If you can't read please download the document
Upload
ngonga
View
221
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
1
3D szmtgpes geometria s alakzatrekonstrukci
Dr. Vrady Tams, Dr. Salvi PterBME, Villamosmrnki s Informatikai KarIrnytstechnika s Informatika Tanszk
1a. Bevezets
http://cg.iit.bme.hu/portal/node/312
https://www.vik.bme.hu/kepzes/targyak/VIIIMA01
3D - geometriai modellezs,
alakzatrekonstrukci, nyomtats 2
Tartalom
Bevezets
Szmtgpes tervezs s alakzatrekonstrukci
A trgy oktatsa s a kvetelmnyrendszer
Bevezets 3
Bevezets
Kt tudomnyg:
(i) Computer Aided Geometric Design (CAGD)
Szmtgppel segtett geometriai tervezs
(ii) Digital Shape Reconstruction (DSR)
Szmtgpes alak(zat)-rekonstrukci
(Reverse Engineering Mrnki visszafejts)
3D-s geometria
- digitlis reprezentci
- szmtgpes algoritmusok
- alkalmazsok
Bevezets 4
Szmtgppel segtett geometriai tervezs
koncepci, mrnki dokumentcimszaki rajz, formatervezi vzlat
tervezs
szmtgpes modell
alkalmazsok: megjelents, virtulis valsg paramterek szmtsa jratervezs, mdosts, varinsok vgeselem-analzis (FEA) -
szilrdsgtan, termodinamika, ramlstan numerikusan vezrelt (NC) megmunkls fizikai objektum
absztrakt, pontosgeometriai elemek
Bevezets 5
Szmtgpes tervezs:input-output
paramterek mdostsa,
alkatrsz csaldok
vgeselemes
analzisautomatikus
megmunkls
mszaki rajzformatervezi vzlatok
Bevezets 6
Digitlis alakzat rekonstrukci
ltez fizikai objektum
3D mrs, szkennels
nagymret ponthalmazok
alakzat rekonstrukci
szmtgpes modell alkalmazsok
mrt, zajos, strukturlatlan elemek
7Bevezets
Digitlis informatika
Digital Signal
Processing
1970
Digital Image
Processing
1980-90
Digital Shape
Processing
2000
F technolgiai komponensek:
rintsmentes 3D-s szkennerek nagyteljestmny grafikus szmtgpek digitlis alakrekonstrukcis szoftver rendszerek 3D nyomtats
3D_SzGA 8
Rekonstrukci - alkalmazsok1 nem ltezik digitlis modell,
viszont rendelkezsre ll egymrt ponthalmaz
mrnki alkalmazsok- nincs gyrtsi dokumentci- az alkatrsz nem CAD technolgival kszlt
orvosi alkalmazsok- egyni organikus felletek- testre kell szabni- illeszked felletek: trdprotzis, fogsor, hallkszlk, buksisak stb.
a kulturlis rksg megrzse
minsgellenrzs- a digitlis referencia modell s a legyrtott alkatrsz sszehasonltsa
3D_SzGA 9
Rekonstrukci - alkalmazsok2 nem ltezik digitlis modell,
viszont rendelkezsre ll egymrt ponthalmaz
mrnki alkalmazsok- nincs gyrtsi dokumentci- az alkatrsz nem CAD technolgival kszlt
orvosi alkalmazsok- egyni organikus felletek- testre kell szabni- illeszked felletek: trdprotzis, fogsor, hallkszlk, buksisak stb.
a kulturlis rksg megrzse
minsgellenrzs- a digitlis referencia modell s a legyrtott alkatrsz sszehasonltsa
3D_SzGA 10
Rekonstrukci - alkalmazsok3 nem ltezik digitlis modell,
viszont rendelkezsre ll egymrt ponthalmaz
mrnki alkalmazsok- nincs gyrtsi dokumentci- az alkatrsz nem CAD technolgival kszlt
orvosi alkalmazsok- egyni organikus felletek- testre kell szabni- illeszked felletek: trdprotzis, fogsor, hallkszlk, buksisak stb.
a kulturlis rksg megrzse
minsgellenrzs- a digitlis referencia modell s a legyrtott alkatrsz sszehasonltsa
3D_SzGA 11
Rekonstrukci - alkalmazsok4 nem ltezik digitlis modell,
viszont rendelkezsre ll egymrt ponthalmaz
mrnki alkalmazsok- nincs gyrtsi dokumentci- az alkatrsz nem CAD technolgival kszlt
orvosi alkalmazsok- egyni organikus felletek- testre kell szabni- illeszked felletek: trdprotzis, fogsor, hallkszlk, buksisak stb.
a kulturlis rksg megrzse
minsgellenrzs- a digitlis referencia modell s a legyrtott alkatrsz sszehasonltsa
3D_SzGA 12
Rekonstrukci - alkalmazsok5 nem ltezik digitlis modell,
viszont rendelkezsre ll egymrt ponthalmaz
mrnki alkalmazsok- nincs gyrtsi dokumentci- az alkatrsz nem CAD technolgival kszlt
orvosi alkalmazsok- egyni organikus felletek- testre kell szabni- illeszked felletek: trdprotzis, fogsor, hallkszlk, buksisak stb.
a kulturlis rksg megrzse
minsgellenrzs- a digitlis referencia modell s a legyrtott alkatrsz sszehasonltsa
13
A New York-i SzabadsgszoborGeomagic, Inc. : 16 milli adatpont digitlis modella szobor rekonstrulsa lehetv vlt
14Bevezets
Az rsikl biztonsgos visszatrse
Geomagic, Inc. : minsgellenrzs a hll csempk
esetleges krosodsnak felismerse
Bevezets 15
3D nyomtats
16Bevezets
Tervezs s alakzat rekonstrukci
TERVEZSKONCEPCISZMTGPES
MODELL
ALKALMAZSOK
GYRTS
FIZIKAI OBJEKTUM3D-s MRS
DIGITLISALAKZAT REKONSTRUKCI
Reprezentcik 17
Digitlis reprezentcik
pontok, pontfelhk
hromszgek, hromszghlk
grbk, grbehlzatok, drtvzak
felletek, fellet-csoportok
tmr (merev) testek
Reprezentcik 18
Digitlis reprezentcik1
Pontok, pontfelhk
Hromszghlk,(poligonok)
Grbk,grbehlzatok Felletek
Tmr testek
1. pontfelhk egyestse, szrse, egyszerstse...2. hromszgels (hl generls)3. grbe interpolci s approximci4. fellet interpolci s approximci5. cellulris (voxel) reprezentci
1
2
3
4
5
Reprezentcik 19
Digitlis reprezentcik2
Pontok, pontfelhk
Hromszghlk,(poligonok)
Grbk,grbehlzatok Felletek
Tmr testek
1. decimls, simts, jrahromszgels, deformls 2. szegmentls, jellegzetes grbk kiemelse3. fellet approximci, rekurzv felosztsos felletek4. digitlis alakzat rekonstrukci5. mintavtelezs
1
2 3
4
5
Reprezentcik 20
Digitlis reprezentcik3
Pontok, pontfelhk
Hromszghlk,(poligonok)
Grbk,grbehlzatok Felletek
Tmr testek
1. grbehlzat pts, specilis mveletek, simts...2. felletek ltrehozsa profilgrbkbl (eltols, forgats), grbehl interpolci,...3. testek l struktrja4. mintavtelezs5. trtt vonalak, poligonok
1 2
3
4
5
Reprezentcik 21
Digitlis reprezentcik4
Pontok, pontfelhk
Hromszghlk,(poligonok)
Grbk,grbehlzatok
Felletek
Tmr testek
1. specilis mveletek offszet, lekerekt felletek, simts,...2. metszsek, trimmelt lapok (felletdarabok), primitv testek... 3. mintavtelezs4. tesszellci (poligonkzelts)5. fellet-fellet metszs, felleten fut grbk,...
1
2
3
4
5
Reprezentcik 22
Digitlis reprezentcik5
Pontok, pontfelhk
Hromszghlk,(poligonok)
Grbk,grbehlzatok
Felletek
Tmr testek
1. Bool mveletek, primitv testek... 2. mintavtelezs3. tesszellci (poligon kzelts)4.-5. hatrolelem-reprezentci ellltsa, lek, hurkok, trimmelt lapok
1
2
3
4
5
A trgy felptse 23
A trgy felptse
Tematika: http://cg.iit.bme.hu/portal/node/312https://www.vik.bme.hu/kepzes/targyak/VIIIMA01
Oktats:
Elmleti rk:
- slide-ok, ujjgyakorlatok,
- applet-ek, dem videk
Kt gyakorlati blokk (5.- 6. ht, 10.-11. ht):
- 3D modellezs (public domain rendszerek)
- grafikus keretrendszer ismertetse
- algoritmusok fejlesztse (hromszghlk, grbk s felletek)
- demk (ipari s prototpus rendszerek)
Kvetelmnyek 24
Kvetelmnyrendszer
2 kis hzi feladat (ktelez, kb. 6-10 ra)
C++ tesztkrnyezet, egyszer szmtsi feladatok
a) hromszghlk, b) grbk-felletek
vizsga - szbeli: 2 ttel
nll projektek megajnlott jegy:
szakirodalom feldolgozsa
programfejleszts - dem
rvid szeminrium (10-15 perc)
utols vllalsi lehetsg: 10. ht !!!
Folytonos felletek generlsa ngyszghlk alapjn (SP)
A szmtgpes grafika s geometria szmos terletn hasznlnak ngyszghlkat
(angolul: quadmesheket), melyek diszkrt mdon definilnak egy alakzatot. A szebb
megjelentshez hagyomnyosan felosztsos felletekkel srbb hlt generlnak...
Egy alternatv megolds ngyoldal felletekkel csempzi ki az irregulris cscsok
krnykt, mikzben biztostja az egyes elemek kzti folytonossgot. A folytonos
reprezentcira val ttrs fizikai szmtsok, szimulcik hatkonysgnak
nvelsre is hasznlhat...
25nll labor/Diplomaterv
Az nll labor clja, hogy a hallgat
ttekintse a vonatkoz modern
szakirodalmat s implementljon egy
keretrendszert, amelyben lehetsg nylik
klnbz algoritmusok kidolgozsra s
sszehasonltsra....
Szabadformj alakzatok tervezse s reprezentlsa 3D-s formatervezi vzlatok alapjn (VT)A modern vilgban egyre fontosabb kvetelmny, hogy a
krlttnk lv trgyaknak szp, eszttikus formja legyen.
A formatervezk ltalban idegenkednek a hagyomnyos
CAD rendszerek hasznlattl, mert ezek nem biztostjk azt
a fajta alkoti szabadsgot, amelyet a papr s a ceruza
hasznlata biztost. Ugyanakkor a kzi rajzok feldolgozsa s
szmtgpes formba val ntse igen nehz problma,
hiszen ezek a vonalak nem egyrtelmek, a klnbz rajzok
gyakran nem igazn koherensek, s nem definilnak
egyrtelmen egy sszetett szabadformj alakzatot.
Jelen projekt clja, hogy egy olyan j, szmtgpes
technolgit knljon fel, amely segtsgvel kzi rajzok
alapjn kzvetlenl ltre lehet hozni egy konzisztens 3D-s
digitlis reprezentcit. A szakirodalmi feldolgozs mellett
ezeket implementlni kellene egy 3D-s interaktv grafikus
keretrendszer keretben, s pldk segtsgvel bemutatni
az eredmnyeket.
https://www.youtube.com/watch?v=hGmE362ldZY
26nll labor/Diplomaterv
https://www.youtube.com/watch?v=hGmE362ldZY
Kontrollpont alap n-oldal felletek modellezse (SP)
Komplex szabadformj alakzatokat a legtbb esetben
csak egy ltalnos topolgiai struktra segtsgvel lehet
lerni, ahol a felletelemeknek tetszleges oldalszma
lehet s a cscsokban tetszleges szm l futhat
ssze. Ez indokolja az n. n-oldal felletelemek
modellezsnek fontossgt a szmtgppel segtett
geometriai tervezsben. Az n-oldal felletek lersra
szmos mdszer ismeretes....
Tanulmnyozza az n-oldal, kontroll pontokon alapul
matematikai smkat... Implementljon egy 3D-s
grafikus keretprogramot, amelyben ssze lehet
hasonltani nhny kivlasztott (esetlegesen jonnan
kidolgozott) reprezentcit, s rtkelje ezeket a fent
megadott szempontok alapjn.
27nll labor/Diplomaterv
Pontfelhk s 3D-s felletek cella alap kzeltse adaptv tvolsgmezk alapjn (VT)Komplex 3D-s objektumokat igen gyakran sr
hromszghlk segtsgvel reprezentlnak; hiszen a
hromszg-alap adatstruktra egyszer s egysges...
Lteznek azonban msfajta, egysges reprezentcik is,
ahol 3D-s felleteket, vagy nagymret ponthalmazokat egy
adaptv cellarendszer segtsgvel lehet lerni, illetve
kzelteni. Az ismert stl kocka (marching cubes)
technikt kvnjuk kiterjeszteni, oly mdon, hogy egy
adaptv tvolsgmezre ptnk, s a celln belli
fggvnyek nem linerisak, hanem grbltek.
Tanulmnyozza a stl kockk s az adaptv
tvolsgmezk vonatkoz szakirodalmt [1,2].
Implementljon egy 2D-s, majd a ksbbiekben egy 3D-s
grafikus keretprogramot, amelyben ssze lehet hasonltani
klnbz ismert s jonnan kidolgozott cella
reprezentcikat, klnbz tvolsgbecslsi mdszereket,
valamint minsgi s hatkonysgi jellemzket.
28nll labor/Diplomaterv