DISEGNO&GRAFICA Guida Autocad 2D 3D

01-Premessa

La potenza e la velocità di calcolo dei computer attuali, unite alla grafica e a nuovi strumenti, consentono anche all'utente medio di ottenere risultati impensabili fino a pochissimi anni fa.

L'introduzione del computer ha modificato, a volte in modo spettacolare in altre poco evidente, la vita e il lavoro di quasi tutti gli abitanti del pianeta terra. Il campo del disegno e della progettazione non fa eccezione, anzi alcuni degli effetti più eclatanti si ritrovano proprio nel CAD, vale a dire appunto nel disegno e progettazione assistiti da computer.

Per dare un esempio di questi cambiamenti basta osservare la forma delle carrozzerie delle automobili degli ultimi venti o trenta anni. Fino agli anni Sessanta i prototipi delle carrozzerie vengono battuti a mano su modelli di legno e le loro forme risultano arrotondate e avvolgenti. All'inizio del decennio successivo, con l'introduzione dei primi rudimentali sistemi CAD tridimensionali, le carrozzerie diventano spigolose, i raccordi acuti. Dagli anni Ottanta si utilizzano CAD tridimensionali a controllo matematico delle superfici e queste sono subito ritornate sinuose e tondeggianti.

Un altro indizio in grado di far capire la grande apertura d'orizzonte introdotta dal CAD, è il constatare come in un unico file di disegno sia possibile, in teoria, descrivere correttamente e dettagliatamente l'intero universo, a partire dalle particelle sub-atomiche per finire agli ammassi di galassie.

Uno tra gli aspetti più evidenti e appariscenti del CAD è infatti il suo grado di precisione matematica, assoluta. La sua capacità di creare, copiare, traslare, deformare entità grafiche complesse in tempi brevissimi.

In realtà la sua qualità più interessante è data dalla costruzione di un modello dell'oggetto e non di un disegno, di una rappresentazione piana, come avviene nel disegno tradizionale.

Tale qualità viene resa esplicita quando si opera nelle tre dimensioni ma sussiste idealmente anche nel piano, anche usando il CAD come semplice tecnigrafo elettronico. Viene infatti nascosta dalla corrispondenza esistente tra il modello dell'oggetto (piano) e la sua rappresentazione, piana anch'essa.

Nel CAD alle entità grafiche possono essere associate informazioni non grafiche, ad esempio prezzi per unità di misura o coefficienti di resistenza alla compressione. In tal modo un file CAD non rappresenta più un semplice disegno ma una vera e propria banca dati strutturata in forma grafica e alfanumerica. E il CAD stesso assume connotazioni sempre più orientate al sistema informativo globale piuttosto che di banale tiralinee cibernetico.

Nel volgere di qualche anno quasi tutte le operazioni di progettazione e disegno verranno svolte per mezzo del CAD che diventerà dunque il perno di ogni studio di geometra, architetto o ingegnere.

AutoCAD

AutoCAD è il programma CAD più venduto al mondo. Deve questo primato soprattutto al fatto di essere un CAD generico, privo cioè di specializzazioni.

Al momento attuale i termini CAD e AutoCAD risultano quasi sinonimi, almeno per l'utente non specializzato. In realtà AutoCAD, prodotto e distribuito in tutto il mondo dalla Autodesk, è solo uno tra i tanti programmi CAD in commercio. Analizzare a fondo i motivi del suo travolgente successo esula senz'altro dagli scopi di questa opera.

Va però messo in evidenza che essi si basano essenzialmente su due fatti: l'essere rimasto sempre fedele a sé stesso, mantenendo la compatibilità tra le versioni, ed essere un CAD generico, privo di specializzazioni particolari.

La compatibilità tra le molte successive versioni - compatibilità estesa anche all'interfaccia grafica - ha permesso all'utente di mantenere intatto il suo bagaglio di conoscenze e di applicazioni add-on, oltre che l'insieme dei disegni prodotti.

La mancanza di specializzazione ha invece consentito a molti di coloro che avevano la necessità di disegnare con il computer di trovare un programma che soddisfacesse, se non tutte, almeno una buona parte delle necessità.

Altre interessanti caratteristiche di AutoCAD sono la sua programmabilità sia in LISP (diretta) che in C o in Basic (indiretta) e la possibilità di personalizzare le caratteristiche procedurali del programma.

Inoltre possiede vari moduli aggiuntivi:

_ Il modellatore solido consente di creare oggetti tridimensionali pieni e non formati solo dalla pelle superficiale.

_ Il modulo render effettua il rendering degli oggetti tridimensionali.

_ Il modulo ASE (AutoCAD SQL Extension dove SQL sta per Structured Query Language) consente di collegare le entità grafiche a informazioni alfanumeriche.

_ Un modulo apposito consente l'esportazione e l'importazione di file grafici nei formati più comuni (TIFF, PCX, EPS etc.).

_ Un calcolatore geometrico consente di ottenere informazioni supplementari sulla geometria delle entità tridimensionali.

_ Un altro modulo permette la creazione di interfacce e dialog box.

Infine AutoCAD per WINDOWS ha assimilato quasi tutte le caratteristiche di quel sistema operativo:

_ La capacità di collegare un disegno con un altro documento (OLE per Object Linking and Embedding) consente, ad esempio, di inserire in un testo scritto una figura che verrà modificata, nel testo, quando AutoCAD avrà modificato il disegno.

_ La possibilità di mandare in esecuzione fino a tre sessioni separate del programma e dunque, ad esempio, stampare un disegno mentre si lavora con un altro.

_ Sono resi possibili i collegamenti DDE (Dynamic Data Exchange) con altri programmi WINDOWS.

In più la versione AutoCAD per WINDOWS prevede:

_ Una vista aerea dell'intero disegno, utile nel caso di modellazione tridimensionale.

_ L'uso della clipboard di WINDOWS per l'immissione dei comandi.

_ Una barra di strumenti (toolbar) personalizzabile da parte dell'utente e una finestra (toolbox) anch'essa personalizzabile, contenente le icone dei comandi più comuni, per una loro attivazione diretta senza passare per i menu.

Le applicazioni "verticali" di AutoCAD.

Esistono centinaia di programmi add-on che specializzano AutoCAD in moltissime campi specifici del CAD.

Come è già stato fatto rilevare AutoCAD è un programma di CAD generico, vale a dire non specializzato nel risolvere un particolare problema. Essendo però a sua volta programmabile, nel corso degli anni sono stati prodotti molti programmi aventi come campo di intervento settori specifici del disegno o della progettazione.

Autodesk pubblica annualmente una guida sulle centinaia di applicazioni europee di AutoCAD. Essa contiene una breve descrizione del programma, alcuni esempi, i costi e l'indirizzo della software house distributrice del prodotto.

In questa sede si sono semplicemente individuate e descritte delle classi di applicazioni senza nominare un programma piuttosto che un altro.

_ ARREDAMENTO DI INTERNI. Questi programmi fanno uso di una banca dati interna contenente alcune centinaia tra mobili, sanitari ed altri oggetti di uso comune di tipo e forma unificati.

I modelli sono generalmente presenti sia in forma bidimensionale per una verifica in pianta, prospetto e sezione che tridimensionale per effettuare rappresentazioni prospettiche o assonometriche e rendering dell'arredamento complessivo.

Alcuni sono dotati anche di modelli umani tridimensionali e snodabili, per la simulazione dell'uso effettivo di mobili, sedie o suppellettili.

Sono spesso collegati con data-base per la gestione diretta degli ordini e dei costi, consentendo così un notevole risparmio sui tempi di progetto di arredamenti standardizzabili quali, ad esempio, negozi di abbigliamento in franchising, supermercati, farmacie, camere d'albergo.

_ CALCOLO STRUTTURALE. Tali programmi, o i moduli aggiuntivi, eseguono il calcolo e la verifica strutturale di travi in ferro o cemento armato o di murature, simulazioni in zone sismiche, dimensionamento delle staffe e spezzoni, analisi e calcolo di fondazioni di qualsiasi tipo. Come per molti altri campi specifici, in questo settore i metodi di calcolo sono ormai ben individuati e consolidati: i programmi risultano dunque efficaci nell'uso e completi, anche nel caso si operi su edifici esistenti da restaurare.

_ COMPUTI METRICI ESTIMATIVI. Anche in questo caso il disegno costituisce la banca-dati dalla quale estrarre informazioni, metriche e non, per costruire, affiancati da data-base, tabelle di costi, quantità di materiali, tempi e ore lavorative. E' anche possibile gestire cantieri complessi attraverso diagrammi Pert e GANTT.

_ LANDSCAPE GARDENING E VERIFICA DELL'IMPATTO AMBIENTALE. Il paesaggio può essere descritto nella sua morfologia a partire, in funzione della scala scelta, dalla cartografia esistente, da carte tecniche regionali, da foto aeree o satellitari. I programmi di Landscape Gardening permettono di progettare gli interventi urbanistici sul territorio.

Alcuni di questi programmi consentono persino di verificare visivamente la crescita negli anni di alcune centinaia di essenze arboree diverse.

L'obiettivo è da una parte la rappresentazione di vari scenari possibili, d'altro canto il computo estimativo dei costi di intervento.

_ PIPING. Con tale denominazione si identificano i programmi per il progetto ed il dimensionamento di condutture e tubazioni di qualsiasi tipo, da impianti termici a elettrici o telematici. Per un loro funzionamento ottimale tali impianti necessitano di specifici e ben definibili vincoli; condizioni che sono automaticamente verificate ricavando i dati necessari direttamente dal disegno di progetto.

_ RENDERING. Effettuare il rendering di un oggetto virtuale significa ottenere una sua rappresentazione, generalmente prospettica, il più vicina possibile all’osservazione diretta dell'oggetto reale o di una sua fotografia.

Alle varie superfici che costituiscono l'oggetto vengono assegnate caratteristiche di colore, granatura, tipo di materiale, texture. Inoltre vengono predisposte luci (sempre virtuali) per la sua illuminazione; viene decisa la qualità dell'atmosfera che diffonde la luce ed infine viene scelto il punto di vista.

In buona sostanza attraverso la fase di modellazione tridimensionale si costruisce l'oggetto, mentre nella fase di rendering invece si simula in tutto e per tutto uno studio fotografico, senza limitazioni tecniche dovute ad obiettivi reali, fotocamere o luci.

I programmi più efficaci, anche se spesso i più lenti e difficili da usare, utilizzano la tecnica del ray-tracing visualizzando con estremo realismo le riflessioni multiple e le caratteristiche fisiche delle superfici. Con il metodo del ray-tracing si calcola la storia di ogni singolo raggio luminoso che perviene all'osservatore, a partire dalla sua origine (il sole virtuale o una luce puntiforme o direzionale). Il raggio viene riflesso, rifratto, diffuso ed assorbito dalle superfici degli oggetti che compongono la scena, ognuna dotata di proprie caratteristiche di colore e materiale. Alla fine si individua così il colore di ogni punto del quadro prospettico.

E' anche possibile, in tal caso, misurare con buona precisione non solo la quantità di luce incidente su di una superficie (si pensi ad esempio al progetto di musei o biblioteche), ma anche la sua qualità, vale a dire il colore e la percentuale di diretta e diffusa.

L'immagine ottenuta può essere poi montata su di una vera fotografia del contesto urbano circostante rendendo evidente in tal modo l'impatto visivo del progetto.

Viene resa anche possibile la registrazione su nastro VHS di una visione in soggettiva del progetto, animando una serie di frames ottenuti precedentemente.

_ RILIEVO ARCHITETTONICO E TOPOGRAFIA. Il rilievo di una architettura presenta caratteristiche peculiari rispetto al progetto. I problemi pratici, ma non di scarsa importanza complessiva, che il rilevatore si trova a dover affrontare sono essenzialmente due: il rilievo planimetrico e dell'alzato, sia esso in prospetto o in sezione. Vi sono pertanto due categorie di programmi in questo settore. La prima consente una compensazione rigorosa della pianta di un edificio a partire da misure prese mediante bindella. Gli errori del rilievo vengono resi minimi e, se il numero di misure è sovrabbondante rispetto allo stretto necessario, il rilevatore può anche conoscere l'entità dell'errore (usando metodi statistici). La seconda categoria, dei programmi per la restituzione fotogrammetrica, permette di conoscere le coordinate tridimensionali dei punti della facciata o della sezione a partire da una o più fotografie dell'architettura e dalla conoscenza delle coordinate di alcuni punti (i punti di controllo), ottenute per mezzo del teodolite. Le fotografie possono essere restituite manualmente per punti (da digitizer) oppure "raddrizzando" elettronicamente la fotografia, ottenendo perciò un prospetto fotografico a partire da una prospettiva. In tutti i casi i punti restituiti costituiscono una base (un sotto-lucido virtuale) per la costruzione del modello del rilievo sia esso bidimensionale che tridimensionale.

_ PROGETTAZIONE ARCHITETTONICA. Sul mercato sono presenti molti programmi add-on orientati alla progettazione edilizia. Consentono, ad esempio, di disegnare un tetto o una scala a chiocciola in un tempo infinitamente minore rispetto a quanto normalmente sarebbe necessario in AutoCAD. Effettuano anche un computo metrico estimativo dei lavori e alcuni eseguono funzioni di rendering e presentazione del progetto. In genere risultano però farraginosi nell'uso costringendo l'architetto a conformarsi ai loro vincoli, spesso molto rigidi. Sono del resto utili nella progettazione edilizia semplice e poco articolata.

_ SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI (GIS o GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM). Si affiancano ai programmi di Landscape gardening con vocazione più spiccatamente urbanistica, volta alla gestione del territorio edificato.

Si propongono essenzialmente alle strutture pubbliche oberate di incarichi incrociati di pianificazione, controllo e progetto della città.

Mediante tali programmi, affiancati da potenti data-base relazionali, vengono mantenute sotto costante controllo le reti tecnologiche per impedire, ad esempio di scavare trincee sullo stesso tratto di strada più volte nel giro di pochi mesi, con gravi disagi e costi elevati, o per conoscere le ore di funzionamento di ogni singola lampada per la pubblica illuminazione o infine per simulare l'andamento dello sviluppo urbano futuro in funzione di scelte legislative e di pianificazione.

_ STEREOLITOGRAFIA. I modelli solidi o di superfici possono essere tradotti automaticamente in modelli fisici tridimensionali per mezzo di torni a controllo numerico o mediante stereolitografia. Questa tecnica sfrutta la capacità di un laser di solidificare localmente un gel epossidico. Il modello fisico prende lentamente forma, disegnato letteralmente da un pennello puntiforme di luce laser. Attualmente la tecnologia consente di produrre, a costi molto elevati, modelli di piccole dimensioni (qualche decimetro cubo), ma in un prossimo futuro si assisterà ad una radicale riduzione dei costi e dei tempi di lavorazione oltre che ad un aumento notevole delle dimensioni massime del modello.

_ VERIFICA DEL BENESSERE AMBIENTALE. Fanno capo a questa branca del progetto il calcolo delle dispersioni termiche, delle temperature interne con vari modelli climatici possibili, dell'illuminazione diffusa e del soleggiamento, dell'abbattimento dei rumori.

Tali programmi traggono dal disegno le informazioni geometriche necessarie per i calcoli e spesso operano in funzione delle leggi vigenti, fornendo la necessaria documentazione scritta utile all'espletamento delle pratiche burocratiche.

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