ما در دنیایی سه بعدی زندگی می‌کنیم. در چنین جهانی، همه ابزار آلات، وسایل زندگی، ساختمان‌ها و هر چیز دیگری که برای ما قابل لمس باشند از سه بعد تشکیل شده‌اند. تمام موجودات زنده جهان نیز موجوداتی سه بعدی هستند. به همین علت، برای آن که بتوانید چیزی را در زندگی بسازید، باید بتوانید ابتدا آن را به صورت سه بعدی طراحی نمایید. طراحی و ساخت قطعات به صورت سه بعدی قدمت چندین هزار ساله دارد. استفاده از روش‌های سنتی مثل سفالگری، حکاکی روی چوب و نیز کنده‌کاری روی سنگ و سایر مواد به منظور طراحی سه بعدی، در گذشته‌های بسیار دور نیز استفاده شده است. با این حال، این روش‌ها مربوط به گذشته هستند و به منظور انجام طراحی‌های مدرن از دقت بالایی برخوردار نمی‌باشند؛ بخصوص زمانی که قطعه مورد نظر برای طراحی قرار است در کاربردهایی که نیازمند دقت بالا هستند مورد استفاده قرار بگیرد. در چنین مواقعی، توسعه تکنولوژی این امکان را به ما می‌دهد تا از کامپیوتر به منظور طراحی‌های دیجیتال استفاده کنیم. در مرحله بعد، با استفاده از ماشین آلات دقیق نظیر دستگاه‌های CNC و چابگرهای سه بعدی، طرح‌های دیجیتالی با دقت بالا تولید می‌شوند. به منظور طراحی‌های دیجیتال، نرم‌افزارهای زیادی وجود دارند که می‌توان از آن‌ها بهره‌مند شد. برخی از این نرمافزارها به شما این امکان را می‌دهند که مشابه روش‌های سنتی، حکاکی و کنده‌کاری را در محیط نرم‌افزار و به صورت دیجیتال انجام بدهید. برخی دیگر، ابزارهای بسیار دقیقی را در اختیار شما قرار می‌دهند که با بهره‌مندی از آن‌ها می‌توانید کنترل خیلی زیاد و دقیقی بر قطعه‌ای که قصد طراحی آن را دارید داشته باشید. مجموعه نرم‌افزاری Rhinoceros 3D که به اختصار با Rhino یا Rhino 3D شناخته می‌شود، نرم افزار طراحی راینو یکی از نرم‌افزارهایی است که از محبوبیت بسیار بالایی در میان طراحان از جمله هنرمندان تجسمی، معمارها، جواهرسازها و سایرین برخوردار است.
معرفی اولیه راینو
راینو (Rhino) نرم‌افزاری است که در دسته برنامه‌های طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) قرار می‌گیرد. با استفاده از این نرم‌افزار، می‌توان مدل‌های بسیار پیچیده با هندسه‌های گوناگون را به صورت سه بعدی طراحی نمود. موارد اصلی استفاده از این نرم‌افزار در معماری، طراحی جواهرآلات و طراحی‌های صنعتی نظیر هواپیما، کشتی و غیره می‌باشد. اولین نسخه از این مجموعه نرم‌افزاری، در سال 1998 توسط کمپانی خصوصی رابرت مک‌نیل و شرکا در سیاتل ایالات متحده معرفی شده است. تا به حال چندین به روز رسانی از راینو برای کاربران منتشر گردیده است و امکان استفاده از این نرم افزار برای کاربران ویندوز و همچنین مک فراهم می‌باشد. علاوه بر آن، به طور مرتب توسط کمپانی سرویس پک‌هایی نیز ارائه می‌شوند که هدف آن‌ها رفع نقص‌های احتمالی و بهینه‌سازی و ارتقای سطح نرم‌افزار است. تا پیش از معرفی آخرین نسخه یعنی نسخه 6 این نرم‌افزار، طراحان از افزونه گرس‌هاپر (Grasshopper) که یک زبان برنامه نویسی تصویری می‌باشد به صورت پلاگین در محیط راینو به منظور انجام طراحی‌ها خود استفاده می‌کردند. نسخه 6 راینو، گرس‌هاپر را نیز در بر داشته و به این ترتیب یک محیط کاملاً یکپارچه را برای مخاطبان خود فرآهم آورده است. در ادامه مقاله توضیحات بیشتری در مورد گرس‌هاپر ارائه خواهد شد.
نرم افزار راینو بر مبنای خطوط ریاضی نربز (NURBS) عمل می‌کند و تمرکز اصلی آن ارائه مدل‌های ریاضی دقیق از منحنی‌ها و سطوح می‌باشد. استفاده از خطوط نربز منجر به آن شده که این نرم‌افزار نسبت به سایر برنامه‌های مشابه، در زمینه تبدیل مدل‌های هندسی به نمونه‌های واقعی، بهتر و دقیق‌تر عمل کند. در ادامه با این خطوط و تأثیر آن‌ها در طراحی نیز بیشتر آشنا خواهید شد.
سیر تکامل و توسعه راینو
کمپانی ارائه دهنده این نرم‌افزار یک شرکت خصوصی می‌باشد که توسط رابرت مک‌نیل در ایالات متحده امریکا در سال 1980 تأسیس شده‌است. دفتر مرکزی این کمپانی در شهر سیاتل بوده و کمپانی مک‌نیل امروزه در شهرهای زیادی از جمله بوستون، میامی، بارسلونا، رم، توکیو، سئول، کوالالامپور و شانگهای نیز دفتر نمایندگی دارد.
نسخه‌های عرضه‌شده
اولین نسخه از نرم‌افزار راینو در اکتبر سال 1998 معرفی گردید. این نرم‌افزار که نتیجه پنج سال کار کمپانی بود، بعد از دو ماه به پنج هزار نسخه فروش رسید. در ژانویه 1999 نسخه ژاپنی این نرم‌افزار معرفی گردید و در می ماه همان سال نسخه کره‌ای آن نیز عرضه شد. معرفی دومین نسخه از راینو به آگوست 2001 باز می‌گردد. پلاگین فلامینگو برای اولین بار به همراه این نسخه برای کاربران عرضه گردید. این نسخه در مقایسه با نسخه‌های فعلی دارای کمبود‌های فراوانی بود و در همان زمان نیز خیلی از نیاز‌های طراحان حرفه‌ای را پاسخ‌گو نبود. همین امر باعث شد که عمر این نسخه چندان طولانی نباشد.
معرفی نسخه سوم نرم‌افزار در نوامبر 2002 صورت گرفت و توانست با بهبود عملکرد و رابط کاربری خود مورد استقبال بسیاری از کاربران در زمینه‌های مختلف قرار بگیرد. در ادامه توسعه و پیشرفت راینو، کمپانی مک‌نیل بسیاری از ایرادات اساسی نسخه سوم را برطرف کرده و در فوریه 2007 نسخه چهارم را عرضه نمود. یک سال بعد، پلاگین قوی گرس‌هاپر نیز به راینو اضافه گردید و به این ترتیب تحولی اساسی را در این نرم‌افزار ایجاد نمود. در سال‌های 2013 و 2015 به ترتیب نسخه پنجم این نرم‌افزار برای ویندوز و سیستم عامل مک معرفی شد. این نسخه نیز پیشرفت‌های زیادی داشت. یکی از مهم‌ترین این موارد، اضافه شدن ابزاری با نام Gumball بود. این ابزار امکان جابجا کردن و چرخاندن را در اندازه‌های خاصی که مد نظر کاربران باشد فراهم می‌نمود؛ به این ترتیب، این ابزار باعث شد تا این موارد فقط محدود به درگ با ماوس نباشند. این تغییر اساسی باعث شد تا دقت طراحی افزایش چشمگیری پیدا کند. آخرین نسخه‌ای که تا کنون به صورت نهایی و رسمی عرضه شده، نسخه ششم می‌باشد که تاریخ عرضه آن برای ویندوز فوریه 2018 و برای مک جولای 2019 می‌باشد.
مراحل انتشار نسخه 7 راینو
اگر از آشنایی شما با راینو مدت زیادی گذشته باشد، حتماً در جریان شیوه معرفی نسخه‌های جدید این نرم‌افزار قرار دارید. با این حال بد نیست اشاره مجددی به این فرآیند داشته باشیم. انتشار هر نسخه جدید شامل سه مرحله است. کمپانی مک‌نیل در ابتدای امر نسخه آلفا را ارائه می‌دهد. این نسخه همان نسخه در حال آماده‌سازی (WIP) می‌باشد. نسخه آلفا را در اختیار کاربران قبلی این نرم‌افزار قرار داده می‌شود تا به این ترتیب باگ‌ها و مشکلات احتمالی توسط آن‌ها شناسایی و گزارش شود. همچنین تمامی امکاناتی که قرار است در نسخه جدید عرضه شوند در این مرحله معرفی نمی‌گردند.
مرحله دوم انتشار نسخه بتا برای نرم‌افزار می‌باشد. باگ‌های کشف‌شده در نسخه آلفا در این مرحله رفع می‌شود. می‌توان گفت که نسخه بتا اکثر قابلیت‌های نسخه نهایی را در بر دارد ولی تغییرات رابط‌کاربری و محیط نرم‌افزار در این مرحله ارائه نمی‌شود.
بعد از آن که نسخه بتا از طرف کاربران بازخوردهای مثبت زیادی دریافت کند و مشکل خاصی برای آن گزارش نشود نسخه نهایی توسط کمپانی و از طریق سایت رسمی آن منتشر می‌شود. هر یک از این مراحل به طور تقریبی 6 ماه به طول می‌انجامد.
نسخه 7 نرم‌افزار که جدیدترین ورژن آن می‌باشد اکنون در فاز بتا قرار دارد. نسخه بتا ورژن 7 به تازگی و در اکتبر 2020 برای کاربران عرضه شده است. این نسخه مرتباً به‌روز رسانی گردیده و نسخه قبلی آن بی اعتبار می‌شود. این کار کمک می‌کند تا کاربران همواره آخرین نسخه را در دست داشته و یافتن مشکلات و باگ‌های احتمالی با سرعت بیشتری صورت بگیرد.
چرا راینو انتخاب طراحان است؟
راینو نرم‌افزاری است که قابلیت‌های زیادی را برای شما فراهم می‌آورد. با استفاده از تکنیک نربز که در این برنامه برای طراحی از آن استفاده می‌شود، در هنگام مدل‌سازی، به‌جای چند وجهی‌ها و اتصال آن‌ها با یکدیگر، با منحنی‌ها سر و کار دارید. به این ترتیب، با کنترل منحنی‌ها سطوح سه بعدی مد نظر خود را ایجاد می‌کنید. در این نوع از مدل‌سازی از حالت بهینه شده روش مش استفاده می‌شود که همین امر به شما این امکان را می‌دهد تا تعداد وجه‌های تشکیل دهنده سطح مدل خود را بهینه‌کنید. می‌توان گفت که این روش دقیق‌ترین روشی است که می‌توان برای مدل سازی به کار برد.
نرم‌افزار راینو دربردارنده مجموعه‌ای بسیار کامل از ابزار به منظور کمک به توسعه پروژه‌ها است. بدون در نظر گرفتن آن که هدف مدل‌سازی شما برای چه صنعتی است، ابزار گسترده‌ای که راینو در اختیار شما قرار می‌دهد منجر به طراحی‌های قوی و انجام پروژه‌ها با کیفیت بسیار بالا می‌گردد. در محیط این برنامه می‌توانید تمامی ابزار عمومی طراحی، تنظیمات نقاط و منحنی‌ها و امکانات مربوط به کنترل سطوح را در اختیار داشته باشید. همچنین ابزارهای زیادی برای کار به صورت مش و یا تبدیل نربز به مش نیز برای شما فراهم شده‌است.
نکته دیگر آن است که این برنامه صرفاً برای طراحی‌های سه بعدی به کار نمی‌رود. در واقع، با استفاده از قابلیت دو بعدی موجود در این نرم‌افزار، راینو در طراحی‌ها و ایجاد پیش‌نویس و نقشه‌های دوبعدی مدل‌های شما نیز بسیار دقیق و سودمند عمل می‌کند. بنابراین با استفاده از راینو می‌توانید تمامی ایده‌های خود را در هر دو حالت دو بعدی و سه بعدی توسعه دهید.
آشنایی با مدل‌سازی نربز (NURBS)
نربز یک نمایش ریاضی از هندسه سه بعدی می‌باشد و با استفاده از آن، می‌توان هر شکلی را مدل سازی نمود. نربز این امکان را به شما می‌دهد تا بتوانید از ساده‌ترین اشکال دو بعدی نظیر خط، دایره، کمان و منحی تا پیچیده‌ترین اشکال و سطوح سه بعدی را با دقت بالایی طراحی و پیاده‌سازی کنید. مدل‌های طراحی‌شده با استفاده از نربز به دلیل دقت و انعطاف‌پذیری بالایی که دارند قابل استفاده در هر نوع فرآیند تصویرگری و طراحی هستند.
المان‌های تشکیل‌دهنده نربز
منحنی‌ها و سطوح نربز به صورت مشابه‌ای رفتار می‌کنند. با این حال توضیح منحنی‌های نربز ساده‌تر می‌باشد و به همین دلیل بیشتر منحنی‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهیم. یک منحنی نربز، با استفاده از چهار المان تعریف می‌شود؛ این المان‌ها عبارت‌اند از: درجه، نقاط کنترل، گره‌ها و یک قانون ارزیابی.
• درجه. در منحنی‌های نربز درجه عددی مثبت می‌باشد. خطوط نربز معمولاً از درجه یک هستند. دایره‌ها از درجه دو بوده و منحنی‌ها از درجه سه یا پنج هستند. این امکان وجود دارد که درجه منحنی نربز را بدون تغییر شکل آن افزایش داد. به طور کلی، کاهش درجه منحنی بدون تغییر شکل آن امکان پذیر نمی‌باشد.
• نقاط کنترل. تعداد نقاط کنترل باید حداقل یک واحد از درجه بالاتر باشد. یکی از ساده‌ترین راه‌های تغییر شکل منحنی، جابجایی نقاط کنترل آن می‌باشد. به نقاط کنترل عددی نسبت داده می‌شود که وزن نقاط می‌باشد. وقتی تمامی نقاط کنترل یک منحنی وزن یکسان (معمولاً یک) داشته باشند، منحنی غیر گویا بوده و در غیر این صورت منحنی گویا (Rational) می‌باشد. حرف R در اصطلاح NURBS نیز مخفف کلمه Rational بوده که نشان می‌دهد منحنی‌های نربز می‌توانند گویا باشند.
• گره‌ها. گره لیستی از اعداد می‌باشد. تعداد این اعداد یک واحد از مجموع درجه و نقاط کنترل کمتر است. لیست اعدادی که برای گره انتخاب می‌شود باید مطابق با شرایط فنی خاصی باشد. روند این اعداد باید در لیست به صورت ثابت یا افزایشی باشد. همچنین تعداد تکرار اعداد نیز نباید بیش از درجه نربز شود. به طور کلی می‌توان گفت که اضافه‌کردن گره لزوما باعث تغییر شکل منحنی نمی‌شود اما حذف آن‌ها شکل منحنی نربز را تغییر می‌دهد.
• قانون ارزیابی. در منحنی‌های نربز، قانون ارزیابی یک فرمول ریاضی است که در ازای دریافت یک عدد ورودی یک نقطه از منحنی را به آن نسبت می‌دهد. این فرمول در بر دارنده درجه، نقاط کنترل و گره‌های منحنی است.
مزایای استفاده از نربز
هندسه نربز دارای پنج ویژگی اصلی می‌باشد که این موارد آن را به انتخابی ایده‌آل برای مدل‌سازی با کمک کامپیوتر تبدیل می‌کنند. این ویژگی‌ها عبارت‌اند از:
• امکان تبادل هندسه نربز در محیط‌های مختلف وجود دارد. این امر بدان معنی است که کاربران می‌توانند مدل‌های هندسی ارزشمند خود را بین برنامه‌های مختلف انیمیشن، مدل‌سازی و تجزیه و تحلیل مهندسی جابجا نمایند. این قابلیت این امکان را فراهم می‌آورد که مدل‌های هندسی طراحی شده را بتوان برای سایر کاربردهای مدنظر در آینده نیز استفاده نمود.
• نربز یک تعریف کاملاً دقیق و شناخته‌شده دارد. ریاضیات و علوم کامپیوتر مرتبط با نربز در اکثر دانشگاه‌های معتبر مورد تدریس قرار می‌گیرند. این امر باعث می‌شود که شرکت‌های طراحی صنعتی، تیم‌های مهندسی، طراحان و ارائه دهندگان نرم‌افزارهای تخصصی طراحی و سایر افرادی که نیازمند طراحی هستند، بتوانند برنامه‌نویس‌های زیادی که توانایی کار با هندسه نربز را دارند به منظور انجام بهتر پروژه خود بیابند.
• مزیت مهم دیگر نربز آن است که می‌تواند با دقت خیلی زیادی هندسه‌های استاندارد نظیر خط، دایره، بیضی و کره و همچنین اشکال هندسی آزاد نظیر بدنه اتومبیل و بدن انسان را ارائه نماید.
• داده‌هایی که برای تعریف و طراحی یک هندسه مشخص با استفاده از نربز مورد نیاز است، خیلی کمتر از داده‌هایی است که در سایر تقریب‌های وجهی مورد نیاز است. همین امر سرعت عمل طراحی را به طور چشمگیری بالا میبرد.
• قانون ارزیابی مورد استفاده در منحنی‌های نربز که به آن اشاره شد، ابزاری است که می‌تواند به صورت کامپیوتری به طور بسیار دقیق و کارآمد مورد استفاده قرار گیرد.
معرفی پلاگین گرس‌هاپر (Grasshopper)
گرس‌هاپر یک محیط و زبان برنامه‌نویسی تصویری است که به عنوان یک پلاگین در نرم‌افزار راینو مورد استفاده قرار می‌گیرد. این محیط توسط دیوید راتن و رابرت مک‌نیل طراحی گردیده‌است. پروژه‌ها در این محیط از طریق کشیدن اجزا روی صفحه ایجاد می‌شوند. در مرحله بعد خروجی این اجزا به ورودی اجزای بعدی متصل می‌شوند.
گرس‌هاپر در درجه اول برای ایجاد الگوریتم‌های مولد مورد استفاده قرار می‌گیرد. بسیاری از اجزای گرس‌هاپر، هندسه سه‌بعدی ایجاد می‌کنند. همچنین برنامه‌ها می‌توانند حاوی انواع دیگری از الگوریتم‌ها نظیر الگوریتم‌های عددی، متنی، سمعی و بصری و لمسی نیز باشند. از کاربردهای پیشرفته گرس‌هاپر می‌توان به مواردی نظیر ایجاد مدل‌های پارامتریک برای مهندسی سازه، مدل‌سازی پارامتریک برای معماری و ساخت، تحلیل عملکرد روشنایی در معماری‌های سازگار با محیط زیست و بررسی مصرف انرژی ساختمان اشاره کرد.
معرفی اولین نسخه گرس‌هاپر به سپتامبر 2007 باز می‌گردد. این نسخه تحت عنوان تاریخچه صریح (Explicit History) نام‌گذاری شده است. از نسخه 6 نرم‌افزار راینو، گرس‌هاپر به بخشی از مجموعه ابزارهای استاندارد این نرم‌افزار تبدیل گردیده است. مجله AEC طی گزارشی اظهار داشته که گرس‌هاپر در دنیای طراحی معماری، در میان دانشجویان و متخصصان از محبوبیت بالایی برخوردار است.
راینو و پرینت سه بعدی
نرم افزار راینو توابع متنوعی را فراهم کرده که با استفاده از آن‌ها امکان چاپ فایل‌های CAD به صورت سه بعدی وجود دارد. برخی از آن‌ها عبارت‌اند از:
• مورد اول استفاده از مش در طراحی‌ها می‌باشد. بسیاری از فرمت‌هایی که در پرینت سه بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرند در طراحی خود از مش‌ها استفاده می‌کنند. تابع مش موجود در نرم‌افزار راینو به شما این امکان را می‌دهد که یک بخش از طراحی خود را اصلاح کنید. این قابلیت به طور خاص زمانی مفید خواهد بود که بخواهید خروجی فایل خود را در فرمت‌های مش نظیر STL و OBJ داشته باشید.
• یک مدل طراحی شده تنها زمانی می‌تواند پرینت شود که بسته باشد. استفاده از فرمان Show Edges به شما کمک می‌کند تا نقاط باز موجود در سطح مدل‌های خود را شناسایی کرده و آن‌ها را اصلاح نمایید. به این ترتیب امکان چاپ نمونه فراهم می‌شود.
• راینو به شما این امکان را می‌دهد تا بتوانید افزودن یا کاهش حجم در مدل‌سازی خود انجام دهید. به این ترتیب، می‌توانید حجم‌های بسته که مناسب برای پرینت سه بعدی هستند را ایجاد نمایید.
• در پرینت سه بعدی، دو بخش از یک شیء باید به یکدیگر متصل شوند تا یک نمونه واحد را ایجاد کنند. با استفاده از تابع Join در راینو، می‌توانید دو حجم را با یکدیگر ادغام نموده و به این ترتیب نمونه واحد مناسب برای چاپ سه بعدی ایجاد نمایید.
همانطور که دیدید، در تکنولوژی چاپ سه بعدی، ابزار فراهم شده توسط راینو بسیار مفید عمل می‌کنند. به منظور آن که از مناسب بودن نمونه خود برای چاپ سه بعدی اطمینان حاصل کنید، ابزارهای اندازه‌گیری، بررسی سطح و ابزار هندسی دیگری نیز در اختیار شما قرار خواهد داشت.
کلام آخر
تا کنون تا حدی با نرم‌افزار راینو و قابلیت‌های زیادی که برای شما فراهم می‌آورد آشنا شده‌اید. دقت بالای این نرم‌افزار باعث شده که طیف وسیعی از کاربردهای طراحی را در بر گیرد. علاوه بر مواردی که تا کنون ذکر شد، از راینو برای کاربردهای دیگری همچون آنالیزهای عمیق و تصویر سازی و ساخت انیمیشن نیز استفاده می‌شود. این کاربردها نیاز به مدل‌های سه بعدی با کیفیت‌های بسیار بالا دارند و توسعه‌دهندگان راینو نیز به خوبی این امر را درک کرده‌اند. به همین علت، این نرم‌افزار همواره ابزارهای جدیدتری را ارائه می‌دهد تا این اطمینان حاصل شود که مدل‌های سه بعدی شما از بالاترین کیفیت ممکن برخوردار باشند.
تمامی مواردی که مطرح شد به خوبی نشان‌گر کیفیت بالای راینو و لزوم بهره‌مندی طراحان از امکانات بی‌نظیر آن می‌باشد. با صرف وقت به منظور یادگیری این برنامه و تمرکز زیاد بر روی طراحی‌های خود می‌توانید کاملاً مؤثر و موفق عمل نمایید. در پایان برای جمع‌بندی مقاله بهتر است خلاصه‌ای از ویژگی‌های این نرم‌افزار را به صورت تیتر وار ارائه کنیم:
عدم نیاز به سیستم پیشرفته و قدرتمند به منظور کار با نرم‌افزار راینو
فایل‌های نهایی نرم‌افزار راینو حجم خیلی کمی‌دارند.
به نسبت سایر نرم‌افزارهای طراحی، یادگیری راینو سریع‌تر و آسان‌تر می‌باشد.
می‌توان با استفاده از راینو خروجی برخی نرمافزارها نظیر سالیدورکس را به طور مستقیم باز نمود.
راینو دارای تعداد زیادی پلاگین و ابزارهای تخصصی است، می‌توانید با توجه به نیاز خود از هر یک از آن‌ها استفاده نمایید.
راینو نرم افزاری بسیار کم حجم می‌باشد.
مدل‌سازی در راینو به نسبت سایر نرم‌افزارهای مشابه با سرعت خیلی بالاتری انجام می‌شود.
راینو فرمت‌های بسیاری را پشتیبانی کرده و ورودی و خروجی بسیاری از نرم‌افزارهای طراحی را قبول می‌کند.
منابع:
https://www.sculpteo.com/en/glossary/rhinoceros-definition/
https://wiki.mcneel.com/rhino/rhinohistory
https://www.whiteclouds.com/3DPedia/rhino-3d.html#:~:text=History%20of%20Rhinoceros%203D,drafting%20tables%20with%20AutoCAD%20systems.
https://www.whiteclouds.com/3DPedia/rhino-3d.html#:~:text=History%20of%20Rhinoceros%203D,drafting%20tables%20with%20AutoCAD%20systems
