CAPITOLO PRIMO

VISUALIZZAZIONE 3DPER LAPROGETTAZIONE

L’informatica ha contribuito ad aprire nuo-ve possibilità di miglioramento del pro-cesso di progettazione; sono state svi-luppate così nel corso degli ultimi anni va-rie generazioni di programmi di disegno

e progettazione assistita da calcolatore. Neipiù recenti fra questi programmi, l’ogget-to fisico viene configurato come un mo-dello solido virtuale (fig. 1), cioè una rap-presentazione matematica dell’oggettoin grado di descriverne forma, dimensio-ni, colore e altre caratteristiche quantita-tive e qualitative. Rispetto al disegno tra-dizionale che fornisce una rappresenta-zione codificata di un oggetto tridimen-sionale con una serie di immagini piane se-condo diversi punti di vista, un modello so-lido contiene informazioni sia sulle formeesterne di un oggetto, sia sullo spazio in-terno racchiuso da queste forme. In que-sto modo è possibile calcolare proprietà fi-siche come volume, massa, baricentro,momento d’inerzia, simulare i problemi dimontaggio, determinare le interferenze,generare automaticamente dei modelli fe-deli per l’analisi strutturale o per la lavo-razione a controllo numerico. Nel trattamento delle relazioni fra l’og-getto fisico ed il corrispondente modello

coesistono, integrandosi perfettamente,quattro discipline principali (fig. 2):

1) la modellazione geometrica, che èun’attività di elaborazione sul modello;si occupa principalmente dei metodiper la rappresentazione matematicadegli oggetti reali;

2) la computer graphics o informaticagrafica, che si occupa dei metodi e del-le tecniche che consentono di produr-re immagini partendo da modelli: inpratica approssima i modelli con im-magini sintetiche, cioè con un insiemedi punti colorati (pixels) su un displaygrafico;

3) la pattern recognition che si occupadel problema del riconoscimento di unimmagine, cioè del passaggio dall’im-magine al modello;

4) l’image processing, che si occupadell’elaborazione delle immagini, conl’obiettivo del miglioramento o dellamodifica.

INTRODUZIONE

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Fig. 1. Dall’oggetto reale alla rappre-sentazione.

Fig. 2. Le quattro discipline coinvolte nel passaggio dal modello all’immagine: la modellazio-ne geometrica che opera sul modello, la computer graphics per il passaggio dal modello all’im-magine, la pattern recognition per il passaggio dall’immagine al modello, ed infine l’imageprocessing che opera sull’immagine.

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Evoluzione storica della rappresentazione tridimensionale

Il termine CAD (Computer aided drafting,Computer Aided Design o Computer Au-tomated Design) fu introdotto negli StatiUniti nel 1959 quando la grafica interatti-va era un’idea bizzarra più in linea con lafantascienza che la realtà. L’inventore delCAD è solitamente considerato IvanSutherland che nel 1963 sviluppò il siste-ma Sketchpad come parte della sua tesidi dottorato di ricerca MIT. In Sketchpadl’utente interagiva con il software attra-verso una penna ottica su un monitor araggi catodici (che era molto innovativo,poiché i computer in quel periodo fun-zionavano solo in modalità batch usandoschede perforate e nastri magnetici). Ineffetti, si trattava del primo prototipo diinterfaccia grafica, una caratteristica indi-spensabile in ogni CAD moderno. Ilsoftware consentiva inoltre di applicare orimuovere vincoli geometrici dagli ele-menti disegnati: ad esempio una lineapoteva essere definita parallela o ugualea un altro elemento, oppure vincolata aessere orizzontale o verticale. Erano deiconcetti rivoluzionari che anticipavano lamodellazione parametrica.

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Fig. 3. Il computer Whirlwind, sviluppato presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT), pesava 250 tonnellate, alimentato da 12.500 val-vole termoioniche e riempiva una edificio a due piani.

Fig. 4. Una vecchia sala computer: è visibile inprimo piano un lettore di schede perforate.

Fig. 5. I primi computernon erano dotati di monitore tastiera e l’unica intera-zione con l’utente erano leschede perforate.

Fig. 6. Ivan Sutherland 1963 sviluppò il si-stema in cui l'utente interagiva con ilsoftware attraverso una penna ottica su unmonitor a raggi catodici.

Fig. 7. Il sistema Sketchpad al lavoro.

I primi sistemi CAD furono sviluppati in-ternamente da alcune grandi aziendenella metà degli anni ‘60 e in genere ri-guardavano applicazioni di disegno 2D.Nel 1975 veniva venduto il primo sistemaper la modellazione 2D di Unigraphicsdalla società United Computing, installa-to su un computer Data General S200 con128KB of memoria, 96MB di disco remo-vibile, lettore di schede, nastro di memo-ria magnetico e un plotter. Il sistemacompleto era venduto a $400,000.Il mercato del mondo del CAD negli anni‘70 e ‘80 era dominato da alcune grandiaziende come la società francese DassaultAviation col software CATIA (ConceptionAssistée Tridimensionnelle Inter Active orComputer-Aided Three-Dimensional In-teractive Application) e Computervision,il cui software CADDS (Computer-AidedDesign and Drafting System, 35-40% delmercato) era adottato dalla maggior par-te delle grandi aziende tra cui la Fiat.Un’altra azienda che dominava il mercatodel CAD era la Structural Dynamics Re-search Corporation (SDRC) che commer-cializzava il software IDEAS Master Seriescostituito da ben 90 moduli con un prez-

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