Изготовление нормалей что это
Нормализация модельных заготовок
Под нормализацией понимается установление единых норм и требований по типам, размерам, качеству изделий или отдельных элементов этих изделий, а также определенных требований к методам изготовления этих изделий и заготовок для них.
Нормализация есть разновидность стандартизации и проводится в масштабе предприятия (завода, цеха и т. д.) или отрасли путем создания ведомствами или заводами технических документов — нормалей. Несмотря на то, что нормализация деревянных моделей и стержневых ящиков затруднительна ввиду индивидуальности и разнообразия их, тем не менее большое количество элементов их повторяется во многих комплектах и это позволяет на ряд заготовок создавать технологические нормали, таблицы, указания и т. д. К числу нормализованных модельных заготовок можно отнести щиты, рамы, кольца, барабаны, коробки, шпонки, прибыли, элементы литниковых систем, галтели, стержневые знаки, а также доски, брусья, секторы (косяки) и т. д.
Нормаль — это технический документ, позволяющий систематизировать и рекомендовать передовые методы ведения производства, а также осуществлять унификацию и взаимозаменяемость, сокращать время на предварительные технологические разработки и подготовительные работы.
При наличии нормалей на ряд элементов появляется возможность создавать при модельном цехе заготовительный участок, в котором выполняются следующие операции: строгание и раскрой древесины, склейка различных заготовок в виде щитов, коробок, барабанов, колец и т. д., а также токарно-фрезерные виды работ. Такие участки, созданные на заводах «Уралмаш», «Станколит» и других передовых заводах, показывают, что при изготовлении однотипных деревянных моделей и стержневых ящиков введение нормалей на ряд модельных заготовок, узлов и других элементов модельных комплектов сокращает цикл изготовления их и повышает производительность труда.
На многих машиностроительных и других заводах в модельных цехах, например, нормализованы корпуса вытряхных ящиков, т. е. коробки, в которые вкладывают боковые стенки, удаляемые из них вместе со стержнем.
Разработаны нормали на круглые заготовки из кольцевых секторов для моделей и др., на которые составлены таблицы нормализованных модельных заготовок.
Рис. 142. Схема модели стержневого ящика, изготовленной из нормализованных элементов модельных заготовок:
Согласно технологии и классу прочности выбирают конструкцию модели (целая, полая, из косяков или брусков, досок и т. д.) соответственно нормалям на модели и стержневые ящики, после чего делают заказ на все нужные модельщику заготовки.
Ниже приведены заводские карты на нормализованные модельные заготовки типа рамы (карта 1), коробчатых стержневых ящиков (карта 2) и круглых разъемных (карта 3), круглой модели (карта 4).
На рис. 142, а, б показана схема модели корпуса и чертеж половины стержневого ящика, выполненные из нормализованных элементов (досок, косяков, клепок, колец) в модельном цехе Ждановского завода тяжелого машиностроения имени Ильича. На этом заводе нормализовано большое количество модельных заготовок, что позволяет не только осуществить разделение труда в модельном цехе, но в дальнейшем и введение полуавтоматических станков для производства нормализованных заготовок.
При наличии нормалей на узлы и элементы, повторяющиеся в процессе производства модельных комплектов, можно создавать на заводах бригады из модельщиков и столяров 2—3-го разрядов. Это позволяет освободить высококвалифицированных модельщиков от таких несложных работ, как склеивание заготовок, подгонка отдельных частей и т. д.
Обычно процесс изготовления модели разбивают на следующие самостоятельные операции: заготовка материала, разметка, вырезка отдельных частей; подгонка и склеивание заготовленных частей; обработка заготовок модели вручную или на станках; сборка отдельных узлов или всей модели (или стержневого ящика); изготовление галтелей, отделка, проверка модельного комплекта; шпаклевка, грунтовка, окраска. Следовательно, нормализация при изготовлении однотипных деревянных моделей и ящиков способствует повышению производительности труда, снижению себестоимости, сокращению срока изготовления.
Контрольные вопросы
1. Что понимается под технологической разработкой модельного комплекта?
2. Что такое припуски на усадку и механическую обработку и чем руководствуются при их назначении?
3. Каково назначение стержневых знаков и зазоров в знаковых частях в форме?
4. Что такое базовая основа в моделях и заготовках?
5. В чем заключается нормализация модельных заготовок?
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Технологическая нормаль
Технологические нормали по масштабам своего применения могут быть отраслевыми или заводскими. [1]
Технологические нормали разрабатываются органами технологической подготовки производства при обязательном участии конструкторских органов или по согласованию с ними. [2]
Разработка и внедрение технологических нормалей ускоряет процесс подготовки производства при одновременном улучшений eS качества, снижении затрат на подготовку и на изготовление машины. В частности, наличие таких нормалей значительно удешевляет изготовление и наладку технологического оснащения ( штампов, кондукторов, моделей, режущих и измерительных инструментов и др.), со кра-щает номенклатуру применяемых инструментов и создает отправную базу для широкой нормализации оснащения. [3]
Важным элементом в работе бюро является разработка технологических нормалей и инструкций для своего механосборочного и металлургического производства. [4]
Последовательность сборочных операций определяется технологической картой с учетом технологических нормалей на каждый тип выпускаемых жгутов. [6]
Эта систематическая плановая работа состоит в типизации технологических процессов, в разработке технологических нормалей и в нормализации специального технологического и контрольного оснащения. [8]
Для успешного осуществления технологического анализа и контроля чертежей необходимо: а) обязательное применение технологических нормалей конструкторами при разработке отдельных деталей и узлов, для чего эти нормали должны быть отчетливо оформлены, систематизированы и доведены до каждого конструктора; б) непосредственная консультация технологических органов завода ( и цехов) при конструировании машины; в) привлечение квалифицированных специалистов-технологов других заводов и научно-исследовательских учреждений для разрешения отдельных принципиальных вопросов технологического анализа новой конструкции. [9]
Это норма — 5: различные способы создания карт нормалей
Существует множество способов создания и применения карт нормалей. Давайте рассмотрим известные мне способы их изготовления.
Не существует единственного правильного решения для каждой ситуации, я лично пользуюсь несколькими техниками, в зависимости от проекта, количества времени, требуемой производительности и т.д., и чаще всего они взаимозаменяемы. Я попытаюсь объяснить достоинства и недостатки каждого способа, но во многих случаях они будут очень схожими.
Предыдущие части:
Совершенно гладкие lowpoly
При таком способе все нормали низкополигональной модели усредняются: все рёбра считаются плавными или имеют одну группу сглаживания (smoothing group).
Это означает, что всю работу должна выполнять карта нормалей. Lowpoly-модель обычно сильно отличается от highpoly-модели, пока не будут наложены карты нормалей.
Основное преимущество этого способа — он очень прост для художников: не нужно заниматься разделением UV-островов, настраивать плавность модели или модифицировать нормали lowpoly. Достаточно создать lowpoly и highpoly, сгладить lowpoly и нажать на кнопку «Запечь».
Однако такой подход имеет некоторые недостатки:
Модели с острыми рёбрами (с настроенными smoothing groups/hard edges)
При такой методике мы разделяем нормали некоторых вершин, задавая группы сглаживания или выбирая резкие рёбра. Некоторые люди любят настраивать остроту рёбер при помощи угла (обычно 30, 45 и 60º), но я предпочитаю задавать их вручную (параллельно думая о том, где будут находиться швы UV-развёртки).
Помните, что когда в модели есть острое ребро, UV должна быть разделена, чтобы избежать видимых линий вдоль рёбер на карте нормалей.
На плоских поверхностях мы можем использовать острые рёбра для привязки нормалей lowpoly к твердотельной (hard surface) модели. Если поверхности lowpoly и highpoly полностью совпадают (т.е. они обе плоские), то карта нормалей в этой области будет плоской, благодаря чему можно без проблем добавлять и удалять детали карты нормалей на текстуре.
Лично я использую этот метод чаще всего (потому что мне кажется, что у меня больше контроля и вариантов выбора, если что-то будет выглядеть некрасиво); и особенно когда есть жёсткие ограничения. В последнее время я старался не использовать их на некоторых твердотельных моделях, потому что им требуется множество острых рёбер, что увеличивает количество UV-островов и усложняет работу с ними.
Работа с настраиваемыми нормалями (и использование midpoly)
Существуют способы непосредственного изменения нормалей lowpoly-модели, но не во всех 3D-редакторах есть эта возможность и они довольно сильно различаются. Наиболее распространённый способ — использование взвешенных нормалей, благодаря которым программа автоматически переориентирует нормали в сторону более крупных граней. Ещё один способ модификации нормалей заключается в выборе грани и выравнивании нормалей её вершин с нормалью к грани, чтобы все они смотрели в направлении грани.
Важно правильно экспортировать, запекать и импортировать модели с настраиваемыми нормалями. Большинство 3D-движков понимает модели с настраиваемыми нормалями, однако по умолчанию эта опция обычно выключена.
Этот метод породил новый подход к моделированию под названием midpoly. Это скорее метод моделирования, а не текстурирования. В целом его смысл таков, что вместо генерирования деталей при помощи карт нормалей мы генерируем их, напрямую модифицируя нормали lowpoly.
При моделировании твердотельных моделей нам нужны большие гладкие поверхности с плавными переходами между ними (вместо резких рёбер, выглядящих менее реалистично). Мы можем получить схожий результат при помощи настраиваемых нормалей:
Сначала мы добавляем на ребро фаску (bevel), расположенную в месте перехода. Затем мы модифицируем нормали получившихся вершин так, чтобы они смотрели в сторону основных граней. При этом нормали lowpoly будут направлены к более крупным граням, а переход направлений нормалей будет ограничен ребром с фаской.
Настроив свою midpoly, мы можем комбинировать её с картами нормалей для удобного добавления деталей на плоских поверхностях. В зонах с фасками нормали сильно растягиваются, поэтому работа с картами нормалей в этих зонах вызывает сложности.
Вот сравнение трёх описанных в статье методов:
Другие методики и эксперименты
Существует ещё несколько методик, которые можно использовать для создания/применения карт нормалей. Я не буду в них углубляться, потому что сегодня они не так широко применяются, как описанные в статье, и я не особо с ними знаком.
Нормализация. Нормализация есть регламентирование конструкции и типоразмеров широко применяемых машиностроительных деталей (крепежные детали, втулки, фитинги, штуцеры,
Нормализация есть регламентирование конструкции и типоразмеров широко применяемых машиностроительных деталей (крепежные детали, втулки, фитинги, штуцеры, ниппели, масленки, сальники, детали управления, рукоятки, маховики, штурвалы и т.д.), узлов и агрегатов (муфты, краны, задвижки, смазочные устройства, насосы, лубрикаторы, фильтры, редукционные клапаны, узлы пневмо- и гидроприводов и т. д.).
Существуют нормали общесоюзные, отраслевые и ведомственные. Почти в каждой специализированной проектной организации нормализуют типовые для данной отрасли машиностроения детали и узлы.
Нормализация ускоряет проектирование, облегчает изготовление, эксплуатацию и ремонт машин. Правильный выбор конструкции нормализованных деталей способствует увеличению надежности машин.
Нормализация дает наибольший эффект при сокращении числа применяемых типоразмеров нормалей, т. е. при их унификации. В практике проектных организаций эта задача решается выпуском ограничителей, содержащих минимум нормалей, удовлетворяющий потребностям проектируемого класса машин.
Преимущества нормализации реализуются в полной мере при централизованном изготовлении нормалей на специализированных заводах. Это разгружает машиностроительные заводы от трудоемкой работы изготовления нормалей и упрощает снабжение ремонтных предприятий запасными частями.
Степень нормализации оценивают коэффициентом
,
где 
— число нормализованных деталей;
— общее число деталей в изделии.
Для успешного осуществления нормализации необходимо, чтобы нормали имели высокое качество. Кроме того, применение нормалей не должно стеснять творческую инициативу конструктора и препятствовать поискам новых, более рациональных конструктивных решений. При конструировании машин не следует останавливаться перед применением новых решений в областях, охватываемых нормалями, если эти решения имеют явное преимущество перед существующими нормалями.
Это норма — 3: типы карт нормалей
Как и многие другие вещи в нашей отрасли, за многие годы карты нормалей эволюционировали, и сегодня существует несколько их типов, которые могут выглядеть по-разному. В статье я перечислю те, которые помню, но, возможно, существуют и другие.
Карта нормалей касательного пространства (Tangent space normal map): самый распространённый сегодня тип карт нормалей; именно о нём мы говорили в предыдущих статьях. Он модифицирует направление нормалей модели на основании направления нормалей её вершин (то есть нам нужно контролировать нормали вершин lowpoly-модели).
Карта нормалей касательного пространства Mikk (Mikk tangent space normal map). Не все 3D-редакторы вычисляют среднее нормалей вершин одинаково. Это приводит к тому, что в разных движках внешний вид карт нормалей отличается, поэтому нам нужно запекать карту нормалей при помощи того же способа, который использует программа рендеринга (это называется «использовать синхронизированный рабочий процесс (synched workflow)»)
Mikk предложил способ вычисления нормалей вершин, который должен был стать универсальным, чтобы все программы вычисляли их одинаково. С точки зрения рабочего процесса это означает, что можно использовать низкополигональную модель (lowpoly) со всеми её усреднёнными нормалями (с одной группой сглаживания (smoothing group) или со сглаживанием всех граней), запечь карту нормалей в касательном пространстве Mikk, и это будет выглядеть точно так же, как высокополигональная модель (highpoly), без необходимости устранения ошибок сглаживания или отделения жёстких граней в UV. В будущем я напишу туториал о том, как это делается.
Помните, что это всё равно карта нормалей касательного пространства, но нормали модели вычисляются универсальным способом и модели можно использовать в разных программах.
Двухканальная карта нормалей касательного пространства (2-channel tangent space normal map): оказывается, что при помощи информации, хранящейся в двух из трёх каналов карты нормалей, компьютер может вычислить третий, снизив занимаемый объём памяти ценой увеличения количества вычислений. Так как обычно в большем дефиците находится память, такая оптимизация используется часто и некоторые движки выполняют её автоматически (например, Unreal Engine, когда мы устанавливаем для сжатия нормалей текстуры параметр «normal map»). Освободив один канал карты нормалей, мы можем уменьшить размер текстуры или использовать этот канал для metalness/roughness/opacity…
Обычно устраняют синий канал карты нормалей, поэтому такие текстуры выглядят жёлтыми. Так как эта оптимизация иногда выполняется некоторыми движками автоматически, вы можете замечать такие текстуры в своём проекте.
Карта нормалей мирового пространства (World space normal map): эта карта нормалей вместо того, чтобы модифицировать направление нормалей вершин, полностью их игнорирует и меняет способ отражения света lowpoly-моделью в мировом пространстве (world space) (при запекании она считает, что нормали вершин параллельны осям мира).
Можно сказать, что карта нормалей касательного пространства сообщает модели «ты должна отразить свет вправо», а карта нормалей мирового пространства — «ты должна отразить свет на восток».
Такие карты нормалей более разноцветные и в них больше заметных градиентов; их использовали, потому что в таком случае не нужно думать о нормалях вершин lowpoly, но у них есть недостаток — нельзя двигать модель, потому что она будет выглядеть странно (мы устанавливаем грань так, чтобы она всегда отражала свет на восток. Если повернуть её, то грань продолжит отражать свет на восток.).
Сегодня карты нормалей мирового пространства используются в играх очень редко, но их всё равно можно применять для создания красивых текстур, например, синий канал показывает, как модель должна отражать свет, падающий сверху модели, поэтому можно использовать его, чтобы добавить к текстуре цветное освещение.
Стоит также помнить, что мировые координаты в разных приложениях реализованы по-разному: в Unreal, 3D Studio Max, Blender вверх направлена ось Z, а в Maya, Modo и Cinema4D — ось Y. Это значит, что при переносе между приложениями карты нормалей мирового пространства могут портиться.
Карта нормалей пространства объекта (Object space normal map): это улучшенная версия предыдущего типа карт, и она очень на него похожа. Идея заключается в том, что при перемещении модели в мире её карта нормалей мирового пространства должна переориентироваться относительно объекта.
Это можно описать как «эта грань должна отражать свет вправо от модели». Если поворачивать модель в мире, то карта нормалей должна изменяться в соответствии с этими изменениями. Однако это не работает с деформируемыми мешами, потому что в таких картах учитывается только перемещение объекта. Именно по этой причине сегодня наиболее распространены карты нормалей касательного пространства.
Наклонные карты нормалей (Bent normal maps): по сути, в них сочетается информация AO и карты нормалей, наклоняющая направления нормалей так, чтобы свет стремился отражаться к тем частям модели, на которые попадает свет.
Такие карты используются для улучшения Ambient Oclussion и чтобы избежать эффекта под названием «утечка света» (light leaking), при котором модель может отражать свет теми частями, которых он не может достичь. Лично я никогда ими не пользовался, но исследовал бы их возможности, если бы столкнулся с заметной «утечкой света». Более подробную информацию можно найти здесь, здесь и здесь.
16-битные карты нормалей (16 bit normal maps): иногда, когда на карте нормалей присутствует очень плавный градиент, мы можем замечать появление полос. Эти полосы возникают из-за нехватки цветов для представления плавного градиента, обычно вызванной сжатием текстур.
Узнать больше о 16-битных картах нормалей можно у самого бога туториалов — Earthquake.
Следует также учитывать, что для уменьшения последствий этой проблемы существуют и другие техники, например, полное устранение карт нормалей (для представления этой плавной поверхности используется только геометрия), преобразование lowpoly так, чтобы она была более похожа на highpoly, чтобы градиенты оказались менее заметны, или использование дизеринга.
Так какой же из типов мы должны использовать?
В 90% случаев наилучшим решением являются карты нормалей касательного пространства Mikk. В отличие от вариантов с использованием карт нормалей пространства мира или объекта, модель сможет деформироваться, а направление нормалей останется правильным.
Следует запекать карту нормалей в том же касательном пространстве, что и в программе рендеринга. Наиболее распространённое касательное пространство — это Mikk, так что по возможности используйте его.
Если же на вашей карте нормалей появляется пикселизация, подумайте над использованием 16-карт нормалей или одного из упомянутых выше решений.
По сути, это все типы карт нормалей, которые я смог вспомнить. Если вам известны какие-то другие типы, то сообщите мне о них, и я добавлю их в этот туториал!
Благодарю за прочтение, надеюсь, статья была вам полезна. Спасибо Shnya за комментарии и помощь.