PWCC 1 2


Projektowanie Wytwarzania CAD/CAM Jesień 2012
Politechnika Wrocławska
Warunki prawne
Politechnika Wrocławska
" Niniejsza prezentacja została opracowana do wykładu
prowadzonego na Politechnice Wrocławskiej. Stanowi
Planowanie Wytwarzania CAD/CAM
autorskie dzieło chronione prawem własności
(MiBM, I st., INM4018)
intelektualnej, przynależnej autorom i Politechnice.
" Prezentacja nie może być wykorzystywana w celu innym
materiały do wykładu
niż powyższy i przez nikogo innego niż słuchaczy tego
jesień 2012
wykładu, prowadzonego na Politechnice Wrocławskiej
" Zabrania się rejestracji prezentacji w inny sposób oraz
zmiany jej formy czy rozpowszechniania w innej postaci
dr inż. Bogdan Dybała
niż plik w formacie PDF przygotowany i przekazany przez
I-24, CAMT, bud. B-4, pok. 3.16, tel. 320 2840
jej autorów słuchaczom wykładu.
bogdan.dybala@pwr.wroc.pl
Politechnika Wrocławska Politechnika Wrocławska
 Planowanie Wytwarzania CAD/CAM SolidWorks Student Design Kit
" Należy wypełnić formularz na stronie:
" Opiekun kursu: dr inż. Jacek Czajka (jacek czajka@pwr wroc pl)
http://www.solidworks.com/europeansdk
" Organizacja wykładu
" Dane identyfikujące licencję dla Politechniki Wrocławskiej:
" 5 spotkań, wtorek nieparzysty, godz. 915 1200, sala 25 B-5
 School License ID: 199807
" ocena końcowa: kolokwium na ostatnim wykładzie
 Email: musi być z domeny pwr.wroc.pl (w tym także
" oceny wpisuje opiekun kursu
@student.pwr.wroc.pl), na niego przyjdzie klucz aktywacji
 Można nie ściągać własnej instalacji i skorzystać z plików ściągniętych
" Organizacja zajęć laboratoryjnych
przez kogoś innego, ale potrzebna jest indywidualna rejestracja i
" modelowanie w SolidWorks, projektowanie technologii w
własny klucz aktywacji
MasterCAM
" Licencja ważna przez rok od instalacji, ale nie dłużej niż do
" zaliczenie: zasady określają i oceny wystawiają
listopada w kolejnym roku akademickim
prowadzący, oceny wpisuje opiekun kursu
Politechnika Wrocławska
Plan wykładu
1. Wspomaganie komputerowe w
projektowaniu konstrukcyjnym (CAD)
2. Wymiana danych geometrycznych.
Wizualizacja modeli 3D, rzeczywistość
wirtualna (VR)
3. Inżynieria Odwrotna (RE)
4-5. Projektowanie technologii (CAM)
Materiały do wykładu
Wspomaganie Projektowania CAD  część 1 2012
Politechnika Wrocławska
Wspomaganie Komputerowe w
Projektowaniu Konstrukcyjnym
(CAD)  część 1
Politechnika Wrocławska
Literatura
[1]. Maciej Sydor,
Wprowadzenie do CAD.
Podstawy komputerowo
wspomaganego
projektowania, PWN,
Warszawa 2009
Politechnika Wrocławska
Projektowanie konstrukcyjne
" Koncepcja (tylko dla nowych produktów)
 lista wymagań
 zasada rozwiązania
 warianty koncepcji
 struktura funkcjonalna
 ocena koncepcji
" Projektowanie
 kształtowanie wstępne (szkic)
 kształtowanie geometryczne (model)
 obliczenia  wstępne, optymalizacyjne, sprawdzające (CAE)
 kształtowanie końcowe (np. model parametryczny z ograniczeniami)
 rysunki wykonawcze (dokumentacja 2D)
" Dokumentacja
 widoki, wyrwania, przekroje (rysunki wykonawcze)
 formaty, podziałki, skale, wymiarowanie
 opisy, listy elementów (BOM)
 rysunki zespołów konstrukcyjnych (złożeniowe), rysunki montażowe
Materiały do wykładu 1
Wspomaganie Projektowania CAD  część 1 2012
Politechnika Wrocławska
Zastosowanie systemów CAD w
projektowaniu
" Koncepcja: warianty koncepcji, struktura
funkcjonalna Pomocniczość
" Projektowanie: kształtowanie geometryczne,
obliczenia (MES, MBS, & ), rysunki wykonawcze
Wspomaganie/Automatyzacja
" Dokumentacja
Wspomaganie/Pełna Automatyzacja
Politechnika Wrocławska
Zalety stosowania systemów CAD (1/2)
" Dokładność modelowania
" Automatyzacja niektórych czynności w
porównaniu do rysowania  ręcznego
" Bezstratność przechowywania,
wielokrotnego modyfikowania, przesyłania
i drukowania modeli
" Lepsza wizualizacja modeli (obracanie,
powiększanie szczegółów, cieniowanie itp.)
Politechnika Wrocławska
Zalety stosowania systemów CAD (2/2)
" Możliwość ponownego użycia fragmentów
lub całości poprzednich projektów
" Możliwość oparcia całego procesu
projektowania o jeden wspólny model o
wielu aspektach ( widokach )
" Bazy danych: możliwość tworzenia
własnych (archiwum) i stosowania
zewnętrznych (katalogi)
Materiały do wykładu 2
Wspomaganie Projektowania CAD  część 1 2012
Politechnika Wrocławska
Modelowanie geometryczne
" Tworzenie i przetwarzanie komputerowego
zapisu kształtów obiektów
" Przedmiotem modelowania
są obiekty fizyczne,
trójwymiarowe,
posiadające niezerową
objętość
" Modele geometryczne są
tylko przybliżeniem
kształtów obiektów
rzeczywistych
Politechnika Wrocławska
Typy modeli geometrycznych
" Modele 2D (rysunki)
" Modele 3D
 Krawędziowe (wireframe)
 Powierzchniowe (surface), w tym siatki trójkątne
 Bryłowe (solid), w tym wokselowe
" Modele 3D zaawansowane
 Hybrydowe
 Obiektowe
 Parametryczne
 Wariantowe
 Złożeniowe
Politechnika Wrocławska
Modele 2D
" Początek zastosowań komputerów, lata 50. XX wieku;
wspieranie tworzenia rysunków
" Przestrzeń robocza:
 kartezjańska nieskończona płaszczyzna XY z określonym punktem
początkowym
 może być ograniczona dla użytkownika
 operacje: zoom, przesuń (pan)
" Prymitywy:
 podstawowe: punkt, linia, okrąg, łuk
 złożone: polilinia, prostokąt, wielokąt foremny, elipsa, tekst,
wymiar itp.
" Operacje:
 wymazywanie, przenoszenie, kopiowanie, obracanie, lustrzane
odbicie, ucinanie, itp.
Materiały do wykładu 3
Wspomaganie Projektowania CAD  część 1 2012
Politechnika Wrocławska
Modele 2D
" Reprezentacja w komputerze:
 punkt  współrzędne (2 liczby)
 linia  początek, koniec (4 liczby)
 okrąg  środek, promień (3 liczby)
 łuk  środek, promień, kąt początkowy i końcowy (5
liczb)
" Wady:
 tylko płaskie rysunki (rzuty)  niejednoznaczność
reprezentacji obiektów fizycznych (rzeczywistych)!
 brak możliwości bezpośredniego wykorzystania
rysunków w innych działaniach inżynierskich
Politechnika Wrocławska
Modele 3D krawędziowe
" Rozszerzają funkcjonalność modeli 2D na
przestrzeń trójwymiarową, wczesne lata 60.
ubiegłego wieku
" Przestrzeń robocza:
 kartezjańska nieskończona przestrzeń XYZ z punktem
początkowym
 może być ograniczona dla użytkownika
 operacje: zoom, przesuń, punkt obserwacji,
perspektywa, skręt
" Prymitywy i operacje:
 jak dla modeli 2D, ale w przestrzeni
Politechnika Wrocławska
Modele 3D krawędziowe
" Reprezentacja w komputerze:
 jak dla modeli 2D, ale w przestrzeni, np. punkt  3
liczby, linia  6 liczb; okrąg  środek, promień,
orientacja płaszczyzny (6 liczb)
" Wady:
 niejednoznaczność reprezentacji obiektów!
= czy ?
Materiały do wykładu 4
Wspomaganie Projektowania CAD  część 1 2012
Politechnika Wrocławska
Modele 3D krawędziowe
" Brak koniecznych danych o geometrii
 niemożliwa integracja z innymi systemami
wspierającymi rozwój produktu: CAE, CAM, RP/RT/RM)
Politechnika Wrocławska
Modele 3D krawędziowe
" Brak koniecznych danych o geometrii
 niemożliwa integracja z innymi systemami
wspierającymi rozwój produktu: CAE, CAM, RP/RT/RM)
Politechnika Wrocławska
Modele 3D powierzchniowe
" Powstały w póznych latach 60. XX w. do opisu
karoserii samochodów, płatów skrzydeł itp.
" Przestrzeń robocza:
 przestrzeń XYZ
 do pracy z krzywymi często wykorzystywane są
zdefiniowane przez użytkownika płaszczyzny
" Prymitywy:
 takie same jak w modelach krawędziowych oraz
 krzywe wielomianowe (np. Bziera, splajny, krzywe
NURBS) oraz krzywe fraktalne
 powierzchnie swobodne (przez rozszerzenie wzorów na
krzywe  np. na powierzchnie NURBS)
Materiały do wykładu 5
Benedict Radcliffe
www.subaru.com
Wspomaganie Projektowania CAD  część 1 2012
Politechnika Wrocławska
Krzywa w przestrzeni
2

x(t) = axt3 + bxt + cxt + dx
" Ogólna postać równania
2
(t)
y = ayt3 + byt + cyt + d
y

krzywej 3-go stopnia w
2
z(t) = azt3 + bzt + czt + dz

przestrzeni 3D: 0 Ł t Ł 1

" Postać nieintuicyjna, zachowanie krzywej
trudne do przewidzenia:
- 2 4 ł 2 ł ł - 2 ł
ę - - 2 - ę ś ę ę ś
2 - 4
Politechnika Wrocławska
Nowa postać krzywych 3D
krzywa Bziera krzywa sklejana (spline)
(Pierre tienne Bzier: 1910-1999 inżynier w Renault)
odcinek krzywej definiowany jest kolejne segmenty jako krzywe Bziera
przez cztery punkty: dwa punkty definiowane przez wspólne punkty
skrajne i dwa punkty kontrolne końcowe i przeciwległe punkty
kontrolne; tzw. sp ajn
Sposób konstrukcji krzywej
Bziera 3-go stopnia 
algorytm de Casteljau
(Paul de Casteljau: 1930- inżynier w
Citron)
Politechnika Wrocławska
Krzywe NURBS
" NURBS = Non-uniform Rational B-splines (niejednorodne wymierne krzywe B-
sklejane):
n
Ni, (t)wiPi
p
i=0
C(t) =
n
Ni, (t)wi
p
i=0
" Krzywe NURBS są uogólnieniem sklejanych krzywych
Bziera; różnią się od nich tym, że przechodzą przez
punkty kontrolne Pi, a te posiadają tzw. wagi
(współczynniki wi), decydujące o ich  sile przyciągania
" Krzywe NURBS są  bardzo gładkie  posiadają ciągłość
typu C2 (podczas gdy C0 oznacza brak przerw, C1  brak
ostrych załamań)  oraz zachowują niezmienniczość w
przekształceniach (przesunięcie, obrót, skalowanie,
odbicie lustrzane itp.)
Materiały do wykładu 6
Wspomaganie Projektowania CAD  część 1 2012
Politechnika Wrocławska
Powierzchnie NURBS
" powierzchnia NURBS jako rozszerzenie krzywej:
m n
Ni, (u)N (v)wi, Pi,
p j, p j j
i=0 j=0
S(u,v) =
m n
Ni, (u)N (v)wi,
p j, p j
i=0 j=0
punkt kontrolny
powierzchnia NURBS
krzywa NURBS
Politechnika Wrocławska
Powierzchnie NURBS  tworzenie
Powierzchnie powstają przez  rozciąganie płaszczyzn
między krzywymi NURBS  w skład powstającej
powierzchni wchodzą punkty, przez które punkty krzywej
przechodzą w trakcie  rozciągania . Przykłady:
" EXTRUDE  wyciągnięcie płaskiej krzywej
w kierunku normalnym do jej powierzchni
Politechnika Wrocławska
Powierzchnie NURBS  tworzenie
Powierzchnie powstają przez  rozciąganie płaszczyzn
między krzywymi NURBS  w skład powstającej
powierzchni wchodzą punkty, przez które punkty krzywej
przechodzą w trakcie  rozciągania . Przykłady:
" EXTRUDE  wyciągnięcie płaskiej krzywej w
kierunku normalnym do jej powierzchni
" REVOLVE  obrót płaskiej krzywej wokół
wybranej współpłaszczyznowej osi
Materiały do wykładu 7
Wspomaganie Projektowania CAD  część 1 2012
Politechnika Wrocławska
Powierzchnie NURBS  tworzenie
Powierzchnie powstają przez  rozciąganie płaszczyzn
między krzywymi NURBS  w skład powstającej
powierzchni wchodzą punkty, przez które punkty krzywej
przechodzą w trakcie  rozciągania . Przykłady:
" EXTRUDE  wyciągnięcie płaskiej krzywej w
kierunku normalnym do jej powierzchni
" REVOLVE  obrót płaskiej krzywej wokół
wybranej współpłaszczyznowej osi
" SWEEP  wyciągnięcie płaskiej krzywej
wzdłuż ścieżki zdefiniowanej inną krzywą
Politechnika Wrocławska
Powierzchnie NURBS  tworzenie
Powierzchnie powstają przez  rozciąganie płaszczyzn
między krzywymi NURBS  w skład powstającej
powierzchni wchodzą punkty, przez które punkty krzywej
przechodzą w trakcie  rozciągania . Przykłady:
" EXTRUDE  wyciągnięcie płaskiej krzywej w
kierunku normalnym do jej powierzchni
" REVOLVE  obrót płaskiej krzywej wokół
wybranej współpłaszczyznowej osi
" SWEEP  wyciągnięcie płaskiej krzywej
wzdłuż ścieżki zdefiniowanej inną krzywą
" LOFT  łączenie dwóch lub więcej
rozłącznych krzywych płaskich wspólną
powierzchnią
Politechnika Wrocławska
Powierzchnie NURBS  tworzenie
Powierzchnie powstają przez  rozciąganie płaszczyzn
między krzywymi NURBS  w skład powstającej
powierzchni wchodzą punkty, przez które punkty krzywej
przechodzą w trakcie  rozciągania . Przykłady:
" EXTRUDE  wyciągnięcie płaskiej krzywej w
kierunku normalnym do jej powierzchni
" REVOLVE  obrót płaskiej krzywej wokół
wybranej współpłaszczyznowej osi
" SWEEP  wyciągnięcie płaskiej krzywej
wzdłuż ścieżki zdefiniowanej inną krzywą
" LOFT  łączenie dwóch lub więcej
rozłącznych krzywych płaskich wspólną
powierzchnią
" FILL  łączenie kilku łączących się końcami
krzywych
Materiały do wykładu 8
Wspomaganie Projektowania CAD  część 1 2012
Politechnika Wrocławska
Powierzchnie NURBS  operacje
" TRIM, SPLIT  podział powierzchni na dwie
części przy pomocy krzywej lub
powierzchni
Politechnika Wrocławska
Powierzchnie NURBS  operacje
" TRIM, SPLIT  podział powierzchni na dwie
części przy pomocy krzywej lub
powierzchni
" KNIT, MERGE lub JOIN  łączenie
powierzchni stykających się krawędzią
Politechnika Wrocławska
Powierzchnie NURBS  operacje
" TRIM, SPLIT  podział powierzchni na dwie
części przy pomocy krzywej lub
powierzchni
" KNIT, MERGE lub JOIN  łączenie
powierzchni stykających się krawędzią
" BLEND  łączenie rozłącznych powierzchni
nową powierzchnią
Materiały do wykładu 9
Wspomaganie Projektowania CAD  część 1 2012
Politechnika Wrocławska
Powierzchnie NURBS  operacje
" TRIM, SPLIT  podział powierzchni na dwie
części przy pomocy krzywej lub
powierzchni
" KNIT, MERGE lub JOIN  łączenie
powierzchni stykających się krawędzią
" BLEND  łączenie rozłącznych powierzchni
nową powierzchnią
" EXTEND  wydłużanie powierzchni przez
ekstrapolowanie jej kształtu
Politechnika Wrocławska
Powierzchnie NURBS  operacje
" TRIM, SPLIT  podział powierzchni na dwie
części przy pomocy krzywej lub
powierzchni
" KNIT, MERGE lub JOIN  łączenie
powierzchni stykających się krawędzią
" BLEND  łączenie rozłącznych powierzchni
nową powierzchnią
" EXTEND  wydłużanie powierzchni przez
ekstrapolowanie jej kształtu
" FILLET lub CHAMFER  zaokrąglanie lub
fazowanie krawędzi powierzchni
Politechnika Wrocławska
Modele 3D powierzchniowe  c.d.
" Reprezentacja w komputerze:
 krzywe i powierzchnie swobodne  punkty końcowe i kontrolne
 faseta  punkty 3D, siatka wielokątowa  zbiór faset
 powierzchnia przycięta lub rozpięta  elementy składowe
 poli-powierzchnia  powierzchnie składowe
" Operacje:
 dla elementów krawędziowych  jak w modelach krawędziowych
 dla krzywych i powierzchni  sklejanie i cięcie, zmiana
parametrów kształtu (np. przez edycję punktów kontrolnych)
" Wady:
 niejednoznaczność reprezentacji obiektów!
 trudność w interaktywnej modyfikacji powierzchni swobodnych
 złożoność obliczeniowa
 trudność w zapewnieniu formalnej poprawności
Materiały do wykładu 10
Wspomaganie Projektowania CAD  część 2 2012
Politechnika Wrocławska
Wspomaganie Komputerowe w
Projektowaniu Konstrukcyjnym
(CAD)  część 2
Politechnika Wrocławska
Siatki trójkątne
" Stanowią zapis powierzchni w sposób przybliżony,
powstają w efekcie pomiarów kształtów 3D,
wykorzystywane są też dla wymiany danych 3D
" Przestrzeń robocza:
 kartezjańska przestrzeń XYZ
" Prymitywy:
 siatka (mesh)  zbiór połączonych płaskich trójkątnych
płatów powierzchni 3D, z których każdy jest rozpięty na 3
wierzchołkach i łączy się każdą swoją krawędzią z
dokładnie 1 sąsiednim trójkątem
Politechnika Wrocławska
Siatki trójkątne  zródła (1)
" Pomiary kształtów 3D ( Inżynieria odwrotna)
 Wierzchołki trójkątów to punkty zmierzone (optycznie,
dotykowo itp.)
 Zamiana chmury punktów na siatkę trójkątną nazywa się
 poligonizacją
Materiały do wykładu 1
Wspomaganie Projektowania CAD  część 2 2012
Politechnika Wrocławska
Siatki trójkątne  zródła (2a)
" Konwersja z
modelu CAD
(triangularyzacja)
 Mała dokładność
aproksymacji
 Mała liczba
trójkątów (2290)
Politechnika Wrocławska
Siatki trójkątne  zródła (2b)
" Konwersja z
modelu CAD
(triangularyzacja)
 Średnia dokładność
aproksymacji
 Średnia liczba
trójkątów (4326)
Politechnika Wrocławska
Siatki trójkątne  zródła (2c)
" Konwersja z
modelu CAD
(triangularyzacja)
 Duża dokładność
aproksymacji
 Duża liczba
trójkątów (12708)
Materiały do wykładu 2
Wspomaganie Projektowania CAD  część 2 2012
Politechnika Wrocławska
Siatki trójkątne  cd.
" Reprezentacja w komputerze:
 Nieuporządkowana lista trójkątów, z których każdy opisany
jest trójką wierzchołków (kolejność ma znaczenie!), z
których każdy z kolei opisany jest trzema współrzędnymi
XYZ (niekiedy także dodatkowo  liczbą opisującą kolor)
solid BRYAA
facet normal Nx Ny Nz
outer loop
vertex 1x 1y 1z
vertex 2x 2y 2z
vertex 3x 3y 3z
endloop
endfacet
endsolid
 Zapis w formacie STL (dodatkowo wektory normalne):
Politechnika Wrocławska
Siatki trójkątne  cd.
" Operacje:
 Redukcja liczby trójkątów (przy założonej tolerancji
dokładności aproksymacji)
Politechnika Wrocławska
Siatki trójkątne  cd.
" Operacje:
 Redukcja liczby trójkątów (przy założonej tolerancji
dokładności aproksymacji)
 Uzupełnianie nieciągłości powierzchni (przy zachowaniu
 tendencji kształtów)
Materiały do wykładu 3
Wspomaganie Projektowania CAD  część 2 2012
Politechnika Wrocławska
Siatki trójkątne  cd.
" Operacje:
 Redukcja liczby trójkątów (przy założonej tolerancji
dokładności aproksymacji)
 Uzupełnianie nieciągłości powierzchni (przy zachowaniu
 tendencji kształtów)
 Typowe operacje dla modeli krawędziowych w przestrzeni:
kopiowanie, usuwanie, obracanie, skalowanie, lustrzane
odbicie siatek itp.
Politechnika Wrocławska
Siatki trójkątne  cd.
" Operacje:
 Redukcja liczby trójkątów (przy założonej tolerancji
dokładności aproksymacji)
 Uzupełnianie nieciągłości powierzchni (przy zachowaniu
 tendencji kształtów)
 Typowe operacje dla modeli krawędziowych w przestrzeni:
kopiowanie, usuwanie, obracanie, skalowanie, lustrzane
odbicie siatek itp.
 Niektóre operacje typowe dla modeli powierzchniowych 3D:
ucinanie i łączenie siatek, wydłużanie siatki w wybranym
kierunku, obliczanie krawędzi/profili przecięć
Politechnika Wrocławska
Siatki trójkątne  cd.
" Operacje:
 Redukcja liczby trójkątów (przy założonej tolerancji
dokładności aproksymacji)
 Uzupełnianie nieciągłości powierzchni (przy zachowaniu
 tendencji kształtów)
 Typowe operacje dla modeli krawędziowych w przestrzeni:
kopiowanie, usuwanie, obracanie, skalowanie, lustrzane
odbicie siatek itp.
 Niektóre operacje typowe dla modeli powierzchniowych 3D:
ucinanie i łączenie siatek, wydłużanie siatki w wybranym
kierunku, obliczanie krawędzi/profili przecięć
 Generowanie powierzchni NURBS ( Inżynieria odwrotna)
Materiały do wykładu 4
Wspomaganie Projektowania CAD  część 2 2012
Politechnika Wrocławska
Siatki trójkątne  cd.
" Wady:
 tak jak dla modeli powierzchniowych: niejednoznaczność
reprezentacji
 trudność w interaktywnej modyfikacji
 złożoność obliczeniowa itp.
" Zalety i zastosowania:
 zapis wyników pomiaru kształtów
 wymiana danych o geometrii 3D
przy odrzuceniu informacji o
prymitywach wyższego rzędu
 porównywanie modeli 3D
Politechnika Wrocławska
Modele 3D bryłowe
" Powstały na początku lat 70. XX wieku, w postaci
pierwotnej niemal nie występują (wyjątek: np. AutoCAD)
" Przestrzeń robocza:
 przestrzeń XYZ
" Prymitywy:
 bryły proste: kostka, klin, kula, stożek, cylinder, torus
" Operacje:
 działania  boolowskie : suma, różnica, część wspólna
" Zalety:
 wreszcie pełna informacja o geometrii obiektów fizycznych!
" Wady:
 brak możliwości modelowania kształtów  swobodnych
Politechnika Wrocławska
Modele 3D bryłowe
" Mimo dużego potencjału
systemu modelowania
bryłowego, istnieje
wiele kształtów,
których nie da się
zbudować z

zamkniętego zestawu
prymitywów 

Materiały do wykładu 5
U
Wspomaganie Projektowania CAD  część 2 2012
Politechnika Wrocławska
Porównanie obszarów zastosowań
różnych typów modeli geometrycznych
Modele Modele
Modele
Modele 3D 3D
Zastosowanie 3D
2D krawę- powierz-
bryłowe
dziowe chniowe
Tworzenie dokumentacji technicznej 2D + + + +
w tym automatyczne tworzenie
- - - +
przekrojów
Wizualizacja (ukrywanie linii
- - + +
zasłoniętych, cieniowanie itp.)
CAE  analiza obliczeniowa, np. FEA,
- - - +
MBS, CFD
CAP/CAM  tworzenie programów NC - -/+ + +
Przygotowywanie danych dla
generatywnych technologii - - - +
wytwarzania (RP/RT/RM)
Politechnika Wrocławska
Konwersja między różnymi typami modeli
geometrycznych
" Naturalna jest hierarchia typów modeli geometrycznych:
2D 3D krawędziowy 3D powierzchniowy 3D bryłowy
" Możliwe są konwersje:
 Z modelu poziomu  wyższego do  niższego  prosto i automatycznie
(np. przy tworzeniu dokumentacji konstrukcyjnej 2D z modelu 3D)
 Z modelu poziomu  niższego do  wyższego  brak wystarczającej
informacji, więc konwersja trudna, wymagająca udziału użytkownika
 Z modelu powierzchniowego do bryłowego  konwersja automatyczna
przy pewnych warunkach (model powierzchniowy  poprawny )
Politechnika Wrocławska
Modele 3D hybrydowe
" Powstały przez połączenie funkcjonalności systemów do
modelowania powierzchni i brył, w celu udostępnienia
możliwości modelowania  swobodnych kształtów brył
" Przestrzeń robocza:
 przestrzeń XYZ
 do pracy z obiektami bryłowymi wykorzystywane są definiowane przez
użytkownika płaszczyzny (tzw. płaszczyzny szkicowania)
" Prymitywy:
 uogólnione wyciągnięcia płaskiego obiektu wzdłuż dowolnej trajektorii
" Wady:
 złożoność obliczeniowa
Materiały do wykładu 6
Wspomaganie Projektowania CAD  część 2 2012
Politechnika Wrocławska
Bryły w systemie hybrydowym  tworzenie
Bryły powstają przez  wyciąganie między płaskimi zamkniętymi
krzywymi  w skład powstającej bryły wchodzą punkty, przez
które w trakcie  wyciągania przechodzą punkty krzywej
(boczna powierzchnia bryły) oraz punkty, przez które
przechodzą punkty leżące wewnątrz krzywej (wnętrze bryły).
Przykłady:
" wyciągnięcie płaskiej zamkniętej krzywej w kierunku
normalnym do jej powierzchni (EXTRUDE)
" obrót płaskiej zamkniętej krzywej wokół wybranej osi
(REVOLVE)
" wyciągnięcie płaskiej zamkniętej krzywej wzdłuż ścieżki
zdefiniowanej inną krzywą (SWEEP)
" łączenie dwóch lub więcej rozłącznych krzywych płaskich w
jedną bryłę (LOFT)
Politechnika Wrocławska
Bryły w systemie hybrydowym  operacje
" działania boolowskie: suma, różnica, część wspólna
" uwaga: w obiektowych systemach CAD (np. w
Solidworks) operacja boolowska jest wykonywana
zaraz po utworzeniu nowego elementu bryłowego, w
ramach pojedynczego polecenia  w ten sposób model
jest zawsze pojedynczym elementem bryłowym, np.:
 wyciągnięcie z dodaniem (EXTRUDED BOSS)
 obrót z wycięciem (REVOLVED CUT)
Politechnika Wrocławska
Bryły w systemie hybrydowym  reprezentacja
" Reprezentacja brzegowa (B-Rep):
 hierarchia ścian (faces), krawędzi (edges) i wierzchołków
(vertices); prosta reguła Eulera określa związek między ich
liczebnością w  poprawnym modelu: V - E + F = 2
Materiały do wykładu 7
Wspomaganie Projektowania CAD  część 2 2012
Politechnika Wrocławska
Poprawność modeli powierzchniowych (1)
" Model powierzchniowy jest poprawny w sensie
bryłowym, jeśli:
 elementy powierzchniowe całkowicie ograniczają
pojedynczy zamknięty fragment przestrzeni o niezerowej
objętości
lub inaczej:
 nie występują w nim elementy  luzne , niezwiązane
wszystkimi swoimi krawędziami z pozostałymi elementami i
każda krawędz jest wspólna dla dokładnie dwóch
elementów powierzchniowych
lub inaczej:
 spełniona jest uogólniona reguła Eulera
Politechnika Wrocławska
Poprawność modeli powierzchniowych (2)
" Przykład negatywny:
nieprzycięte, przenikające się
powierzchnie
Politechnika Wrocławska
Poprawność modeli powierzchniowych (3)
" Przykład negatywny: nieprzycięte,
przenikające się powierzchnie
Materiały do wykładu 8
Wspomaganie Projektowania CAD  część 2 2012
Politechnika Wrocławska
Modele 3D bryłowe wokselowe
" Stanowią zapis brył w sposób przybliżony, powstają
m.in. w efekcie pomiarów objętościowych 3D
(tomografia) i w grafice komputerowej
" Przestrzeń robocza:
 ograniczona przestrzeń XYZ
podzielona na skończoną
liczbę komórek
elementarnych  wokseli
" Prymitywy:
 woksele opisane wartościami 0 lub 1, a w niektórych
zastosowaniach wartościami materiałowymi, np. gęstością
Politechnika Wrocławska
Modele 3D bryłowe wokselowe  cd.
" Reprezentacja w komputerze:
 trójwymiarowa tabela wartości przypisanych kolejnym
wokselom; często kompresowana dla oszczędności miejsca
(np. 1000x1000x1000 wokseli wymaga 1 GB pamięci)
" Operacje:
 mało doniesień o przetwarzaniu samych modeli
 raczej wszelkie rodzaje analiz, np.
" porównanie dwóch modeli (inspekcja)
" identyfikacja nieciągłości materiału (zliczanie  porów )
" obliczanie grubości ścianek (w odlewach lub wypraskach)
 konwersja  najczęściej do postaci siatki trójkątów na
zasadzie wyboru granicznej wartości wokseli (segmentacja)
Politechnika Wrocławska
Porównanie różnych modeli bryłowych
CSG
B-rep (modele Mode e
Cecha (mode e bryłowe
hybrydowe) wokselowe
kanoniczne)
-
Dokładność
+ ograniczona wybranym
modelowania
rozmiarem tabeli
Zakres
-- -
reprezentowalnych tylko predefiniowane tylko kształty opisywalne +
prymitywy wielomianami 3/5 rzędu
obiektów
Unikatowość
-
+
reprezentacji jeden model  wynikowy może mieć wiele postaci
-
Zapewnienie
+ nie ma prostych ++
poprawności modeli
algorytmów
Efektywność
obliczeniowa
-/+ -/- +/+
( złożoność/istnienie
algorytmów)
-/+
Aktualny zakres
++
-/+ do wspomagania
zastosowania najczęściej stosowana
sprzętowego
Materiały do wykładu 9
Wspomaganie Projektowania CAD  część 3 2012
Politechnika Wrocławska
Wspomaganie Komputerowe w
Projektowaniu Konstrukcyjnym
(CAD)  część 3
Politechnika Wrocławska
Modelowanie obiektowe (feature based
modelling)
" Słowo feature tłumaczy się w literaturze jako
 obiekt ,  cecha lub  element . Nikt nie
zaproponował dobrego tłumaczenia na modelowanie
 feature based .
" Większość współczesnych systemów CAD wspiera
modelowanie obiektowe
" Obiekt to element modelu powstający w
nierozłącznej sekwencji szkic operacja obiekt.
 Operacja może dodawać lub usuwać materiał.
" W operacjach  dodających powstają obiekty o
kształcie prymitywów bryłowych, np. walec,
prostopadłościan lub wyciągnięcie złożonego profilu
Politechnika Wrocławska
Modelowanie obiektowe
" Operacje  odejmujące tworzą obiekty
podobne do efektów procesów
technologicznych, np. otwór, fazowanie,
kieszeń itp.
" Obiekty można wywoływać z gotowych
bibliotek, np.  otwór pod śrubę (w
Solidworks: Hole Wizard)  wystarczy
wówczas ustawić zebrane w oknie
dialogowym parametry dotyczące kształtów
i rozmiarów poszczególnych cech otworu i
otwór zostanie dołączony do modelu
Materiały do wykładu 1
Wspomaganie Projektowania CAD  część 3 2012
Politechnika Wrocławska
Modelowanie obiektowe z historią
" Obiektowe systemy CAD przechowują listę obiektów w
postaci historii modelu   programu modelowania
 Po wprowadzeniu zmian w
historii następuje odtworzenie
 programu i powstaje model
zmodyfikowany
 Można poprawiać model według
 filozofii jego tworzenia, np.
zmienić wymiary obiektów
istniejących zamiast dodawać
nowe
Politechnika Wrocławska
Modelowanie parametryczne
" Modele parametryczne pozwalają na opisywanie budowanego
modelu przez parametry (np. liczby określające długości i kąty
w szkicu)
" Parametry służą do zapisywania intencji projektanta. Jeśli ich
brak, czasem trudno odgadnąć  co projektant miał na myśli
(np.  Czy te linie mają być prostopadłe czy nie? )
" Model parametryczny musi być rozwiązywalny  wszystkie jego
elementy muszą zawierać komplet informacji o geometrii,
podanych explicite przez użytkownika
" Gdyby nie było parametrów, każda zmiana modelu wymagałaby
wymazywania i rysowania zmienianego elementu od nowa
Politechnika Wrocławska
Modelowanie parametryczne  c.d.
" Parametry mogą być:
 wymiarami liczbowymi na szkicu i w definicjach operacji, np. w
milimetrach
 więzami (wiązaniami, relacjami) geometrycznymi
niewymagającymi podawania liczb
 zależnościami (równaniami), określającymi związki między
wymiarami wewnątrz szkicu, w różnych szkicach lub między
wymiarami a parametrami operacji, np. długością wyciągnięcia
" O części parametrów systemy CAD wnioskują
samodzielnie, np. w szkicach znajdowane są linie
równoległe względem siebie lub pionowe czy poziome.
Użytkownik może takie propozycje zaakceptować lub
zmienić.
Materiały do wykładu 2
Wspomaganie Projektowania CAD  część 3 2012
Politechnika Wrocławska
Modelowanie parametryczne  c.d.
" Możliwe więzy geometryczne w szkicach 2D:
 Poziomość [wybranej linii]
 Pionowość [wybranej linii]
 Równoległość [co najmniej 2 linii]
 Prostopadłość [co najmniej 2 linii]
 Współliniowość [co najmniej 2 linii]
 Koncentryczność [wspólny środek łuków i/lub okręgów]
 Równość [jednakowa długość co najmniej 2 linii]
 Koradialność [jednakowy promień łuków i/lub okręgów]
 Styczność [linii i łuku]
 Symetria [wybranych elementów względem wybranej osi]
 Punkt środkowy [wybranej linii]
 Wspólność [jednakowe współrzędne XY wybranych punktów]
Politechnika Wrocławska
Modelowanie parametryczne  c.d.
" Jeśli nie zdefiniowano wszystkich niezbędnych parametrów, model lub jego
część jest  nie w pełni zdefiniowany (under defined)
" Określenie wszystkich wymaganych parametrów i więzów czyni model  w pełni
zdefiniowanym (fully defined)
" Jeśli parametrów jest za dużo, model lub jego część jest  przedefiniowany
(over defined)
" Przykład:
3 punkty po 2 współrzędne  zakotwiczenie wierzchołka dodanie 2 relacji dodanie 2 wymiarów
6 niewiadomych 4 niewiadome 2 niewiadome 0 niewiadomych
(szkic nie w pełni zdefiniowany szkic n e w pełni zdefiniowany) (szkic nie w pełni zdefin owany (szkic w pełni zdefiniowany)
Politechnika Wrocławska
Modelowanie wariantowe
" Modelowanie rodziny obiektów różniących się
parametrami  wariantów tej samej konstrukcji
" Aby nie kopiować
tego samego
modelu, żeby w
kopii zmienić jeden
czy dwa parametry,
lepiej stworzyć
wariant
( konfigurację )
różniący się tylko
tymi parametrami
Materiały do wykładu 3
Wspomaganie Projektowania CAD  część 3 2012
Politechnika Wrocławska
Modelowanie wariantowe  c.d.
" Jeśli parametry odróżniające poszczególne
warianty są liczbami, można zautomatyzować
zarządzanie wariantami, np. w Solidworks tzw.
Design Table jest arkuszem w MS Excel:
nazwy wariantów
nazwy wymiarów,
szkiców, obiektów lub
inne słowa kluczowe
wartości
Politechnika Wrocławska
Modelowanie złożeniowe
" W systemie CAD budowane jest hierarchiczne
złożenie  części , zwykle opisanych w
oddzielnych modelach/plikach
" Możliwe jest wzajemne pozycjonowanie  części
i  zespołów (dzięki parametrycznym wymiarom i
więzom)
" Relacje produkt zespół podzespół część
odpowiadają podstawowym funkcjom systemów
PDM (Product Data Management)/PLM (Product
Lifecycle Management)
Politechnika Wrocławska
Modelowanie złożeniowe  c.d.
" Wzajemne pozycjonowanie komponentów
złożenia możliwe dzięki parametrom i więzom:
 współpłaszczyznowość, równoległość, prostopadłość
powierzchni części
 koncentryczność, styczność lub współliniowość
krawędzi należących do części
 itp.
" Możliwe jest sprawdzanie ruchomości
połączonych części (kinematyka mechanizmów),
przenikania się brył części itp.
" Możliwe jest definiowanie widoków  rozbitych
(exploded) złożeń
Materiały do wykładu 4
Wspomaganie Projektowania CAD  część 3 2012
Politechnika Wrocławska
Automatyczne tworzenie modeli 2D
" Prosta generacja zestawu rysunków 2D na bazie
modelu 3D
Politechnika Wrocławska
Jądra modelowania bryłowego (solid kernels)
" Zbiory procedur tworzenia i modyfikacji brył
" Najpopularniejsze to ACIS (np. Mechanical Desktop, Inventor) i
Parasolid (np. Unigraphics, Solidworks, Solid Edge,
Powershape, MasterCAM, Moldflow, DesignFlow, DesignSpace)
" Wiele systemów CAD posiada własne jądra (np. CATIA)
" ACIS i Parasolid mają własny format wymiany danych (SAT i
X_T)
" Przykład różnic między ACIS (po lewej) i Parasolid:
Politechnika Wrocławska
Kierunki rozwoju systemów CAD
" Modelowanie  trybrydowe
 Połączenie zalet modeli hybrydowych (bryłowo-
powierzchniowych) i siatek trójkątnych (pochodzących z
Reverse Engineering)
Materiały do wykładu 5
Wspomaganie Projektowania CAD  część 3 2012
Politechnika Wrocławska
Kierunki rozwoju systemów CAD
" Modelowanie  trybrydowe
" Modelowanie właściwości materiałowych
 możliwość przypisywania właściwości materiałowych
(także FGM) oraz powierzchniowych (np.
chropowatości)
Politechnika Wrocławska
Kierunki rozwoju systemów CAD
" Modelowanie  trybrydowe
" Modelowanie właściwości materiałowych
" Uwzględnianie tolerancji wymiarowych
 możliwość opisywania tolerancji w modelu
konstrukcyjnym
Politechnika Wrocławska
Kierunki rozwoju systemów CAD
" Modelowanie  trybrydowe
" Modelowanie właściwości materiałowych
" Uwzględnianie tolerancji wymiarowych
" Integracja on-line z systemami CAE
 możliwość bieżącej kontroli właściwości
projektowanego wyrobu
Materiały do wykładu 6
Wspomaganie Projektowania CAD  część 3 2012
Politechnika Wrocławska
Wymiana danych
geometrycznych
Politechnika Wrocławska
yródła modeli CAD
1. Tworzenie modelu 3D w środowisku
rodzimego systemu CAD
2. Przejęcie danych z innego systemu do
modelowania geometrycznego  tzw.
 wymiana danych (Data exchange)
3. Pomiary geometrii 3D realnych obiektów
fizycznych Reverse Engineering
Politechnika Wrocławska
Tworzenie modeli w systemie CAD
Tworzenie nowego modelu od
 czystej kartki
Modelowanie na bazie
dokumentacji papierowej
Model CAD 3D
rasteryzacja
Modelowanie na bazie
elektronicznych dokumentów
2D
Materiały do wykładu 7
Wspomaganie Projektowania CAD  część 3 2012
Politechnika Wrocławska
Wymiana danych geometrycznych
Metody:
" Interfejsy wewnętrzne w zintegrowanych
systemach CAD/CAM lub CAD/CAE
" Interfejsy bezpośrednie  specjalne
zewnętrzne programy do konwersji
" Formaty  neutralne , np. DXF, IGES, STEP,
STL
Politechnika Wrocławska
Interfejsy wewnętrzne
" Ich działanie jest zwykle niewidoczne dla
użytkownika
" W zależności od stopnia integracji między
programami/modułami CAD i CAM lub CAD i CAE
mogą być jedno- lub dwukierunkowe
" Te drugie zachowują asocjatywność modeli 
zmiana w jednym module jest automatycznie
przenoszona do drugiego, np.
SolidworksSolidCAM
Politechnika Wrocławska
Interfejsy bezpośrednie (1)
" Często dostarczane razem z systemem CAD
(polecenia  Otwórz jako / Zapisz jako lub
 Import /  Eksport )
" Dostępne też jako oddzielne, płatne programy,
np. konwerter Pro/E CATIA, Solidworks
Unigraphics
Materiały do wykładu 8
Wspomaganie Projektowania CAD  część 3 2012
Politechnika Wrocławska
Interfejsy bezpośrednie (2)
" Różna skuteczność  przykład: konwerter CATIA
V4 CATIA V5R12
Politechnika Wrocławska
Interfejsy bezpośrednie a formaty
neutralne
" Porównanie scenariuszy pełnej wymiany danych
między n systemami CAx, np. czterema:
CAD 1 CAD 2
CAD 1 CAD 2
I/F
I F
I/F
I/F
format
neutralny
I F
I/F
I/F
I/F
CAD 4 CAD 3
CAD 4 CAD 3
" liczba wszystkich sprzęgów " liczba procesorów do i z formatu
bezpośrednich wynosi n(n-1); dla n 4 neutralnego wynosi 2n; dla n 4 potrzeba
potrzeba 12 sprzęgów 8 sprzęgów
" istotna jest kwestia odpowiednich wersji " ta liczba jest mniejsza od poprzedniej już
systemów CAD! dla n>3!
Politechnika Wrocławska
Formaty neutralne
" Często dostarczane razem z systemem Cax
(polecenia  Otwórz jako / Zapisz jako lub
 Import /  Eksport )
" Najpopularniejsze formaty:
 DXF (Drawing eXchange Format)  standard
producenta (Autodesk Inc.), przeważnie 2D
 IGES (Initial Graphics Exchange Specifications)
 standard ANSI/US PRO/IPO 100-1996
 STEP (STandard for Exchange of Product model
data)  standard ISO 10303
Materiały do wykładu 9
Wspomaganie Projektowania CAD  część 3 2012
Politechnika Wrocławska
Przykład formatu neutralnego  DXF
" Prosty szkic 2D
Fragment pliku DXF
0 0 0
CIRCLE LINE LINE
10 10 10
50.0 0.0 0.0
20 20 20
50.0 0.0 100.0
30 30 30
0.0 0.0 0.0
40 11 11
50.0 100.0 100.0
21 21
100.0 0.0
31 31
0.0 0.0
Politechnika Wrocławska
Przykład formatu neutralnego  IGES
" Ten sam szkic 2D
Fragment pliku IGES
100 1 0 1 0 0 0 000000000D 1
100 0 8 1 0 0D 2
110 2 0 1 0 0 0 000000000D 3
110 0 8 1 0 0D 4
110 3 0 1 0 0 0 000000000D 5
110 0 8 1 0 0D 6
100,0.0D0,50.0D0,50.0D0,100.0D0,50.0D0,100.0D0,50.0D0; 1P 1
110,0.0D0,0.0D0,0.0D0,100.0D0,100.0D0,0.0D0; 3P 2
110,0.0D0,100.0D0,0.0D0,100.0D0,0.0D0,0.0D0; 5P 3
Politechnika Wrocławska
Przykład formatu neutralnego  STEP
Fragment pliku STEP
#125=CARTESIAN_POINT('',(0.0,100.0,0.0));
#126=DIRECTION('',(0.707106781186547,-0.707106781186547,0.0));
#127=VECTOR('',#126,141.421356237309510);
#128=LINE('',#125,#127);
#129=CARTESIAN_POINT('',(100.0,0.0,0.0));
#130=TRIMMED_CURVE('79',#128,(PARAMETER_VALUE(0.0),#125),(PARAMETER_VALUE(1.0),#129),.T.,
.PARAMETER.);
#131=CARTESIAN_POINT('',(0.0,0.0,0.0));
#132=DIRECTION('',(0.707106781186547,0.707106781186547,0.0));
#133=VECTOR('',#132,141.421356237309510);
#134=LINE('',#131,#133);
#135=CARTESIAN_POINT('',(100.0,100.0,0.0));
#136=TRIMMED_CURVE('78',#134,(PARAMETER_VALUE(0.0),#131),(PARAMETER_VALUE(1.0),#135),.T.,
.PARAMETER.);
#137=CARTESIAN_POINT('',(50.0,50.0,0.0));
#138=DIRECTION('',(0.0,0.0,1.0));
#139=DIRECTION('',(1.0,0.0,0.0));
#140=AXIS2_PLACEMENT_3D('',#137,#138,#139);
#141=CIRCLE('75',#140,50.0);
Materiały do wykładu 10
Wspomaganie Projektowania CAD  część 3 2012
Politechnika Wrocławska
Formaty neutralne  efektywność
" Żaden format niemacierzysty nie przenosi wszystkich
informacji o modelu stworzonym w systemie CAx
" Porównanie efektywności wymiany danych:
Złożenia, warianty
Obiekty (features)
Parametry, więzy
Bryły  reprezentacja CSG
Bryły  reprezentacja B-rep
ACIS,
STEP
Para-
IGES
Powierzchnie
solid
DXF
STL
Krzywe, punkty
Politechnika Wrocławska
Formaty neutralne  problemy
" Podczas konwersji mogą pojawiać się błędy:
 możliwa jest zmiana typu obiektu (np. okrąg zamieniany na krzywą
lub zestaw krzywych albo na uogólnioną elipsę, prostokąt rozbijany
na odcinki)
 prymitywy niegeometryczne (napisy, wymiary, odnośniki, symbole,
kreskowanie) mogą być rozbijane na oddzielne linie, napisy,
obszary itp.
 w formacie neutralnym lub systemie docelowym mogą nie
występować warstwy i grupy (określające  zestawy obiektów) lub
poziomy (definiujące reguły przykrywania obiektów płaskich itp.)
 w formacie neutralnym lub w systemie docelowym mogą nie
występować takie same właściwości niegeometryczne obiektów
(szerokość linii, skala przerywania, definicja materiału, definicja
rodzaju powierzchni itp.)
Materiały do wykładu 11
Wizualizacja , VR 2012
Politechnika Wrocławska
Wizualizacja modeli CAD
Politechnika Wrocławska
Wizualizacje modeli CAD
" Ukrywanie linii zasłoniętych
 Pozwala lepiej zrozumieć zależności geometryczne
między elementami modelu ( ściany )
 Wymaga zdefiniowania powierzchni
Politechnika Wrocławska
Wizualizacje modeli CAD
" Cieniowanie
 Pokazuje powierzchnie modelu, pozwala na
efektywne wykorzystanie koloru
 Metody: cieniowanie płaskie, Gourauda, Phonga
Materiały do wykładu 1
Wizualizacja , VR 2012
Politechnika Wrocławska
Wizualizacje modeli CAD
" We współczesnych
systemach CAD
modelowanie może
się odbywać z
cieniowaniem w
czasie rzeczywistym,
są też dostępne
proste metody
renderingu off-line
Politechnika Wrocławska
Wizualizacje modeli CAD
" Pełne renderowanie
 Umożliwia uzyskanie fotorealizmu wygenerowanego
komputerowo widoku  zawierającego nie tylko obiekt
zainteresowania (np. produkt zamodelowany w CAD), ale jego
bezpośrednie otoczenie (np. ziemię/podłogę i ściany,
niebo/sufit oraz obiekty wokół)
 Algorytmy uwzględniają informacje nie tylko o geometrii, ale
również o teksturze i sposobie odbijania światła przez
obiekty, przenikalności obiektów przezroczystych oraz
zewnętrznych warunkach oświetleniowych
 Wykorzystywane najczęściej w reklamie i grach komputerowych, zbyt
praco- i czasochłonne dla samego projektowania konstrukcji
Politechnika Wrocławska
Renderowanie
" Przykład model samochodu
" Do renderingu konieczne model CAD samochodu, definicje kolorów i optycznych
właściwości powierzchni karoserii i szyb samochodu, model lub widok otoczenia,
określenie zródeł światła zewnętrznego i wewnętrznego,
Materiały do wykładu 2
Wizualizacja , VR 2012
Politechnika Wrocławska
Renderowanie
Modele
Rhinoceros,
Cinema 4D
Rendering POV-
Ray
yródło Wikipedia
Politechnika Wrocławska
Renderowanie
 Avatar (2009),
reż J
Cameron, Fox
" Ponad połowa
filmu to CGI
50% *162 min *
60 s/min * 24
kl /s * 2 obrazy
ź mln scen
do renderingu
" Stworzono ok
petabajta
danych (1 PB
1000 TB)
Politechnika Wrocławska
Wirtualna Rzeczywistość
(Virtual Reality)
Materiały do wykładu 3
Wizualizacja , VR 2012
Politechnika Wrocławska
 Ostateczna wizualizacja modeli CAD
" Wirtualna Rzeczywistość  charakteryzowana przez
trzy  I : immersion + imagination + interaction
 Jest oparta na bezpośrednim kontakcie człowieka ze sceną
w przestrzeni 3D z wykorzystaniem wrażenia  zanurzenia
w tej scenie, np. dzięki stereoskopii
 Pozwala na interakcję ze sceną 3D przy pomocy
specjalnych urządzeń (układ rozpoznawania pozycji widza
(śledzenia), działająca w 3 wymiarach  myszka , joystick
lub  różdżka ,  wirtualne rękawice itp.)
 Umożliwia lepsze wyobrażanie sobie wirtualnych scen,
m.in. przez ich wyświetlanie z użyciem efektów 3D
Politechnika Wrocławska
Cyberprzestrzeń `" VR
" Cyberprzestrzeń   lokalizacja istniejąca tylko w umyśle
uczestnika, często jako rezultat technologii umożliwiającej
zdalną interaktywną komunikację między osobami i
urządzeniami. Przykłady: Internet, przestrzeń społeczna (tzw.
 Web 2.0 )
" VR to technologia
 zanurzania w
nierzeczywistej
przestrzeni
wygenerowanej w
komputerze
Politechnika Wrocławska
Teleimersja `" VR
" Brak interaktywności ze
środowiskiem graficznym
Materiały do wykładu 4
Wizualizacja , VR 2012
Politechnika Wrocławska
Kino i telewizja 3D `" VR
" Brak interaktywności ze środowiskiem graficznym
 Avatar , reż J Cameron, 2009 Fox
Politechnika Wrocławska
Historia VR (1)
1916  patent na stereoskopowy wyświetlacz peryskopowy
1929  mechaniczny symulator lotów
1946  pierwszy cyfrowy komputer
1956  multimodalny doświadczalny system wyświetlania
1960  stereoskopowa aparatura telewizyjna
1961  hełm z wyświetlaczami ekranowymi  HMD
1965  referat Ivana Sutherlanda (konferencja IFIP)  koncepcja
interakcji użytkownika z wirtualnymi przedmiotami
1973  pierwszy komputerowy symulator lotów
1976  laboratorium  Videoplace : kamery i ekrany tworzą świat
wirtualny kontrolowany przez użytkownika
Politechnika Wrocławska
Historia VR (2)
1977   Sayre Glove  przewodowa rękawica zaopatrzona w
czujniki, pozwalające określić położenie dłoni użytkownika
1984  NASA: Virtual Interface Environment Workstation
1989  laboratorium VPL: pierwszy  system do wirtualnej
rzeczywistości , wprowadzenie określenia Virtual Reality
1991  pierwszy komercyjny hełm HMD
1992  konferencja SIGGRAPH: prezentacja CAVE  pokoju do
wyświetlania VR
1996   CyberGrasp  rękawica z siłowym sprzężeniem zwrotnym
2000  pierwszy 6-ścienny CAVE na Uniwersytecie Iowa
2005  karty graficzne do PC z okularami migawkowymi
Materiały do wykładu 5
Wizualizacja , VR 2012
Politechnika Wrocławska
Stereowizja w VR
Metody wyświetlania obrazów stereoskopowych:
" hełmy z dwoma ekranami (lewym i prawym)
" projektory/monitory z projekcją naprzemienną
" projektory/monitory/wydruki dla metody anaglifowej
" projektory/monitory z okularami polaryzacyjnymi
" projektory/monitory/wydruki z okularami
dichroicznymi
" monitory autostereoskopowe
Politechnika Wrocławska
Hełmy HMD (Head Mount Display)
Epson s Moverio BT-100 Sony HMZ-T1 Personal 3D Viewer
Politechnika Wrocławska
Wyświetlanie obrazów stereoskopowych
" Projekcja naprzemienna 
jeden projektor, drogie
okulary aktywne
migawkowe synchronizo-
wane z projektorem
(zasilane), zwykły ekran
lub monitor
Materiały do wykładu 6
Wizualizacja , VR 2012
Pair of stereoscopic images
Charles Street Mall, Boston Common, photo John P Soule, c 1860
Para obrazów stereoskopowych
Charles Street Mall, Boston Common, zdjęcie John P Soule, ok 1860 r
Politechnika Wrocławska
Wyświetlanie obrazów stereoskopowych
" Projekcja anaglifów 
jeden projektor,
okulary z filtrami
kolorowymi, zwykły
ekran (monitor lub
zdjęcie), rozwiązanie
najtańsze, ale
niezadowalająca
jakość kolorów
View from
Widok z pary
the Marsian
kamer
rover
nawigacyjnych
OPPORTUNITY s
marsjańskiego
pair of
łazika
navigation
OPPORTUNITY
cameras
NASA
NASA
Materiały do wykładu 7
Wizualizacja , VR 2012
Politechnika Wrocławska
Wyświetlanie obrazów stereoskopowych
" Projekcja pasywna
z polaryzacją 
dwa projektory,
tanie okulary
polaryzacyjne, ale
wymagany
specjalny ekran
lub monitor
Polarised 3D image from a computer game cartographyshop.thegamecreators.com
Spolaryzowany obraz 3D z gry komputerowej cartographyshop thegamecreators com
Politechnika Wrocławska
Wyświetlanie obrazów stereoskopowych
" Projekcja pasywna metodą multipleksowania długości fali 
dwa projektory i okulary z filtrami dichroicznymi; zwykły
ekran, monitor lub statyczny obraz (zdjęcie)
" Spektrum każdego koloru podstawowego dzielone jest na
dwie części, po jednej dla oka
" Np. w technice  Infitec  lewe oko: R1
629 nm, G1 532 nm, B1 446 nm, prawe
oko: R2 615 nm, G2 518 nm, B2 432 nm
Materiały do wykładu 8
Wizualizacja , VR 2012
Politechnika Wrocławska
Wyświetlanie obrazów stereoskopowych
" Monitor
autostereoskopowy (bez
okularów)  maska z
soczewkami przed
ekranem, niekiedy 
system śledzenia pozycji
widza dla zmiany
pozycji/orientacji
soczewek
Politechnika Wrocławska
yródła sygnału stereoskopowego
" Filmy, telewizja (telewizor/projektor 3D i okulary, dekoder
satelitarny/ DVB-T lub odtwarzacz Blu-ray)
" Animacje i gry komputerowe (specjalna karta graficzna,
monitor 3D z okularami lub hełm HMD)
" Własne nagrania zdjęć lub wideo
Politechnika Wrocławska
Desktop Virtual Reality,  Power Wall
Materiały do wykładu 9
Wizualizacja , VR 2012
Politechnika Wrocławska
CAVE
" Cave Automatic Virtual Environment
Politechnika Wrocławska
System projekcji sferycznej
Politechnika Wrocławska
Systemy śledzenia pozycji widza
" Mechaniczne (ramię lub szkielet)
 zalety: duża dokładność, krótki czas reakcji
 wady: ograniczone ruchy, ciężar
" Magnetyczne
 zalety: krótki czas reakcji
 wady: długi czas pomiaru, interferencje
" Ultradzwiękowe
 wady: podatność na zakłócenia, niska rozdzielczość, długi
czas reakcji
" Optyczne
 zalety: możliwość śledzenia wielu obiektów, duża szybkość
 wady: konieczna widoczność elementów
Materiały do wykładu 10
Wizualizacja , VR 2012
Politechnika Wrocławska
Systemy  nawigacji (wskazywania)
Politechnika Wrocławska
Systemy sprzężenia zwrotnego
" Dotykowe sprzężenie zwrotne  zazwyczaj
przekazuje siłę lub drgania
Sensable Phantom Omni (www inition co uk) Logitech Racing Wheel (www logitech com)
Politechnika Wrocławska
VRML, X3D
" Virtual Reality Modeling Language  język opisu
obiektów i animacji w scenie 3D
" Zastąpił go Extensible 3D (X3D)  standard ISO 19775
oparty na formacie XML, służący do przedstawiania
komputerowej grafiki 3D
" Modele 3D są dostępne w Internecie, sceny można oglądać w
przeglądarce (potrzebny plugin, np. dla VRML: Cortona, Cosmo
Player)
" Komputerowo wygenerowane sceny 3D mogą być animowane i
wzbogacane o dzwięki (stereo lub 5.1), zdjęcia lub filmy
Materiały do wykładu 11
Wizualizacja , VR 2012
Politechnika Wrocławska
Symulatory (dla kierowców, pilotów itp.)
Politechnika Wrocławska
Edukacja (muzea, szkolenia)
Politechnika Wrocławska
Architektura (rekonstrukcje, nowe projekty)
Materiały do wykładu 12
Wizualizacja , VR 2012
Politechnika Wrocławska
Przemysł (projektowanie, weryfikacja)
Politechnika Wrocławska
Virtual Clay Modeling
" Tworzenie modeli z wykorzystaniem wirtualnych  narzędzi do
dodawania lub odejmowania  materiału  analogicznie do
rzezbienia w glinie
Politechnika Wrocławska
Prezentacja wyników symulacji numerycznych
Materiały do wykładu 13
Wizualizacja , VR 2012
Politechnika Wrocławska
Medycyna
Politechnika Wrocławska
VR na Politechnice Wrocławskiej (1)
" System Cykloop firmy Vircinity z
wielkoekranowym wyświetlaczem tylnym
dwuprojektorowym, pasywnymi okularami,
urządzeniami wejściowymi (myszka 3D,
czujnik położenia) i dedykowanym
oprogramowaniem Covise
Politechnika Wrocławska
VR na Politechnice Wrocławskiej (2)
" Projektor migawkowy firmy ProjectionDesign,
ekran do projekcji przedniej i/lub tylnej,
zestaw 15 par okularów aktywnych,
urządzenia wejściowe (myszka 2D, rękawica
DG5) i oprogramowanie Eon Studio
Materiały do wykładu 14


Wyszukiwarka