Unidad Didáctica I DISEÑO ASISTIDO POR ORDENADOR
Profesor: Ángel Millán León I.E.S. “Virgen de Villadiego” Peñaflor (Sevilla)
GUIÓN DE LA UNIDAD DIDÁCTICA 1.
INTRODUCCIÓN. ....................................................................................................2
2.
¿QUÉ SIGNIFICAN CAD, CAM Y CAE?..................................................................2
3.
CAD: APLICACIONES Y TIPOS DE PROGRAMAS. ...............................................2
4.
5.
3.1.
Diseño de objetos reales y aplicaciones. ..........................................................3
3.2.
Diseño gráfico. ..................................................................................................3
PROGRAMAS DE DISEÑO DE OBJETOS..............................................................4 4.1.
Programas de dibujo de planos.........................................................................4
4.2.
Animación y simulación por ordenador. ............................................................5
4.3.
Computer Aided Manufacturing (C.A.M.): fabricación asistida por ordenador...5
4.4.
Computer Aided Engineering (C.A.E.): ingeniería asistida por ordenador. .......6
DISEÑO GRÁFICO. .................................................................................................7 5.1.
Tipos de programas. .........................................................................................7
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1. INTRODUCCIÓN. Es un hecho que la Informática tiene una gran importancia en nuestro mundo cotidiano. Rara es la tarea que hoy en día no se encuentra informatizada, o en la que el ordenador no es una presencia preponderante. El diseño gráfico no iba a ser menos, y es una tarea en la que la Informática juega un papel fundamental. La mayoría de los procesos industriales se encuentran informatizados o automatizados, estando el ordenador en un lugar central. 2. ¿QUÉ SIGNIFICAN CAD, CAM Y CAE? Para desarrollar objetos tecnológicos, disponemos de numerosos programas y aplicaciones informáticos, cada uno de ellos asociado a un tipo de objeto y a una fase del proceso tecnológico. Todas estas utilidades del ordenador se traducen en numerosos programas comerciales, cada uno de los cuales tiene una finalidad concreta. Los programas que desarrollan una función determinada suelen agruparse bajo unas siglas que indican esa función (las siglas corresponden, habitualmente, a las iniciales del nombre en inglés). Entre los más conocidos figuran los siguientes:
C.A.D. (Computer-Aided Design): diseño asistido por ordenador.
C.A.M. (Computer-Aided Manufacturing): fabricación asistida por ordenador.
C.A.E. (Computer-Aided Engineering): ingeniería asistida por ordenador.
Cada uno de estos conceptos engloba, a su vez, varios tipos de programas, que veremos más adelante. Pese a todo, conviene indicar que la idea del producto es propiedad de la inteligencia humana. Un ordenador, hasta ahora, no ha sido capaz de crear nada por sí mismo. Sólo será capaz de perfeccionar, con el software adecuado, ideas que broten de la mente humana. 3. CAD: APLICACIONES Y TIPOS DE PROGRAMAS. No todos los programas de dibujo son iguales, aunque en su mayoría se basan en sistemas parecidos: al tener distintas aplicaciones, presentan opciones muy diferentes. Dentro de los programas de CAD se distinguen dos tipos: 9 Programas para el diseño de objetos reales (piezas tecnológicas, decorados para películas o edificios, por ejemplo). 9 Programas dedicados al diseño gráfico (maquetación, carteles, elaboración de páginas web, etc.), o de la imagen en sí misma, sin referencias concretas a un objeto extraño. En el primer caso, los programas sirven de enlace entre el diseñador (o proyectista), el encargado de la fabricación final del producto y el cliente. Se trata de programas de dibujo vectorial, y han de estar basados en sistemas muy exactos que permitan un control total de las entidades que se están dibujando y de sus interrelaciones, ya que en todo momento se refieren a objetos o piezas que van a construirse según las características que presentan en los dibujos elaborados con esos programas. Los programas de diseño gráfico se centran principalmente en la imagen, su resolución, las opciones de color, la impresión o reproducción de vídeo, etc. Sin embargo,
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el control sobre la exactitud de las formas es menos exhaustivo, y las imágenes finales quedan almacenadas muchas veces simplemente como mapas de bits. Algunos programas permiten trabajar en distintas capas, y en cada una de ellas de una de las dos formas (como mapa de bits o como dibujos vectoriales), con lo que es posible dibujar entidades de ambos tipos si es necesario. NOTAS Los programas de dibujo vectorial trabajan con entidades geométricas, mientras que los de mapas de bits trabajan sobre conjuntos de puntos de color. Una línea dibujada en el primer caso está definida por su principio y su final. En el segundo, por la asignación de color a cada uno de los puntos que la forman. La resolución es el número de puntos que tiene una imagen por unidad de superficie determinada (píxeles por pulgada cuadrada, normalmente). Una imagen queda definida por su tamaño y su resolución. Cuanto mayores sean ambos, más memoria ocupará el archivo. Las extensiones más comunes de los archivos de imágenes son, entre otras: .bmp (bitmap, mapa de bits) (*) .jpeg o .jpg (Joint Photographic Experts Group, mapa de bits comprimido) .tiff (Tagged Image File Format, formato de imagen con etiquetas) .gif (Graphics Interchange Format, formato comprimido muy usado en páginas web) más los específicos de cada programa, como, por ejemplo: .psd (PhotoShop), .cdr (CorelDraw), .dwg (AutoCAD). (*) Mapa de bits es un archivo formado por un conjunto de puntos, que forman una imagen. Todos los puntos se almacenan en memoria, por la que los archivos de este tipo pueden llegar a ser muy grandes. Para evitar tamaños tan grandes, se recurre a la compresión del archivo.
3.1. Diseño de objetos reales y aplicaciones. Esta función comprende los siguientes programas: - Programas para dibujar planos. - Programas para simular la realidad. - Programas de CAM. - Programas de CAE. - Programas de instalaciones. He incluido en este subapartado las dos últimas aplicaciones, ya que se basan en su mayoría en los planos y diseños por los programas de CAD. El dibujo realizado en un programa de CAD se utiliza como referencia geométrica. Por eso, el diseño constituye siempre, tanto en los bocetos manuales como en los sistemas informatizados, el primer paso para desarrollar un prototipo. Sería absurdo, por ejemplo, comenzar a calcular la estructura de un edificio sin saber cuál va a ser su forma, aunque, a veces, la interacción entre ambas obliga a modificar la segunda con los datos obtenidos en el programa de cálculo de estructuras. 3.2. Diseño gráfico. En este apartado se incluyen los siguientes programas: -
Programas de dibujo libre (ilustración).
-
Programas de tratamiento y retoque fotográfico.
-
Programas de maquetación de publicaciones.
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4. PROGRAMAS DE DISEÑO DE OBJETOS. Los programas de diseño de objetos suelen estar basados en sistemas de coordenadas donde las figuras se definen con arreglo a dos tipos de parámetros: -
Métricos: vienen dados por una medida, y pueden referirse a longitudes, radios o distancias entre puntos.
-
De relación: indican la conexión de unas figuras con otras, como paralelismo, perpendicularidad, tangencia, etc.
En este tipo de programas, el ordenador no almacena puntos de la pantalla,, sino ecuaciones, que son las que definen el dibujo final. Como resultado, se obtienen dibujos muy precisos, cuyos puntos están definidos de forma geométrica y permiten realizar las siguientes operaciones: ⊗ Dibujo de entidades gráficas en dos dimensiones: -
Líneas: son rectas que se definen por sus puntos inicial y final.
-
Polilíneas. Son líneas concatenadas que forman una sola entidad. La inserción de puntos sucesivos señala el final de cada línea a partir de la anterior.
-
Polígonos regulares. Se selecciona el número de lados que van a tener y su relación con una circunferencia (salvo los cuadrados y rectángulos, que se definen por sus vértices).
-
Circunferencias y arcos. Es necesario introducir el centro y el radio o diversos puntos que se encuentran en ellos.
-
Curvas cónicas. Son elipses, hipérbolas y parábolas, que se definen por sus parámetros más significativos (ejes, inclinación, etc.).
-
Curvas libres. Se definen los puntos de las curvas (vértices) y se modifican las rectas tangentes hasta conseguir la curvatura deseada en cada uno de ellos.
⊗ Modificaciones de entidades gráficas. -
Rotaciones o giros alrededor de un punto determinado.
-
Desplazamientos desde un punto origen hasta un punto final.
-
Cambios de tamaño proporcionales o también con deformaciones angulares.
-
Redondeo de esquinas mediante chaflanes con distintos tipos de ángulos.
-
Recorte o prolongación respecto a otras entidades que ya están dibujadas.
-
Borrado de las figuras.
-
Intersección de varias figuras.
⊗ Creación de figuras tridimensionales. 4.1. Programas de dibujo de planos. Hablamos de programas como AutoCAD, MicroStation o TurboCAD. En ellos, además de las operaciones citadas anteriormente, podemos realizar estas otras:
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-
Trabajo con capas, que permiten distinguir entre distintos grupos de líneas y objetos, y visualizarlos o activarlos a nuestro gusto. Es posible también trabajar con varios pisos de un edificio superpuestos en un mismo plano, para comprobar que encajan, y modificarlos luego por separado.
-
Medida de las longitudes y superficies de las figuras dibujadas.
-
Acotación de forma normalizada de líneas y ángulos.
-
Definición automática de puntos significativos de las entidades ya dibujadas (punto medio, punto final, centro, tangente) y posibilidad de referirse a ellos para crear las siguientes figuras.
-
Definición de las figuras en tres planos, para conseguir la tridimensionalidad, según las coordenadas (X, Y, Z) de cada punto, o dibujo de entidades 3-D directamente.
-
Modificación de las propiedades de cada entidad dibujada.
-
Inserción de bloques de líneas que respondan a objetos predefinidos desde librerías externas al programa (mobiliario, perfiles metálicos, símbolos variados, etc.).
-
Asignación de un grosor determinado a cada color de línea para la posterior impresión de los planos.
4.2. Animación y simulación por ordenador. Los programas de animación y simulación están destinados a conseguir un efecto de movimiento en las figuras representadas. Los programas de animación pretenden crear efectos únicamente artísticos y su movimiento es libre. Por su parte, los programas de simulación tienen restricciones, ya que intentan imitar un movimiento real. En el diseño de objetos se utilizan programas de simulación para conseguir realismo en las piezas diseñadas y para poder pasar esas mismas restricciones a los programas de ensayos virtuales. Las funciones básicas de este tipo de programas son: -
Añadir texturas a las superficies creadas.
-
Desarrollar entornos de iluminación.
-
Simular movimientos de los objetos (desplazamientos, giros y deformaciones).
-
Enfocar imágenes desde varios puntos.
AutoCAD realiza estas operaciones gracias a su función llamada render o renderizado. Otros programas que realizan estas tareas específicamente son 3D Studio y Katia (simulación) o Fireworks (animación). 4.3. Computer Aided Manufacturing (C.A.M.): fabricación asistida por ordenador. Los programas de CAM se asocian normalmente a alguna máquina automática de fabricación. Suelen comercializarse con la propia máquina, por la que su utilización es sólo industrial. Son capaces de interpretar planos elaborados con los programas vistos anteriormente, y de transformar los dibujos en órdenes mecánicas para la máquina.
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Algunos programas son muy sencillos y funcionan como una impresora, ejecutando un patrón definido en el dibujo. Otros son capaces de elaborar sus propios patrones, siguiendo órdenes más complejas. Puedes imaginarte, por ejemplo, el programa que controla las máquinas de corte en una fábrica textil. En casos aún más complejos pueden incluso controlar varias máquinas y definir la secuencia de operaciones necesarias para fabricar una pieza determinada. Estos programas pueden aplicarse a taladradoras, soldadoras, prensas, etc., con el consiguiente ahorro de tiempo y esfuerzo, así como la disminución del riesgo de accidentes, al restringir el contacto del ser humano con la maquinaria. Algunas máquinas pueden, incluso, verificar también el acabado final de las piezas fabricadas. 4.4. Computer Aided Engineering (C.A.E.): ingeniería asistida por ordenador. Al igual que en los casos anteriores, una vez elaborados los planos de un prototipo o de un edificio, podemos utilizar esa definición geométrica para prever su comportamiento futuro en relación con distintos aspectos, entre los que destacan: 9 Cálculos estáticos de estructuras: partiendo de la definición gráfica de cualquier objeto se pueden asignar densidades, resistencias y esfuerzos a los que se someterá una vez construido el objeto, para definir las características que debe tener dicho objeto. Por ejemplo, Arktec Tricalc, que es un programa para cálculo de estructuras en 3D. 9 Cálculos hidráulicos: se introducen parámetros como densidad, viscosidad, caudal o rozamiento, para los líquidos, y forma, dimensiones, longitud y adherencia, para los tubos. También se puede averiguar el comportamiento que tendrán los fluidos en el interior de tuberías o simular túneles de viento para analizar el comportamiento aerodinámico de un vehículo o un avión. Por ejemplo, Fluidsim. 9 Ensayos dinámicos: es posible también realizar ensayos para conocer la reacción del proyecto a esfuerzos dinámicos, como impactos, su propio movimiento o la resistencia sísmica de un edificio. 9 Dibujo y cálculo de redes y circuitos: algunos programas son capaces de combinar el diseño gráfico y el cálculo basado en este diseño para desarrollar y comprobar el funcionamiento de circuitos eléctricos o de fluidos (redes de fontanería, calefacción o aire a presión en fábricas). Por ejemplo, programas como Crocodile Clips o Electronics Workbench, o el más profesional OrCAD.
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5. DISEÑO GRÁFICO. El diseño gráfico comprende todos los aspectos relacionados con la imagen propiamente dicha (sin relación con objetos reales). Se ocupa de dibujos, textos y composiciones plásticas en dos o tres dimensiones, que se utilizan en: -
Publicidad: en soporte papel (anuncios, carteles), informático (páginas web), televisión o vídeo.
-
Edición de libros: maquetación de textos, incorporación de imágenes y textos.
-
Presentaciones: con series de pantallas, diapositivas, transparencias o videopresentaciones.
5.1. Tipos de programas. Los programas de diseño gráfico suelen ofrecer la posibilidad de trabajar con capas. Además, presentan características generales comunes a todos ellos.
Dibujo libre. Funcionan de modo similar a los programas de diseño de objetos. Se basan, sobre todo, en la posibilidad de dibujar y modificar curvas libres a través de sus tangentes (herramienta que se llama bézier). La base del dibujo es la creación de formas de modo parecido al dibujo a mano alzada. Macromedia FreeHand, Adobe Illustrator o Corel Draw! son ejemplos de dibujo libre en la plataforma Windows. En la plataforma Linux tenemos programas como OpenOffice Draw.
Páginas web. Programas que generan archivos con extensión .htm ó .html (acrónimo de hipertext mark-up language), que están escritos en el lenguaje de programación empleado en las páginas web. Los más empleados son Macromedia Dreamweaver y Microsoft Frontpage en el sistema Windows. En el sistema Linux podemos emplear para este fin Mozilla Composer.
Fotografía. Los programas de retoque fotográfico permiten modificar a nuestro gusto, con las herramientas de que disponen, imágenes obtenidas a través de una cámara digital o un escáner. Algunos ejemplos comerciales de este tipo de programas son Adobe PhotoShop o Corel Photopaint en la plataforma Windows. En la plataforma Linux tenemos el GIMP.
Maquetación. Se utiliza para la edición de textos, en distintos soportes de papel. Están preparados para interrelacionarse con los programas de PostScript de las imprentas. Permiten controlar márgenes, sangrados, visualizar las páginas del documento de forma completa e incluir imágenes, pero no modificarlas. Aplicación típica es la publicación de un periódico. Los programas más utilizados son QuarkXPress y Adobe PageMaker, que funcionan bajo el sistema operativo Windows. Bajo el sistema operativo Linux funciona la aplicación Scribus.
Presentaciones. Una presentación es una combinación de imágenes con texto que se combinan, formando lo que se llaman diapositivas, y que se proyectan para un determinado público. El programa más conocido para la realización de presentaciones es Microsoft PowerPoint, que funciona bajo Windows. En Linux tenemos OpenOffice Impress. Diseño Asistido por Ordenador, 7
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UNIDAD DIDÁCTICA I EJERCICIOS Y ACTIVIDADES. 1. Haz una lista con programas dedicados al diseño gráfico. 2. Indica a qué corresponden las siguientes extensiones de archivos: .bmp; .wmf; .tiff; .gif; jpg. 3. ¿Qué son los programas de dibujo vectorial? 4. Haz una lista de programas que se dediquen exclusivamente al retoque fotográfico. 5. ¿Qué es mejor, un archivo con formato .bmp o un archivo con formato .jpg? 6. Relaciona las siguientes extensiones con el programa que trabaja con ellas. .bmp
Corel Draw
.dwg
Adobe Photoshop
.cdr
AutoCAD
.psd
Internet Explorer
.tga
Microsoft Paint
7. Completa los espacios con lo que corresponda: •
QuarkXPress es un programa para ______________________________
•
Adobe PhotoShop es un programa para __________________________
•
Crocodile Clips es un programa para ____________________________
•
Corel Draw! es un programa para _______________________________
•
3D Studio es un programa para ________________________________
8. ¿Cuáles son las diferencias entre un programa de dibujo vectorial y un programa que trabaja con mapa de bits?
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