programoch sa treba vyhnúť lacným kusom.

SpacePILOT - profesionálne 3D polohovacie zariadenie novej generácie, určené pre prácu s 3D programmamy, ako je Rhinoceros, 3D Studio Max, Cinema4D, Google Earth a podobne.

Tablet je na rozdiel od myši statický a po jeho aktívnej ploche sa pohybuje perom, čo umožňuje vykonávať prirodzenejší pohyb. Napodobňuje písanie a kreslenie bežným perom.

Ďalšími hardvérovými prvkami sú napríklad skener, tlačiarne, plotre, zálohovacie zariadenia, multimediálne vybavenie, modemy, sieťové prvky a pod.

Monitor

Základné výstupné zariadenie slúžiace k zobrazovaniu textových a grafických informácií prepojený s grafickou kartou. Podľa technológie je možné ich rozdeliť na klasické CRT (klasická vákuová obrazovka), súčasné LCD (tekuté kryštály), plazmová obrazovka a do budúcna OLED (Organic light-emitting diode). Výber správneho monitora pre každodennú prácu je veľmi dôležitý.

Najdôležitejšie parametre pri výbere sú:

Dĺžka uhlopriečky – hlavný parameter určujúci veľkosť celého monitora. Meria sa ako uhlopriečka obrazovky v palcoch. Typické rozmery sú 22, 24 najnovšie aj 30 palcov. Pri bežných CRT (Cathode Ray Tube) je skutočná viditeľná uhlopriečka približne o jeden palec menšia. Pri nových LCD (Liguid Crystal Display) monitoroch je to skutočná viditeľná plocha. Minimálna veľkosť na prácu v CAD programoch je 22 palcov. Na každodennú prácu je vhodnejšie pracovať s aspoň 24-palcovým monitorom alebo dvoma vedľa seba (na jednom je samotná pracovná plocha a na druhom ovládacie panely, príkazy...).

• Rozlíšenie obrazu – udáva počet jednotkových bodov (pixelov) na šírku vynásobenú výškou monitora. S vyšším rozlíšením rastie množstvo zobrazených detailov. Rozlíšenie limituje veľkosť uhlopriečky monitora a schopnosť grafickej karty. Typické rozlíšenia sú 1024x768,1280 x 1024, 1600 x 1200, ale v závislosti od grafickej karty môžu byť tieto hodnoty aj oveľa vyššie.

• Obnovovacia frekvencia – hodnota udávajúca koľkokrát za sekundu sa zaktualizujú obrazové body na monitore. Ergonomická hodnota u CRT je 85-100 Hz, pri LCD monitoroch je tento údaj nepodstatný

Ďaľšie zaujímavé parametre sú: doba odozvy (udáva sa v milisekundách, doba za ktorú sa bod na LCD monitore rozsvieti a zhasne, pre bežnú prácu je vyhocujúce 2,5ms), pozorovacie uhly (a farebné skreslenie), pomer strán (u starších CRT bolo 4:3, u LCD je to pre ľudské oko prijateľnejších 16:9), spotreba elektrickej energie (pri LCD je polovičná až tretinová voči klasickým CRT), schopnosť zobraziť trojrozmerný obraz (momentálne s použitím aktívnych polarizačných okuliarov).

Rád by som poznal vaše názory ohľadne používania CAD programov v stavebnej projekcii, takže dávam do diskusie  otázky: Aký CAD program používate VY pri vašej práci. Pracujete prevažne v 2D alebo 3D?  Aké hardvérové vybavenie je podľa Vás potrebné pre rovinné a aké pre priestorové projektovanie. Ďakujem za prípadné odpovede.

 

Čítaj tiež :

Systémy CAD v stavebníctve a architektúre 1.časť

Systémy CAD v stavebníctve a architektúre 3.časť