ठोस प्रतिमन

ठोस मॉडलिंग (या सॉलिड मॉडलिंग)त्रि-आयामी आकृतियों (ठोस) के गणितीय और कंप्यूटर मॉडलिंग के लिए सिद्धांतों का सुसंगत सेट है। ठोस प्रतिरूपण ज्यामितीय प्रतिरूपण और कंप्यूटर चित्रलेख के संबंधित क्षेत्रों से भौतिक निष्ठा पर जोर देने के कारण अलग है, जैसे कि 3डी प्रतिरूपण । साथ में, ज्यामितीय और ठोस मॉडलिंग के सिद्धांत 3डी कंप्यूटर एडेड डिजाइन की नींव बनाते हैं और सामान्य रूप से भौतिक वस्तुओं के डिजिटल मॉडल के निर्माण, विनिमय, दृश्य, एनीमेशन, पूछताछ और व्याख्या का समर्थन करते हैं।

अवलोकन
ठोस मॉडलिंग विधियों का उपयोग डिजाइन प्रक्रिया के भाग के रूप में की जाने वाली कई कठिन इंजीनियरिंग गणनाओं की स्वचालन प्रक्रिया की अनुमति देता है। मशीनिंग और असेंबली जैसी प्रक्रियाओं का अनुकरण, योजना और सत्यापन ठोस मॉडलिंग के विकास के लिए मुख्य उत्प्रेरकों में से एक थे। हाल ही में, धातु की चादर उत्पादन, इंजेक्शन मोल्डिंग, वेल्डिंग, पाइपलाइन रूटिंग आदि को सम्मिलित करने के लिए समर्थित विनिर्माण अनुप्रयोगों की श्रेणी का विस्तार किया गया है। पारंपरिक निर्माण से परे, ठोस मॉडलिंग विधियाँ शीघ्रता से तीव्र प्रोटोटाइपिंग, डिजिटल डेटा अभिलेखीय और रिवर्स इंजीनियरिंग के लिए भौतिक वस्तुओं पर नमूना बिंदुओं से ठोस पदार्थों का पुनर्निर्माण करके, परिमित तत्वों का उपयोग करके यांत्रिक विश्लेषण, गति योजना और एनसी पथ सत्यापन, तंत्र के गतिज और गतिशील विश्लेषण के लिए नींव के रूप में कार्य करती है। इन सभी अनुप्रयोगों में केंद्रीय समस्या वास्तविक कलाकृतियों के भौतिक व्यवहार के अनुरूप तीन आयामी ज्यामिति का प्रभावी ढंग से प्रतिनिधित्व और हेरफेर करने की क्षमता है। ठोस मॉडलिंग अनुसंधान और विकास ने इनमें से कई उद्देश्यों को प्रभावी ढंग से संबोधित किया है, और कंप्यूटर एडेड इंजीनियरिंग का केंद्रीय फोकस बना हुआ है।

गणितीय नींव
ठोस मॉडलिंग की धारणा आज के रूप में प्रचलित यांत्रिक ज्यामितीय मॉडलिंग सिस्टम में सूचनात्मक पूर्णता के लिए विशिष्ट आवश्यकता पर निर्भर करती है, इस अर्थ में कि किसी भी कंप्यूटर मॉडल को सभी ज्यामितीय प्रश्नों का समर्थन करना चाहिए जो इसके संबंधित भौतिक वस्तु से पूछे जा सकते हैं। आवश्यकता स्पष्ट रूप से एक ही भौतिक वस्तु के कई कंप्यूटर अभ्यावेदन की संभावना को पहचानती है जब तक कि कोई भी दो अभ्यावेदन सुसंगत हैं। प्रतिनिधित्व की सूचनात्मक पूर्णता को कम्प्यूटेशनल रूप से सत्यापित करना असंभव है जब तक कि किसी भौतिक वस्तु की धारणा को गणना योग्य गणितीय गुणों और किसी विशेष प्रतिनिधित्व से स्वतंत्र के रूप में परिभाषित नहीं किया जाता है। जैसा कि आज हम जानते हैं, इस तरह के तर्क ने मॉडलिंग प्रतिमान के विकास को प्रेरित किया जिसने ठोस मॉडलिंग के क्षेत्र को आकार दिया है।

सभी निर्मित घटकों में परिमित आकार और अच्छी तरह से व्यवहार वाली सीमा (टोपोलॉजी) होती हैं, इसलिए प्रारंभ में सजातीय आइसोट्रोपिक सामग्री से बने कठोर भागों को गणितीय रूप से मॉडलिंग करने पर ध्यान केंद्रित किया गया था जिसे जोड़ा या हटाया जा सकता था। इन अभिगृहीत गुणों को क्षेत्रों के गुणों में अनुवादित किया जा सकता है, त्रि-आयामी यूक्लिडियन अंतरिक्ष के सबसेट। "दृढ़ता" को परिभाषित करने के लिए दो सामान्य दृष्टिकोण क्रमशः बिंदु-सेट टोपोलॉजी और बीजगणितीय टोपोलॉजी पर निर्भर करते हैं। दोनों मॉडल निर्दिष्ट करते हैं कि सरल टुकड़ों या कोशिकाओं से ठोस कैसे बनाया जा सकता है।

सघनता के सातत्य बिंदु-सेट मॉडल के अनुसार, किसी भी X ⊂ ℝ3 के सभी बिंदुओं को उनके पड़ोस के अनुसार X के संबंध में आंतरिक, बाहरी, या सीमा बिंदुओं के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। यह मानते हुए कि ℝ3 विशिष्ट यूक्लिडियन मीट्रिक से संपन्न है, बिंदु p ∈X का पड़ोस में खुली गेंद का रूप लेता है। X को ठोस माने जाने के लिए, किसी भी p ∈X का प्रत्येक पड़ोस लगातार त्रिविमीय होना चाहिए; निम्न-आयामी पड़ोस वाले बिंदु दृढ़ता की कमी का संकेत देते हैं। पड़ोस की आयामी एकरूपता की गारंटी 'बंद नियमित सेट' के वर्ग के लिए है, जिसे उनके इंटीरियर के क्लोजर (टोपोलॉजी) के बराबर सेट के रूप में परिभाषित किया गया है। किसी भी X ⊂ ℝ3 को बंद नियमित सेट में बदला जा सकता है या इसके इंटीरियर को बंद करके नियमित किया जा सकता है, और इस प्रकार ठोस पदार्थों के मॉडलिंग स्थान को गणितीय रूप से ℝ3 के बंद नियमित उपसमुच्चय के स्थान के रूप में (हेइन-बोरेल प्रमेय द्वारा, हेइन-बोरेल प्रमेय यह निहित है कि सभी ठोस कॉम्पैक्ट जगह सेट हैं) परिभाषित किया जाता है। इसके अतिरिक्त, सेट यूनियन, चौराहे और अंतर (सामग्री को जोड़ने और हटाने के बाद ठोसता की गारंटी देने के लिए) के बूलियन संचालन के अनुसार ठोस पदार्थों को बंद करना आवश्यक है। मानक बूलियन संचालन को बंद नियमित सेट पर प्रयुक्त करने से बंद नियमित सेट का उत्पादन नहीं हो सकता है, किन्तु मानक बूलियन संचालन को प्रयुक्त करने के परिणाम को नियमित करके इस समस्या को हल किया जा सकता है। नियमित सेट संचालन को ∪∗, ∩∗, और −∗ के रूप में दर्शाया गया है।

ठोस के रूप में सेट X ⊂ ℝ3 के संयोजी लक्षण वर्णन में ओरिएंटेबल सेल कॉम्प्लेक्स के रूप में X का प्रतिनिधित्व करना सम्मिलित है जिससे कोशिकाएं अन्यथा असंख्य सातत्य में बिंदुओं के लिए परिमित स्थानिक पते प्रदान कर सकें। यूक्लिडियन अंतरिक्ष के अर्ध-विश्लेषणात्मक बाध्य उपसमुच्चय का वर्ग बूलियन संचालन (मानक और नियमित) के अनुसार बंद है और अतिरिक्त संपत्ति प्रदर्शित करता है कि प्रत्येक अर्ध-विश्लेषणात्मक सेट को 0,1,2,3 आयामों के असंबद्ध कोशिकाओं के संग्रह में स्तरीकरण किया जा सकता है। बिंदुओं, रेखा खंडों, त्रिकोणीय चेहरे (ज्यामिति), और चतुष्फलकीय तत्वों के संग्रह में अर्ध-विश्लेषणात्मक सेट का त्रिभुज स्तरीकरण का उदाहरण है जो सामान्यतः उपयोग किया जाता है। ठोसता के संयोजी मॉडल को यह कहते हुए संक्षेप में प्रस्तुत किया जाता है कि अर्ध-विश्लेषणात्मक बाध्य उपसमुच्चय होने के अतिरिक्त, ठोस त्रि-आयामी टोपोलॉजिकल पॉलीहेड्रा हैं, विशेष रूप से सीमा के साथ त्रि-आयामी ओरिएंटेबल मैनिफोल्ड हैं। विशेष रूप से इसका तात्पर्य पॉलीहेड्रॉन की दहनशील सीमा की यूलर विशेषता 2 है। ठोसता का कॉम्बिनेटरियल मैनिफोल्ड मॉडल, जॉर्डन ब्रूवर प्रमेय के परिणामस्वरूप ठोस पृथक स्थान की सीमा को ठीक दो घटकों में गारंटी देता है, इस प्रकार गैर-कई गुना पड़ोस वाले सेट को समाप्त करना जिन्हें निर्माण करना असंभव माना जाता है।

ठोस पदार्थों के बिंदु-सेट और संयोजी मॉडल पूरी तरह से एक-दूसरे के साथ संगत होते हैं, एक दूसरे के स्थान पर उपयोग किए जा सकते हैं, निरंतर या संयोजी गुणों पर निर्भर करते हुए आवश्यकतानुसार, और n आयामों तक बढ़ाया जा सकता है। इस स्थिरता को सुविधाजनक बनाने वाली प्रमुख संपत्ति यह है कि ℝn के बंद नियमित उपसमुच्चय का वर्ग सजातीय रूप से n-आयामी टोपोलॉजिकल पॉलीहेड्रा के साथ स्पष्ट रूप से मेल खाता है। इसलिए, प्रत्येक n-आयामी ठोस को इसकी सीमा द्वारा स्पष्ट रूप से दर्शाया जा सकता है और सीमा में n-1-आयामी पॉलीहेड्रॉन की मिश्रित संरचना होती है जिसमें सजातीय रूप से n-1-आयामी पड़ोस होते हैं।

ठोस प्रतिनिधित्व योजनाएँ
अनुमानित गणितीय गुणों के आधार पर, ठोस पदार्थों का प्रतिनिधित्व करने की कोई भी योजना यूक्लिडियन अंतरिक्ष के अर्ध-विश्लेषणात्मक उपसमुच्चय के वर्ग के बारे में जानकारी प्राप्त करने की विधि है। इसका अर्थ है कि सभी प्रतिनिधित्व एक ही ज्यामितीय और सामयिक डेटा को डेटा संरचना के रूप में व्यवस्थित करने के विभिन्न विधियाँ हैं। सभी प्रतिनिधित्व योजनाओं को प्रिमिटिव के सेट पर परिमित संख्या में संचालन के संदर्भ में व्यवस्थित किया जाता है। इसलिए, किसी विशेष प्रतिनिधित्व का मॉडलिंग स्थान परिमित है, और कोई एकल प्रतिनिधित्व योजना सभी प्रकार के ठोस पदार्थों का प्रतिनिधित्व करने के लिए पूरी तरह से पर्याप्त नहीं हो सकती है। उदाहरण के लिए, रचनात्मक ठोस ज्यामिति के माध्यम से परिभाषित ठोस को बहुत ही सरल स्थितियों को छोड़कर, अंतरिक्ष प्रक्षेपवक्र के अनुसार आदिम गति के ठोस झाडू के रूप में प्रस्तुत नहीं किया जा सकता है। यह आधुनिक ज्यामितीय मॉडलिंग प्रणालियों को ठोस पदार्थों की कई प्रतिनिधित्व योजनाओं को बनाए रखने और प्रतिनिधित्व योजनाओं के बीच कुशल रूपांतरण की सुविधा प्रदान करने के लिए विवश करता है।

नीचे ठोस मॉडल बनाने या प्रस्तुत करने के लिए उपयोग की जाने वाली सामान्य विधियों की सूची दी गई है। आधुनिक मॉडलिंग सॉफ़्टवेयर ठोस का प्रतिनिधित्व करने के लिए इन योजनाओं के संयोजन का उपयोग कर सकता है।

आदिम उदाहरण
यह योजना वस्तु के परिवारों की धारणा पर आधारित है, परिवार के प्रत्येक सदस्य को कुछ मापदंडों द्वारा दूसरे से अलग किया जाता है। प्रत्येक वस्तु परिवार को सामान्य आदिम कहा जाता है, और परिवार के अंदर अलग-अलग वस्तुओं को आदिम उदाहरण कहा जाता है। उदाहरण के लिए, बोल्ट का परिवार सामान्य आदिम है, और मापदंडों के विशेष सेट द्वारा निर्दिष्ट एकल बोल्ट आदिम उदाहरण है। शुद्ध पैरामीटरयुक्त इंस्टेंसिंग योजनाओं की विशिष्ट विशेषता नई संरचनाओं को बनाने के लिए उदाहरणों के संयोजन के साधनों की कमी है जो नई और अधिक जटिल वस्तुओं का प्रतिनिधित्व करती हैं। इस योजना का अन्य मुख्य दोष प्रस्तुत ठोस पदार्थों के कंप्यूटिंग गुणों के लिए कलन विधि लिखने में कठिनाई है। कलनविधि में अधिक मात्रा में परिवार-विशिष्ट जानकारी का निर्माण किया जाना चाहिए और इसलिए प्रत्येक सामान्य आदिम को विशेष स्थिति के रूप में माना जाना चाहिए, जिससे कोई समान समग्र उपचार नहीं हो सके।

स्थानिक अधिभोग गणना
यह योजना अनिवार्य रूप से ठोस द्वारा व्याप्त स्थानिक कोशिकाओं की सूची है। कोशिकाएँ, जिन्हें स्वर भी कहा जाता है, निश्चित आकार के घन होते हैं और निश्चित स्थानिक ग्रिड (अन्य बहुफलकीय व्यवस्थाएँ भी संभव हैं किन्तु घन सबसे सरल हैं) में व्यवस्थित होते हैं। प्रत्येक सेल को बिंदु के निर्देशांक द्वारा दर्शाया जा सकता है, जैसे कि सेल का केन्द्रक। सामान्यतः विशिष्ट स्कैनिंग ऑर्डर लगाया जाता है और निर्देशांक के संबंधित ऑर्डर किए गए सेट को स्थानिक सरणी कहा जाता है। स्थानिक सरणियाँ असंदिग्ध और अद्वितीय ठोस निरूपण हैं किन्तु 'मास्टर' या निश्चित अभ्यावेदन के रूप में उपयोग के लिए बहुत अधिक वर्बोज़ हैं। चूंकि, वे भागों के मोटे अनुमानों का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं और ज्यामितीय कलनविधि के प्रदर्शन को उत्तम बनाने के लिए उपयोग किया जा सकता है, विशेषकर जब रचनात्मक ठोस ज्यामिति जैसे अन्य अभ्यावेदन के साथ प्रयोग किया जाता है।

सेल अपघटन
यह योजना ऊपर वर्णित ठोस पदार्थों के संयोजी विवरणों से अनुसरण करती है। ठोस को उसके अपघटन द्वारा कई कोशिकाओं में दर्शाया जा सकता है। स्थानिक अधिभोग गणना योजनाएँ कोशिका अपघटन का विशेष स्थिति है जहाँ सभी कोशिकाएँ घनाकार होती हैं और नियमित ग्रिड में स्थित होती हैं। सेल अपघटन ठोस के कुछ टोपोलॉजिकल गुण की गणना के लिए सुविधाजनक विधियाँ प्रदान करते हैं जैसे कि इसके संयुक्तता (टुकड़ों की संख्या) और जीनस (छिद्रों की संख्या)। त्रिकोणीय के रूप में सेल अपघटन आंशिक अंतर समीकरणों के संख्यात्मक समाधान के लिए 3डी परिमित तत्वों में उपयोग किए जाने वाले प्रतिनिधित्व हैं। रोबोट मोशन प्लानिंग में अनुप्रयोगों के लिए अन्य सेल अपघटन जैसे व्हिटनी नियमित रूप से स्तरीकृत स्थान या मोर्स अपघटन का उपयोग किया जा सकता है।

सरफेस मेश मॉडलिंग
सीमा प्रतिनिधित्व के समान, वस्तु की सतह का प्रतिनिधित्व किया जाता है। हालांकि, जटिल डेटा संरचनाओं और NURBS के बजाय, कोने और किनारों की एक साधारण सतह जाल का उपयोग किया जाता है। सरफेस मेश को संरचित किया जा सकता है (जैसा कि एसटीएल (फ़ाइल स्वरूप) में त्रिकोणीय मेश में या चतुर्भुज के क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर रिंग के साथ क्वाड मेश), या बेतरतीब ढंग से समूहीकृत त्रिकोण और उच्च स्तर के बहुभुज के साथ असंरचित मेश।

रचनात्मक ठोस ज्यामिति
कंस्ट्रक्टिव सॉलिड ज्योमेट्री (CSG) ऊपर चर्चा किए गए नियमित सेट संचालन के माध्यम से बूलियन निर्माण या आदिम के संयोजन के रूप में कठोर ठोस का प्रतिनिधित्व करने के लिए योजनाओं का एक परिवार है। CSG और सीमा प्रतिनिधित्व वर्तमान में ठोस पदार्थों के लिए सबसे महत्वपूर्ण प्रतिनिधित्व योजनाएँ हैं। CSG अभ्यावेदन आदेशित बाइनरी ट्री का रूप लेते हैं जहां गैर-टर्मिनल नोड (कंप्यूटर विज्ञान) या तो कठोर परिवर्तनों (ओरिएंटेशन (गणित) को संरक्षित करने वाले आइसोमेट्री) या नियमित सेट संचालन का प्रतिनिधित्व करते हैं। टर्मिनल नोड आदिम पत्ते हैं जो बंद नियमित सेट का प्रतिनिधित्व करते हैं। CSG अभ्यावेदन का शब्दार्थ स्पष्ट है। प्रत्येक सबट्री एक सेट का प्रतिनिधित्व करता है जो सबट्री के आदिम पत्तों द्वारा दर्शाए गए सेट पर संकेतित परिवर्तनों / नियमित सेट संचालन को लागू करने के परिणामस्वरूप होता है। CSG अभ्यावेदन विशेष रूप से सामग्री जोड़ने या हटाने (बॉस, छेद, जेब आदि) के अनुरूप सुविधाओं के रूप में डिजाइन के इरादे को पकड़ने के लिए उपयोगी होते हैं। CSG के आकर्षक गुणों में संक्षिप्तता, ठोस की गारंटीकृत वैधता, कम्प्यूटेशनल रूप से सुविधाजनक बूलियन बीजगणितीय गुण, और ठोस के आदिम और उनकी स्थिति और अभिविन्यास को परिभाषित करने वाले उच्च स्तर के मापदंडों के संदर्भ में एक ठोस के आकार का प्राकृतिक नियंत्रण शामिल है। अपेक्षाकृत सरल डेटा संरचना और सुरुचिपूर्ण पुनरावर्तन एल्गोरिदम सीएसजी की लोकप्रियता में और योगदान दिया है।

स्वीपिंग
व्यापक योजनाओं में सन्निहित मूल धारणा सरल है। अंतरिक्ष के माध्यम से चलने वाला सेट वॉल्यूम (ठोस) का पता लगा सकता है या स्वीप कर सकता है जिसे मूविंग सेट और उसके प्रक्षेपवक्र द्वारा दर्शाया जा सकता है। इस तरह का प्रतिनिधित्व अनुप्रयोगों के संदर्भ में महत्वपूर्ण है जैसे कटर से निकाली गई सामग्री का पता लगाने के रूप में यह निर्दिष्ट प्रक्षेपवक्र के साथ चलता है, सापेक्ष गति से गुजरने वाले दो ठोस पदार्थों के गतिशील हस्तक्षेप की गणना, गति योजना, और यहां तक ​​​​कि कंप्यूटर ग्राफिक्स अनुप्रयोगों जैसे अनुरेखण में भी ब्रश की गति कैनवास पर चलती है। अधिकांश वाणिज्यिक सीएडी प्रणालियां स्वेप्ट सॉलिड्स के निर्माण के लिए (सीमित) कार्यक्षमता प्रदान करती हैं, जो अधिकतर दो आयामी क्रॉस सेक्शन के रूप में होती हैं, जो अंतरिक्ष प्रक्षेपवक्र अनुप्रस्थ पर सेक्शन में चलती हैं। चूँकि, वर्तमान शोध ने तीन आयामी आकृतियों के पैरामीटर और यहां तक ​​कि बहु-पैरामीटर गतियों के कई अनुमानों को दिखाया है।

अंतर्निहित प्रतिनिधित्व
अंक X के सेट को परिभाषित करने का एक बहुत ही सामान्य विधि विधेय निर्दिष्ट करना है जिसका मूल्यांकन अंतरिक्ष में किसी भी बिंदु पर किया जा सकता है। दूसरे शब्दों में, X को निहित रूप से परिभाषित किया गया है जिसमें वे सभी बिंदु सम्मिलित हैं जो विधेय द्वारा निर्दिष्ट शर्तों को पूरा करते हैं। विधेय का सबसे सरल रूप वास्तविक मूल्यवान फलन के संकेत पर स्थिति है जिसके परिणामस्वरूप समानता और असमानताओं द्वारा सेट का परिचित प्रतिनिधित्व होता है। उदाहरण के लिए, यदि $$f= ax + by + cz + d$$ शर्तें $$f(p) =0$$, $$ f(p) > 0$$, और $$f(p) < 0$$ क्रमशः समतल और दो खुले रेखीय अर्धस्थानों का प्रतिनिधित्व करता है। सरल विधेय के बूलियन संयोजनों द्वारा अधिक जटिल कार्यात्मक आदिम परिभाषित किए जा सकते हैं। इसके अतिरिक्त, आर-फलन का सिद्धांत किसी भी बंद अर्ध विश्लेषणात्मक सेट के लिए इस तरह के प्रतिनिधित्वों के रूपांतरण को एकल फलन असमानता में बदलने की अनुमति देते हैं। इस तरह के प्रतिनिधित्व को बहुभुजीकरण कलनविधि का उपयोग करके सीमा प्रतिनिधित्व में परिवर्तित किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, मार्चिंग क्यूब्स कलनविधि।

पैरामीट्रिक और फीचर-आधारित मॉडलिंग
सुविधाओं को आंतरिक ज्यामितीय मापदंडों (लंबाई, चौड़ाई, गहराई आदि), स्थिति और अभिविन्यास, ज्यामितीय सहिष्णुता, भौतिक गुणों और अन्य विशेषताओं के संदर्भ जैसी विशेषताओं से जुड़े पैरामीट्रिक आकार के रूप में परिभाषित किया गया है। सुविधाएँ संबंधित उत्पादन प्रक्रियाओं और संसाधन मॉडल तक पहुँच भी प्रदान करती हैं। इस प्रकार, आदिम बंद नियमित सेटों की तुलना में सुविधाओं का शब्दार्थ उच्च स्तर है। सुविधाओं से सामान्यतः सीएडी को डाउनस्ट्रीम मैन्युफैक्चरिंग अनुप्रयोग के साथ जोड़ने और डिजाइन डेटा के पुन: उपयोग के लिए डेटाबेस को व्यवस्थित करने के लिए आधार बनाने की आशा की जाती है। इंजीनियरिंग में जटिल वस्तुओं की प्रणालियों का पूरी तरह से वर्णन करने के लिए पैरामीट्रिक फीचर आधारित मॉडलिंग को अधिकांशतः रचनात्मक बाइनरी ठोस ज्योमेट्री (सीएसजी) के साथ जोड़ा जाता है।

ठोस मॉडलर्स का इतिहास
ठोस मॉडलर्स के ऐतिहासिक विकास को पूरे कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन के संदर्भ में देखा जाना चाहिए, प्रमुख मील के पत्थर अनुसंधान प्रणाली बिल्ड के विकास के बाद इसके वाणिज्यिक स्पिन-ऑफ रोमुलस (बी-रेप ठोस मॉडलर) के रूप में आगे बढ़े। पैरासॉलिड, एसीआईएस और ठोस मॉडलिंग समाधान के विकास को प्रभावित करते हैं। स्वतंत्र राष्ट्रों का राष्ट्रमंडल (सीआईएस) में पहले सीएडी डेवलपर्स में से एक, एस्कॉन ने 1990 के दशक में अपने स्वयं के ठोस मॉडलर का आंतरिक विकास प्रारंभ किया। नवंबर 2012 में, एस्कॉन का गणितीय प्रभाग अलग कंपनी बन गया, और इसका नाम सी3डी रखा गया। इसे सी3डी ज्यामितीय मॉडलिंग कर्नेल को स्टैंडअलोन उत्पाद के रूप में विकसित करने का कार्य रूस से एकमात्र वाणिज्यिक 3डी मॉडलिंग कर्नेल सौंपा गया था। अन्य योगदान उनके जीडब्ल्यूबी और जीपीएम परियोजना के साथ मैंटीला से आया, जिसने 1980 के दशक के प्रारंभ में, अन्य बातों के अतिरिक्त, हाइब्रिड मॉडलिंग विधियों में योगदान दिया। यह तब भी है जब रोम विश्वविद्यालय में ठोस मॉडलिंग पीएलएसएम की प्रोग्रामिंग भाषा की कल्पना की गई थी।

कंप्यूटर एडेड डिजाइन
ठोस पदार्थों की मॉडलिंग केवल सीएडी सिस्टम की क्षमताओं की न्यूनतम आवश्यकता है। तेज कंप्यूटर और प्रतिस्पर्धी सॉफ्टवेयर मूल्य निर्धारण के कारण, पिछले दस वर्षों में इंजीनियरिंग विभागों में ठोस मॉडलर सामान्य हो गए हैं। ठोस मॉडलिंग सॉफ्टवेयर मशीन डिजाइन और विश्लेषण के लिए घटकों का आभासी 3डी प्रतिनिधित्व बनाता है। विशिष्ट ग्राफिकल यूजर इंटरफेस में प्रोग्रामेबल मैक्रोज़, कीबोर्ड शॉर्टकट और डायनेमिक मॉडल हेरफेर सम्मिलित हैं। रीयल-टाइम छायांकित 3-डी में मॉडल को गतिशील रूप से पुन: उन्मुख करने की क्षमता पर जोर दिया जाता है और डिजाइनर को मानसिक 3-डी छवि बनाए रखने में सहायता मिलती है।

ठोस भाग मॉडल में सामान्यतः सुविधाओं का समूह होता है, जब तक कि मॉडल पूरा नहीं हो जाता, तब तक एक-एक करके जोड़ा जाता है। इंजीनियरिंग ठोस मॉडल अधिकतर स्केचर-आधारित सुविधाओं के साथ बनाए जाते हैं; 2-डी रेखाचित्र जो 3-डी बनने के मार्ग के साथ बह गए हैं। उदाहरण के लिए ये कट या एक्सट्रूज़न हो सकते हैं। घटकों पर डिजाइन का काम सामान्यतः पूरे उत्पाद के संदर्भ में असेंबली मॉडलिंग विधियों का उपयोग करके किया जाता है। असेंबली मॉडल में अलग-अलग भाग मॉडल के संदर्भ सम्मिलित होते हैं जिनमें उत्पाद सम्मिलित होता है।

अन्य प्रकार की मॉडलिंग विधि 'सरफेसिंग' (फ्रीफॉर्म सतह मॉडलिंग) है। यहाँ, सतहों को परिभाषित, छंटनी और विलय किया जाता है, और ठोस बनाने के लिए भरा जाता है। सतहों को सामान्यतः अंतरिक्ष में डेटम कर्व्स और कई तरह के जटिल कमांड के साथ परिभाषित किया जाता है। सरफेसिंग अधिक कठिन है, किन्तु इंजेक्शन मोल्डिंग जैसी कुछ निर्माण विधियों के लिए उत्तम है। इंजेक्शन ढाले भागों के लिए ठोस मॉडल में सामान्यतः सरफेसिंग और स्केचर आधारित विशेषताएं होती हैं।

इंजीनियरिंग चित्र अर्ध-स्वचालित रूप से बनाए जा सकते हैं और ठोस मॉडल को संदर्भित कर सकते हैं।

पैरामीट्रिकमॉडलिंग
पैरामीट्रिक मॉडलिंग मॉडल को परिभाषित करने के लिए पैरामीटर (उदाहरण के लिए आयाम) का उपयोग करता है। मापदंडों के उदाहरण - मॉडल सुविधाओं को बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले आयाम, सामग्री घनत्व, स्वेप्ट सुविधाओं का वर्णन करने के लिए सूत्र, आयातित डेटा (उदाहरण के लिए, संदर्भ सतह का वर्णन) हैं। पैरामीटर को बाद में संशोधित किया जा सकता है, और संशोधन को दर्शाने के लिए मॉडल अपडेट किया जाता है। सामान्यतः, भागों, विधानसभाओं और रेखाचित्रों के बीच संबंध होता है। एक भाग में कई विशेषताएं होती हैं, और असेंबली में कई भाग होते हैं। चित्र या तो भागों या विधानसभाओं से बनाए जा सकते हैं।

उदाहरण: 100 मिमी के वृत्त को एक्सट्रूड करके शाफ़्ट बनाया जाता है। शाफ्ट के अंत में हब इकट्ठा किया जाता है। बाद में, शाफ्ट को 200 मिमी लंबा करने के लिए संशोधित (शाफ्ट पर क्लिक करें, लंबाई आयाम का चयन करें, 200 में संशोधित करें) किया गया है। जब मॉडल को अपडेट किया जाता है तो शाफ्ट 200 मिमी लंबा हो जाएगा, हब उस शाफ्ट के अंत में स्थानांतरित हो जाएगा जहां इसे इकट्ठा किया गया था, और इंजीनियरिंग चित्र और द्रव्यमान गुण स्वचालित रूप से सभी परिवर्तनों को दर्शाएंगे।

मापदंडों से संबंधित, किन्तु थोड़ा अलग, बाधाएं हैं। प्रतिबन्ध संस्थाओं के बीच संबंध हैं जो विशेष आकार बनाते हैं। खिड़की के लिए, पक्षों को समानांतर और समान लंबाई के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। पैरामीट्रिक मॉडलिंग स्पष्ट और सहज है। किन्तु सीएडी के पहले तीन दशकों में ऐसा नहीं था। संशोधन का अर्थ है फिर से खींचना, या पुराने के ऊपर नया कट या फलाव जोड़ना। दिखाए जाने के अतिरिक्त इंजीनियरिंग ड्रॉइंग पर आयाम बनाए गए हैं। पैरामीट्रिक मॉडलिंग बहुत शक्तिशाली है, किन्तु मॉडल निर्माण में अधिक कौशल की आवश्यकता होती है। इंजेक्शन मोल्डिंग भाग के लिए जटिल मॉडल में एक हजार विशेषताएं हो सकती हैं, और प्रारंभिक विशेषता को संशोधित करने से बाद की विशेषताएं विफल हो सकती हैं। कुशलता से बनाए गए पैरामीट्रिक मॉडल को बनाए रखना और संशोधित करना सरल है। पैरामीट्रिक मॉडलिंग भी स्वयं को डेटा के पुन: उपयोग के लिए उधार देती है। उदाहरण के लिए, पेंच का पूरा परिवार मॉडल में समाहित हो सकता है।

मेडिकल ठोस मॉडलिंग
आधुनिक कंप्यूटेड अक्षीय टोमोग्राफी और चुंबकीय अनुनाद छवि स्कैनर का उपयोग वोक्सल-आधारित मॉडल नामक आंतरिक शरीर सुविधाओं के ठोस मॉडल बनाने के लिए किया जा सकता है, जिसमें मात्रा प्रतिपादन का उपयोग करके छवियां उत्पन्न होती हैं। ऑप्टिकल 3डी स्कैनर का उपयोग पॉइंट क्लाउड या बाह्य शरीर सुविधाओं के बहुभुज जाल मॉडल बनाने के लिए किया जा सकता है।

चिकित्सा ठोस मॉडलिंग का उपयोग;
 * विज़ुअलाइज़ेशन
 * विशिष्ट शरीर के ऊतकों का दृश्य (उदाहरण के लिए केवल रक्त वाहिकाओं और ट्यूमर)
 * कृत्रिम अंग, ऑर्थोटिक्स और अन्य चिकित्सा और दंत चिकित्सा उपकरणों को डिजाइन करना (इसे कभी-कभी बड़े पैमाने पर अनुकूलन कहा जाता है)
 * शीघ्रता से प्रोटोटाइप के लिए बहुभुज जाल मॉडल बनाना (उदाहरण के लिए कठिन सर्जरी की तैयारी करने वाले सर्जनों की सहायता के लिए)
 * कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन ठोस मॉडलिंग (उदाहरण के लिए हिप रिप्लेसमेंट पार्ट्स का डिज़ाइन) के साथ पॉलीगॉन मेश मॉडल का संयोजन
 * जटिल जैविक प्रक्रियाओं का कम्प्यूटेशनल विश्लेषण, उदाहरण- वायु प्रवाह, रक्त प्रवाह
 * विवो में नए चिकित्सा उपकरणों और प्रत्यारोपण का कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन

यदि उपयोग स्कैन डेटा के विज़ुअलाइज़ेशन से परे जाता है, तो स्कैन डेटा का स्पष्ट और यथार्थवादी ज्यामितीय विवरण उत्पन्न करने के लिए छवि विभाजन और छवि-आधारित मेशिंग जैसी प्रक्रियाएँ आवश्यक होंगी।

इंजीनियरिंग
चूंकि कंप्यूटर पर चल रहे सीएडी प्रोग्राम जटिल आकृतियों वाली सही ज्यामिति को समझते हैं, इसलिए 3-डी ठोस के कई गुण, जैसे कि इसका गुरुत्व केंद्र, आयतन और द्रव्यमान, शीघ्रता से परिकलित किए जा सकते हैं। उदाहरण के लिए, इस आलेख के शीर्ष पर दिखाए गए गोल किनारों वाले घन का माप समतल से समतल तक 8.4 मिमी है। इसके कई त्रिज्या और इसके छह चेहरों में से प्रत्येक पर उथले पिरामिड के अतिरिक्त, इसके गुणों की सरलताी से डिजाइनर के लिए गणना की जाती है, जैसा कि दाईं ओर स्क्रीनशॉट में दिखाया गया है।

यह भी देखें

 * वायरफ्रेम मॉडलिंग
 * मुक्त सतह मॉडलिंग


 * कम्प्यूटेशनल ज्यामिति
 * कंप्यूटर चित्रलेख
 * इंजीनियरिंग ड्राइंग
 * यूलर सीमा प्रतिनिधित्व
 * सीएएक्स कंपनियों की सूची
 * पीएलएएसएम - ठोस मॉडलिंग की प्रोग्रामिंग भाषा।
 * टेक्निकल ड्राइंग

बाहरी संबंध

 * sgCore C++/C# library
 * The Solid Modeling Association

Solid Modeling