Geometrické modelování

Slides:



Advertisements
Podobné prezentace
Téma 5 Metody řešení desek, metoda sítí.
Advertisements

BU51 Systémy CAD RNDr. Helena Novotná.
Počítačová podpora konstruování I 5. přednáška František Borůvka.
Plošná interpolace (aproximace)
Modelování v AUTOCADU Křivky v prostoru, modelování z těles a povrchů,
SZŠ a VOŠZ Zlín® Kabinet MAT předkládá prezentaci
Digitální model terénu
směr kinematických veličin - rychlosti a zrychlení,
T.A. Edison Tajemství úspěchu v životě není v tom, že děláme, co se nám líbí, ale, že nacházíme zalíbení v tom, co děláme.
Technická mechanika 8.přednáška Obecný rovinný pohyb Rozklad pohybu.
Křivočarý pohyb bodu. křivočarý pohyb bodu,
KEE/POE 12. přednáška Model FV systému Ing. Milan Bělík, Ph.D.
Modelování v prostoru.
obecný rovinný pohyb tělesa analytické řešení pólová konstrukce
nerozvinutelné (zborcené) Zborcený rotační hyperboloid.
Rovinné útvary.
Křivky Plochy.
Orbis pictus 21. století Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu.
METODA KONEČNÝCH PRVKŮ
Rovnoběžné promítání. Nevlastní útvary. Osová afinita v rovině.
Název školy: Gymnázium Zlín - Lesní čtvrť Číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ Název projektu: Rozvoj žákovských kompetencí pro 21. století Název šablony:
Počítačová podpora konstruování I 4. přednáška František Borůvka.
KEE/POE 8. přednáška Počítačové modelování Křivky Ing. Milan Bělík, Ph.D.
Počítačová podpora konstruování I 6. přednáška František Borůvka.
Plochy - vytvoření, rozdělení, tečná rovina a normála.
Frenetův trojhran křivky
Rastr a transformace v 2D
Funkce více proměnných.
Téma 7, ODM, prostorové a příčně zatížené prutové konstrukce
Autor: Mgr. Jana Pavlůsková
Čištění dat Cleaning. Vstup: Množina geometrických objektů Výstup: Mapová vrstva s topologií.
Počítačová podpora konstruování I 2. přednáška
Odvození matice tuhosti izoparametrického trojúhelníkového prvku
Vektorová grafika.
MKP 1 – Podklady do cvičení
Dynamika I, 6. přednáška Obecný rovinný pohyb Obsah přednášky : obecný rovinný pohyb tělesa, analytické řešení, pólová konstrukce rozklad pohybu Doba studia.
Diferenciální geometrie křivek
Generování sítě MIDAS GTS. Prvky pro generování sítě MIDAS má několik typů prvků, jež využívá pro generování sítě. Každý prvek je určen svými uzly (konstrukčně).
Parametrické vyjádření přímky v prostoru
Způsoby uložení grafické informace
Bézierovy plochy KMA / GPM F. Ježek
Variační geometrie a parametrizace modelu KMA / GPM F. Ježek
Diferenciální geometrie křivek
KUŽELOSEČKY Tečna elipsy. KUŽELOSEČKY Tečna elipsy.
Vektorová grafika. Vektorové entity Úsečka Kružnice, elipsa, kruhový oblouk,… Složitější křivky, splajny, Bézierovy křivky, … Plochy Tělesa Modely.
Počítačová podpora konstruování I 8. přednáška František Borůvka.
Modelování a výpočty MKP
Podobnost trajektorií Jiří Jakl Úvod - využití Rozpoznáváni ručně psaných textů GPS navigace Analýza pohybu pracovníku v budovách Predikce.
Konstruktivní geometrie
Voroného (Voronoi) diagramy
Co dnes uslyšíte ? Křivky – Určení Analytický popis křivek
Vektorová grafika. Vektorové entity Úsečka Kružnice, elipsa, kruhový oblouk,… Složitější křivky, splajny, Bézierovy křivky, … Plochy Tělesa Modely.
Křivka Množina bodů v rovině či prostoru, která je dráhou pohybujícího se bodu.  Grafické (empirické) křivky  Graf funkce jedné reálné proměnné  Množiny.
Téma 6 ODM, příhradové konstrukce
BU51 CAD systémy RNDr. Helena Novotná. Obsah přednášek  Co potřebujeme z teorie  Ovládání a přizpůsobení AutoCADu (profily, šablony, pracovní prostory,
směr kinematických veličin - rychlosti a zrychlení,
KŘIVKY A PLOCHY JANA ŠTANCLOVÁ
Plochy: spline, B-Spline a NURBS
Fergusonova kubika a spline křivky
Vektorová grafika.
Variační geometrie a parametrizace modelu
Funkce více proměnných.
Coonsovy pláty KMA / GPM F. Ježek
Geografické informační systémy
Vektorová grafika.
Vektorová grafika.
Způsoby uložení grafické informace
Střední škola obchodně technická s. r. o.
ANALYTICKÁ GEOMETRIE Analytická geometrie je část geometrie, která v euklidovské geometrii zkoumá geometrické útvary pomocí algebraických a analytických.
KŘIVKY Cílem této přednášky není prezentovat kompletní teorii vektorových funkcí a diferenciální geometrii křivek, ale nastínit jen tu část, která nám.
Transkript prezentace:

Geometrické modelování KMA / GS2 F. Ježek (JEZEK@KMA.ZCU.CZ)

Obsah Cíle geometrického modelování Tvorba a popis tvarově složitých objektů Bézierovy objekty B-spline NURBS Coonsovy pláty Objemové modelování Booleovské modelování – CSG strom Popis pomocí hranice – B-Rep Variační geometrie

Cíle geometrického modelování Tvarová volnost – design, styling Datový popis společný pro CAD (konstrukce) a CAE (výpočty), CAM (příprava výroby) atd. Idea izogeometrické analýzy – společný popis objektů pro tvorbu objektu (modelu) a pro výpočty (metoda konečných prvků)

Tvarově složité objekty Spline – posloupnost (matice) bodů, parametrizace, okrajové podmínky. Bézierovské objekty – lomená čára (síť) jako řídící útvar, globální popis, datová komprese. B-spline – bézierovský popis splinu, segmentace. NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) – B-spline v projektivním rozšíření, váhy, základem jsou pak racionální lomené funkce. Coonsovy pláty – „záplaty“ pro drátěný model (je dán systémem křivek na ploše)

Definice Bézierových křivek Křivky určené řídícím polygonem (lomenou čárou) Myšlenka volného tváření tvarově složitých objektů (lodě, automobily, letadla, umění) Vznik u Renaultu (P. Bézier), Citroenu (de Casteljau)

Definice Bézierových křivek Dáno: řídící polygon (lomená čára) Bézierova křivka Bernsteinovy polynomy (bázové funkce)

Bernsteinovy polynomy

Algoritmus de Casteljau

Definice Bézierových ploch Dáno: řídící síť Bézierova plocha maticově

Algoritmus de Casteljau Realizace po křivkách

Algoritmus de Casteljau Realizace po plochách

B-spline Nevýhody Bézierových křivek a ploch Podstata B-spline: Globální mimika Polynomy vysokého stupně (stupeň určuje počet stran řídícího polygonu) Problém s popisem uzavřených křivek Podstata B-spline: Bézierův popis (řídící lomená čára), ale segmentace křivky Volitelný stupeň a parametrizace

Definice B-spline křivky Dáno: Řídící lomená čára Stupeň křivky Parametrizace Definice

B-spline – změna stupně Uniformní parametrizace (0,…,0,1,2,….,s,….,s). s – počet segmentů křivky. Číslo 0 a s se opakuje m krát. Pro uniformní parametrizaci a m=n přechází B- spline na Bézierovu křivku.

Posunutí vrcholu U křivky s nižším stupněm je změna tvaru způsobená změnou polohy vrcholu řídícího polygonu lokalizována, tedy redukuje se na několik oblouků křivky.

Vlastnosti B-spline křivek Podmínka konvexního obalu se lokalizuje – segment křivky stupně m leží v konvexním obalu m+1 vrcholů řídícího polygonu. Generování bodů B-spline křivky je možné provést algoritmem de Boorovým. Podstata je podobná jako u algoritmu de Casteljau, ale dělící poměr není konstantní (je odvozen z vektoru parametrizace).

Podmínka konvexního obalu

Racionální specializace - NURBS Nevýhody B- spline: Pomocí B- spline lze modelovat jen objekty, které mají po částech polynomiální vyjádření. „Neparabolické“ kuželosečky a kvadriky nemají B-spline popis, tedy kružnice, elipsy, hyperboly a jejich oblouky nelze reprezentovat pomocí B-spline. NURBS – Non-Uniform Rational B-Spline NURBS je B-spline v projektivním rozšíření prostoru, tedy v prostoru využívajícím homogenní souřadnice. Homogenizující složka souřadnic bodů se nazývá váha

NURBS plocha

Změna váhy vrcholu řídícího polygonu Změna váhy může být z fyzikálního hlediska chápána jako změna tuhosti pružiny, která „vtahuje“ křivku do daného bodu.

Kružnice Kružnici lze popsat přesně pomocí NURBS. Nastavení váhy pro oblouk kružnice: kde je polovina středového úhlu daného oblouku.

Určení NURBS plochy Řídící síť Stupně v daných proměnných Vektory parametrizace Váhy vrcholů

Modifikace NURBS objektu

Konstrukce z vrstevnic

Konstrukce z vrstevnic

Křivosti plochy - analýza

Křivosti plochy - analýza

Vytváření ploch Interpolace - matice bodů (mračno bodů) Aproximace - matice bodů (mračno bodů) Kinematický popis translační, rotační, šroubové, swung (zobecnění rotačních ploch) - profilová křivka je umísťována její rotací na vodící křivku, skinned (loft) - sled křivek sweep - nemusí jít o NURBS, profil vedený až po třech trajektoriích.

Swung

Loft (skinned)

Sweep

Sweep

Vlastnosti NURBS Generování NURBS je projektivně (nikoliv jen afinně) invariantní NURBS objekty se staly jednotícím objektem (jednotná datová reprezentace) CAD a CAM systémů Moderní CAD systémy používají různých výtvarných principů (sweep, blend apod.), ale vnitřně objekty realizují jako NURBS NURBS nejsou ovšem řešením všech problémů CAD a CAM– např. ekvidistanta k NURBS objektu nemusí být již NURBS objektem

Označení

Typy Coonsových ploch Přechodová plocha – lofting Je určena dvěma křivkami Bilineární Coonsův plát Je určena čtyřmi okrajovými křivkami (křivočarým čtyřúhelníkem) Bikubický Coonsův plát Je určena čtyřmi okrajovými křivkami (křivočarým čtyřúhelníkem) Dvanáctivektorový Coonsův plát Je určena čtyřmi rohovými body a tečnými vektory parametrických křivek v nich (tj. vektory parciálních derivací v rozích plátu) Šestnáctivektorový Coonsův plát Je určena čtyřmi rohovými body, tečnými vektory parametrických křivek v nich (tj. vektory parciálních derivací v rozích plátu) a twisty v rozích plátu (tj. vektory druhých smíšených parciálních derivací v rozích plátu)

Přechodová plocha (lofting) Dáno: dvě křivky parametrizované nad shodným intervalem Rovnice plochy Maticové vyjádření

Příklad přechodové plochy

Bilineární Coonsův plát Dáno: čtyři křivky parametrizované nad intervalem <0,1> Rovnice plochy v maticovém tvaru

Vlastnosti bilineárního plátu Pokud jsou protější dvě strany bilineárního plátu přímky, jsou i příslušné parametrické křivky přímkami. Pokud jsou protější dvě strany bilineárního plátu přímky, splývá bilineární plát s přechodovou plochou zkonstruovanou pro zbývající dvě okrajové křivky.

Bikubický Coonsův plát Dáno: čtyři křivky parametrizované nad intervalem <0,1> Rovnice plochy v maticovém tvaru

Vlastnosti bikubického plátu Bikubický plát zajišťuje plátování Pro dva pláty, které mají společnou hraniční křivku a jejich hraniční křivky navazují alespoň v první třídě geometrické spojitosti, je automaticky zajištěna i taková spojitost pro příslušné parametrické křivky. Tedy: sousední pláty mají podle společné křivky společné tečné roviny. Tedy: společná hraniční křivka netvoří na výsledném modelu vizuální hranu Twisty (druhé smíšené parciální derivace) v rozích bikubického Coonsova plátu jsou nulové

Plátování

Dvanáctivektorový Coonsův plát Dáno: polohové vektory čtyři rohových bodů plátu čtyři tečné vektory (v 1. směru) v rohových bodech čtyři tečné vektory (v 2. směru) v rohových bodech

Dvanáctivektorový Coonsův plát Rovnice plochy v maticovém tvaru

Vlastnosti dvanáctivektorového plátu Okrajovými křivkami dvanáctivektorového plátu jsou Fergusonovy kubiky Dvanáctivektorový plát je bikubickým plátem pro okraje určené těmito Fergusonovými kubikami Tedy: dvanáctivektorový plát zajišťuje automaticky plátování Dvanáctivektorový plát se nazývá také Fergusonův plát

Šestnáctivektorový Coonsův plát Dáno: polohové vektory čtyři rohových bodů plátu čtyři tečné vektory (v 1. směru) v rohových bodech čtyři tečné vektory (v 2. směru) v rohových bodech čtyři twisty v rohových bodech

Šestnáctivektorový Coonsův plát Rovnice plochy v maticovém tvaru

Vlastnosti šestnáctivektorového plátu Okrajovými křivkami plátu jsou Fergusonovy kubiky Šestnáctivektorový plát je základem pro generování spline ploch, tj. ploch, jejichž parametrické křivky jsou spline křivkami

Příklad Určete bilineární Coonsův plát pro okraj daný obrázkem 1 2

Příklad Určete bilineární Coonsův plát pro okraj daný obrázkem 1 2 čtvrtkružnice Určete bilineární Coonsův plát pro okraj daný obrázkem

Řešení (srovnání bilineárního a bikubického plátu) Bilineární plát Bikubický plát

Vytváření geometrické informace Kreslení (drafting) Modelování uchopováním na mřížce (grid snap) Modelování uchopováním na objektech (object snap) Modelování použitím geometrických vazeb (geometric constraits) Parametrické modelování (parametric modeling, parametric constraints) Dosazovací příkaz Rovnice Nerovnice, algoritmy

Od statické k variační geometrii Popis geometrie objektu (topologická i metrická informace) Popis skicy (topologická informace) Kóta (vizualizace metrické informace) Kóta (doplnění nebo změna metrické informace) Klasické (statické) geometrické modelování Variační (parametrické) geometrické modelování

Chyzův graf Ohodnocený a orientovaný graf topologických a metrických vztahů v útvaru. Uzly: body, úsečky Pro lomenou čáru: objekt je dobře dimenzován, jestliže do uzlu grafu vstupují dvě orientované hrany grafu. Problém trojúhelníka zadaného třemi úhly (studium invariantů)

Chyzův graf - ukázka D1 D6 D3 D2 D5 D4 U1 r r k k umístění