Rysunek techniczny, inżynierski i wizualizacje projektów - historia
2100 r. p.n.e. - Pierwszy zachowany obraz obiektu w rzucie prostokątnym, z uwzględnieniem odpowiedniej skali. Rysunek uwidoczniony jest w posągu Gudei (1), inżyniera i władcy
sumeryjskiego miasta-państwa Lagasz, leżącego w granicach obecnego Iraku.
I wiek p.n.e. – Za ojca rysunku projektowego uchodzi Marcus Vitruvius Pollio, czyli Witruwiusz, rzymski architekt, konstruktor
machin wojennych za panowania Juliusza Cezara i Oktawiana Augusta. Stworzył tzw. człowieka witruwiańskiego – wizerunek nagiego mężczyzny wpisanego w okrąg i kwadrat (2), symbolizujący ruch (własną wersję tego rysunku upowszechnił później Leonardo da Vinci). Zasłynął jako autor traktatu „O architekturze ksiąg dziesięć”, który powstał między rokiem 20 a 10 p.n.e., a został odnaleziony dopiero w 1415 r. w bibliotece klasztoru St. Gallen w Szwajcarii. Witruwiusz opisuje w nim szczegółowo zarówno greckie porządki klasyczne, jak i ich rzymskie odmiany. Opisy były uzupełnione odpowiednimi ilustracjami – oryginalne rysunki jednak się nie zachowały. W okresie nowożytnym wielu sławnych autorów wykonywało ilustracje do tego dzieła, próbując odtworzyć zaginione rysunki.
Średniowiecze – Przy projektowaniu budowli i ogrodów stosuje się geometryczne zasady – ad quadratum oraz ad triangulum, czyli rysowanie w planie kwadratu lub trójkąta. Budowniczowie katedr tworzą podczas swojej pracy szkice i rysunki, jednak bez ścisłych reguł i normalizacji. Książka projektów maszyn oblężniczych, autorstwa chirurga dworskiego i wynalazcy Guida da Vigevano, z 1335 r. (3), demonstruje znaczenie tych wczesnych rysunków jako narzędzi przyciągających sponsorów i klientów chętnych do finansowania budowlanych inwestycji
1230-1235 – Powstaje szkicownik Villarda de Honnecourta (4). Jest to rękopis, zawierający zszyte ze sobą 33 pergaminowe karty o szerokości 15-16 cm i wysokości 23-24 cm. Są one z obu stron pokryte rysunkami i notatkami wykonanymi piórkiem, a naszkicowanymi wcześniej ołowianym sztyftem. Rysunki dotyczą budynków, elementów architektonicznych, rzeźb, ludzi, zwierząt i urządzeń, którym towarzyszą opisy.
1335 - Guido da Vigevano opracowuje „Texaurus Regis Francie”, dzieło orędujące w sprawie krucjaty zapowiedzianej przez Filipa VI. Praca zawiera liczne rysunki maszyn i pojazdów wojennych, w tym opancerzonych rydwanów, powozów napędzanych wiatrem i innych pomysłowych urządzeń oblężniczych. Chociaż z powodu wojny z Anglią do krucjaty Filipa nigdy nie doszło, szkicownik wojskowy da Vigevano poprzedza i zapowiada wiele militarnych konstrukcji Leonarda da Vinci i innych szesnastowiecznych wynalazców.
1400-1600 – Powstają pierwsze rysunki techniczne w znaczeniu bliższym współczesnym pojęciom, czasy renesansu przyniosły bowiem wiele udoskonaleń i zmian nie tylko w technice konstruowania, ale także w projektowaniu i przedstawianiu projektów.
XV wiek - Ponowne odkrycie perspektywy, przez malarza Paola Uccello, zostało wykorzystane w renesansowym rysunku technicznym. Filippo Brunelleschi zaczął włączać perspektywę liniową do swoich obrazów, co po raz pierwszy dało jemu i jego następcom możliwość przedstawienia konstrukcji architektonicznych i urządzeń mechanicznych w realistyczny sposób. Także rysunki z początku XV wieku, których autorem był Mariano di Jacopo, zwany Taccola, pokazują wykorzystanie perspektywy do dokładnego zobrazowania wynalazków i maszyn. Taccola wyraźnie wykorzystał konwencje rysunkowe nie jako sposób dokumentowania istniejących konstrukcji, ale jako metodę projektowania za pomocą wizualizacji na papierze. Jego techniki różniły się od wcześniejszych przykładów rysunku technicznego Villarda de Honnecourta, opata von Landsberga czy Guida da Vigevano poprzez zastosowanie perspektywy, oddanie objętości i cieniowania. Techniki zapoczątkowane przez Taccolę wykorzystali i rozwijali późniejsi autorzy.
Początek XVI w. - Pierwsze ślady cech współczesnych rysunków technicznych – takich jak widoki w rzutach, rysunki montażowe i szczegółowe przekroje – pochodzą ze szkicowników Leonarda da Vinci, wykonanych na samym początku XVI wieku. Leonardo czerpał inspirację z prac wcześniejszych autorów, zwłaszcza Francesca di Giorgio Martiniego, architekta i projektanta maszyn. Widoki obiektów w rzutach są obecne również w pracach niemieckiego mistrza malarstwa z czasów Leonarda, Albrechta Dürera. Wiele stosowanych przez da Vinci technik miało prekursorskie znaczenie z punktu widzenia zasad współczesnego projektowania i rysunku technicznego. Był np. jednym z pierwszych, którzy proponowali wykonywanie w ramach projektowania drewnianych modeli obiektów.
1543 - Początek formalnego kształcenia w zakresie technik rysunku. Powstaje wenecka Accademia delle Arti del Disegno, w której m.in. nauczano malarzy, rzeźbiarzy i architektów w zakresie stosowania standardowych praktyk projektowania i odwzorowywania projektów w obrazie. Accademia miała też spore znaczenie w walce z zamkniętymi systemami szkolenia w cechach rzemieślniczych, które zwykle były przeciwne wykorzystywaniu ogólnych norm i standardów w rysunku projektowym.
XVII wiek - Na rysunki techniczne renesansu miały wpływ przede wszystkim zasady i konwencje artystyczne, a nie techniczne. Sytuacja ta zaczęła się zmieniać w kolejnych wiekach. Gérard Desargues czerpał z prac wcześniejszego badacza, Samuela Maralois, opracowując system geometrii rzutowej, który służył do matematycznego przedstawiania obiektów w trzech wymiarach. Jego imieniem nazwano jedno z pierwszych twierdzeń geometrii rzutowej – twierdzenie Desargues’a. Wyrażone w języku geometrii euklidesowej mówiło o tym, że jeżeli dwa trójkąty leżą na płaszczyźnie w taki sposób, iż trzy proste wyznaczone przez odpowiednie pary ich wierzchołków są współpękowe, to trzy punkty przecięcia odpowiednich par boków (lub ich przedłużeń) pozostają współliniowe.
1799 – Ukazuje się książka „Géométrie descriptive”, autorstwa osiemnastowiecznego matematyka francuskiego Gasparda Monge'a (5), przygotowana na podstawie jego wcześniejszych wykładów. Jest uważana za pierwszą prezentację geometrii wykreślnej i formalizację odwzorowania w rysunku technicznym – od tego wydawnictwa datuje się początek nowoczesnego rysunku technicznego. Monge opracował geometryczne podejście do określania prawdziwego kształtu płaszczyzn przecięcia się generowanych form. Podczas gdy podejście to generuje obrazy, które powierzchownie wydają się identyczne z poglądami promowanymi od czasów starożytnych przez Witruwiusza, jego technika pozwala projektantom na tworzenie proporcjonalnych widoków z dowolnego kąta lub kierunku, biorąc pod uwagę podstawowy zestaw widoków. Monge był jednak kimś więcej niż tylko praktykiem matematycznym. Brał udział w tworzeniu całego systemu edukacji techniczno-projektowej, który został oparty w dużej mierze na jego zasadach. Następującemu w owym czasie rozwojowi zawodu kreślarza sprzyjały nie tylko prace Monge’a, ale ogólnie rewolucja przemysłowa, potrzeba wytwarzania części zamiennych oraz wprowadzenie procesów projektowania do produkcji. Znaczenie miała też ekonomia – zestaw rysunków projektowych w większości przypadków sprawiał, że budowa działającego modelu obiektu stawała się zbędna.
1822 - Jedna z popularnych technik odwzorowania technicznego, rysunek aksonometryczny, została sformalizowana przez pastora Williama Farisha w Cambridge na początku XIX wieku, poprzez jego prace nad naukami stosowanymi. Opisał on technikę, która pokazała obiekty w trójwymiarowej przestrzeni, rodzaj rzutu równoległego, odwzorowanie przestrzeni na płaszczyznę z wykorzystaniem prostokątnego układu osi. Cechą odróżniającą aksonometrię od innych rodzajów rzutu równoległego jest dążenie do zachowania prawdziwych wymiarów rzutowanych obiektów przynajmniej w jednym, wybranym kierunku. Niektóre rodzaje aksonometrii pozwalają również zachować wielkości kątów równoległych do obranej płaszczyzny. Do zilustrowania poszczególnych zasad podczas swoich wykładów Farish często używał modeli. Aby wyjaśnić montaż modeli, stosował technikę rzutu izometrycznego – odwzorowania przestrzeni trójwymiarowej na płaszczyznę, będącego jednym z rodzajów rzutu równoległego. Chociaż ogólne pojęcie izometrii istniało już wcześniej, to właśnie Farish jest powszechnie uważany za pierwszą osobę, która ustanowiła zasady rysowania izometrycznego. W roku 1822, w artykule „On Isometrical Perspective” pisał o „potrzebie dokładnych rysunków technicznych, wolnych od zniekształceń optycznych”. Doprowadziło go to do sformułowania zasad izometrii. Izometria oznacza „równe miary”, ponieważ ta sama skala jest używana dla wysokości, szerokości i głębokości. Istotą rzutu izometrycznego jest równa miara kątów (120°) między każdą parą osi, przez co skrócenie perspektywiczne każdej z osi jest takie samo. Od połowy XIX wieku izometria stała się rozpowszechnionym narzędziem dla inżynierów (6), a wkrótce potem aksonometrię i izometrię włączono do programów studiów architektonicznych w Europie i Stanach Zjednoczonych.
lata 80. XIX wieku - Ostatnią innowacją, która doprowadziła rysunki techniczne do ich obecnej formy, był wynalazek kopiowania ich różnymi technikami, od fotokopii po ksero. Pierwszym popularnym procesem reprodukcji, wprowadzonym w latach 80. XIX wieku, była cyjanotypia (7). Pozwoliło to rozpowszechnić rysunki techniczne do poziomu pojedynczych stanowisk roboczych. Robotnicy byli szkoleni w czytaniu rysunku i zobowiązani do ścisłego przestrzegania wymiarów i tolerancji. Miało to z kolei ogromny wpływ na rozwój masowej produkcji, gdyż obniżało wymagania dotyczące poziomu fachowości i doświadczenia wykonawcy produktu.
1914 – Jeszcze na początku XX wieku w rysunkach technicznych powszechnie stosowano barwy. Do 1914 r. praktyka ta została jednak w krajach uprzemysłowionych prawie w 100% zarzucona. Kolory w rysunkach technicznych miały różne funkcje – wskazywano za ich pomocą materiały konstrukcyjne, wykorzystywano je do rozróżniania przepływów i ruchów w systemie, ale także po prostu ozdabiano nimi obrazy urządzeń.
1963 - Ivan Sutherland w swojej pracy doktorskiej w MIT opracowuje przeznaczony do projektowania program Sketchpad (8). Był to pierwszy program typu CAD (Compute Aided Design), wyposażony w graficzny interfejs – jeśli można go tak nazwać, bo jedyne na co pozwalał, to tworzenie wykresów x-y. Innowacja organizacyjna zastosowana w Sketchpad zapoczątkowała wykorzystanie programowania obiektowego w nowoczesnych systemach CAD i CAE (Computer Aided Engineering).
lata 60. - Inżynierowie z największych firm – Boeing, Ford, Citroën i GM – rozwijają kolejne programy typu CAD. Komputerowe techniki projektowania i wizualizacji projektowej stają się sposobem na uproszczenie projektów motoryzacyjnych i lotniczych, a nie bez znaczenia jest również szybki rozwój nowych technik produkcji, głównie obrabiarek sterowanych numerycznie. Ze względu na znaczny brak mocy obliczeniowej w porównaniu do dzisiejszych maszyn, wczesne projektowanie CAD wymagało dużych możliwości finansowych i inżynieryjnych.
1968 - Wynalezienie trójwymiarowych technik CAD/CAM (Computer Aided Manufacturing) przypisuje się francuskiemu inżynierowi, Pierre'owi Bézierowi (9). Aby ułatwić projektowanie części i narzędzi dla przemysłu motoryzacyjnego, opracował on system UNISURF, który stał się później bazą roboczą dla kolejnych generacji oprogramowania CAD.
1971 – Pojawia się ADAM, czyli system zautomatyzowanego kreślenia i obróbki (Automated Drafting And Machining – ADAM). Było to narzędzie CAD, zaprojektowane przez dr. Patricka J. Hanratty'ego, którego firma, Manufacturing and Consulting Services (MCS), dostarczyła oprogramowanie dla dużych firm, takich jak McDonnell Douglas i Computervision.
lata 80. – Postęp w rozwoju narzędzi komputerowych do modelowania bryłowego. W 1982 r. John Walker zakłada firmę Autodesk, której głównym produktem jest znany i popularny na świecie program 2D AutoCAD.
1987 – Ukazuje się program Pro/ENGINEER, który zapowiada większe wykorzystanie metod modelowania opartego na funkcjach i łączenie parametrów funkcji. Producentem tego kolejnego kamienia milowego w projektowaniu była amerykańska firma PTC (Parametric Technology Corporation). Pro/ENGINEER powstał na platformy Windows/Windows x64/Unix/Linux/Solaris i procesory Intel/AMD/MIPS/UltraSPARC, jednak z czasem producent sukcesywnie ograniczał liczbę wspieranych platform. Od 2011 r. jedyną wspieraną platformą stają się systemy z rodziny MS Windows.
1994 – Na rynku pojawia się Autodesk AutoCAD R13, czyli pierwsza wersja programu znanej firmy pracująca na modelach trójwymiarowych (10). Nie był to pierwszy program przeznaczony do modelowania w 3D. Funkcje tego typu zostały opracowane jeszcze na początku lat 60., a w 1969 r. firma MAGI wypuściła SynthaVision, pierwszy komercyjnie dostępny program dla modelowania brył. W 1989 r. pojawił się NURBS – matematyczna reprezentacja modeli 3D, po raz pierwszy na stacjach roboczych Silicon Graphics. W 1993 r. CAS Berlin opracował interaktywny program modelujący typu NURBS dla komputerów PC, o nazwie NöRBS.
2012 – Na rynek trafia Autodesk 360, program przenoszący prace projektowe i modelowanie do chmury obliczeniowej.
Mirosław Usidus
