4.5. MÔ HÌNH HÓA KHỐI ĐẶC (SOLID MODELLING) docx

4.5. MÔ HÌNH HÓA KHỐI ĐẶC (SOLID MODELLING) • Khái quát • Phương pháp kết cấu (Constructive Representation) • Phương pháp biên (Boundary Representation) • Các phương pháp khác Tröôøng ÑHBK TP.HCM – Khoa Cô Khí – Moân hoïc: CAD/CAM/CNC Khái qt • Mô hình khối rắn được bao bởi thể tích 3 chiều mà vật đó chiếm. • Như vậy mô hình khối rắn là phương tiện duy nhất đảm bảo hình dung đầy đủ về vật thể trong không gian 3 chiều. • Đây là phương pháp hiện đại nhất và mạnh nhất trong tất cả các phương pháp hiện có. Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Ưu điểm của mô hình khối rắn: – a) Xác đònh đầy đủ hình khối, phân biệt rõ vùng trong và vùng ngoài vật thể, dễ phát hiện ra sự cố khi các thành phần tương tác với nhau – b) Đảm bảo tự động xóa các đường khuất – c) Tự động xây dựng các mặt cắt ba chiều, rất cần khi phân tích các đơn vò lắp ráp phức tạp – d) Sử dụng các phương pháp phân tích tự động xác đònh chính xác trọng lượng và kết cấu một cách hiệu qủa bằng phương pháp phần tử hữu hạn – e) Tạo ra những hình ảnh có chất lượng trên màn hình nhờ sử dụng nhiều màu sắc – f) Nâng cao hiệu qu khi mô phỏng chuyển động của các ả cơ cấu, tạo ra các qu đạo chuyển động của dụng cụ và ĩ người máy. Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC • Có 2 phương pháp tạo mô hình khối đặc được ứng dụng: - Phương pháp kết cấu – Constructive representation (C - rep) - Phương pháp biên – Boundary representation (B - rep). Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC • V t th kh i đ c xây d ng t nh ng kh i ngun thu ậ ể ố ượ ự ừ ữ ố ỷ theo quy t c tốn h c Boole. ắ ọ • Các kh i ngun thu th ng là nh ng kh i đ n gi n v i ít ố ỷ ườ ữ ố ơ ả ớ tham s .ố block parameter: length, width,height cylinder parameter: radius, height cone parameter: radius, height Torus parameter: two radii wedge parameter: length, width, height Sphere parameter: radius KHỐI HÌNH XÂY DỰNG Constructive Solid Geometry (CSG) Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC M i kh i nguyờn thu c xỏc nh b ng ph ng trỡnh toỏn h c: Block: {(x, y, z): 0<x<w, 0<y<H, 0<z<D} Cylinder: {(x, y, z): x 2 +y 2 <R 2 , 0<z<H} Cone: {(x, y, z): x 2 +y 2 <((R/H)z) 2 , 0<z<H} Sphere: {(x, y, z): x 2 +y 2 +z 2 <R 2 } Wedge:{(x, y, z): 0<x<w, 0<y<H, 0<z<D, yw+xh<hw} Torus: {(x, y, z): (x 2 +y 2 +z 2 -R 2 2 -R 1 2)2< 4R 2 2 (R 1 2 -z 2 )} Trửụứng ẹHBK TP.HCM Khoa Cụ Khớ Moõn hoùc: CAD/CAM/CNC Cỏc kh i nguyờn thu c x lý b ng cỏc toỏn t Boolean: Hi = Union (*) Giao = intersection (*) Kh = difference (-*) Trửụứng ẹHBK TP.HCM Khoa Cụ Khớ Moõn hoùc: CAD/CAM/CNC Cấu trúc của các khốâi xây dựng được thể hiện dưới dạng cây nhi phân Hội Giao Khử Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Constructive Solid Geometry (CSG) • Thí dụ ∪ y x z Rigid motion transformation Rigid motion parameters y x z Configuration parameters y x z Configuration parameters z x y Configuration parameters y x z - y z Tröôøng ÑHBK TP.HCM – Khoa Cô Khí – Moân hoïc: CAD/CAM/CNC Các bước tạo vật thể C - rep – Tạo các vật cơ bản: trụ, hộp, … – Dùng các phép toán Boole để cộng, trừ hoặc giao các vật với nhau để tạo nên phần tử phức tạp hơn. – Dùng các lệnh bo tròn, vát mép để tạo nên các mặt chuyển tiếp giữa các mặt giao nhau. – Sau khi tạo được toàn bộ khối vật thể có thể dùng các mặt cắt, hình chiếu để rạo ra các hình vẽ 2D. – Lên kích thước cho các hình chiếu 2D Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC [...]... vi ứng dụng:  Tạo các mô hình phân tử  Tạo mô hình dòng chảy Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC TĨM LƯỢC • Có nhiều cách tạo mơ hình – 2D – 3D • Khung dây • Mặt • Khối ( C-rep, B-rep, Voxel, Grammar, Particles, Drop) • Hiểu biết và sử dụng chúng trong cơng tác thiết kế sản phẩm sẽ rất thuận lợi Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC NHỮNG ĐẶC ĐIỂM KHÁC CỦA CAD... các hình đơn giản  Chúng được dùng để thể hiện cây cỏ, vỏ ốc hến, các mẫu trang trí trên tường, vải in Thí dụ các hệ thống tạo ra mô hình cây cỏ bằng kỹ thuật grammars Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Kỹ thuật Particles (Tạo hạt)  Dùng để biểu diễn các mô hình động và các hiện tượng như mây, khói, lửa, nổ, v.v…  Các phần tử cơ bản là những hạt có hình dạng khác nhau như hình. .. là những hạt có hình dạng khác nhau như hình cầu, hình ellipse, giọt nước  Các hạt phát triển tuỳ theo đặc điểm thời gian, hình thù, quỹ đạo, và các đặc điểm khác  Đặc tính của các hạt bò ảnh hưởng bởi lực đặc biệt như trọng lực, lực từ trường, v.v… Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC KỸ THUẬT DROP (TẠO GIỌT)  Chúng là những hình cầu mềm dẻo với trường lực hấp dẫn hoặc xô đẩy... trúc hình học biên, gọi là boundary representation (B-rep) mà trong đó biên của các khối hình học được lưu dưới dạng tham số Phương pháp lưu thường dùng nhất là dưới dạng NURBS (Non-Uniform Rational B-spline) và các card graphic hiện đại đều có thể đáp ứng được Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Boundary Representation (B-rep) Khối hình học biên • Một mơ hình B-rep là mơ hình. .. – Môn học: CAD/CAM/CNC CÁC KỸ THUẬT MÔ HÌNH HOÁ KHÁC • Kỹ thuật Voxel • Kỹ thuật Grammar (nhân mảnh) • Kỹ thuật Particle (tạo hạt) Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC KỸ THUẬT VOXEL • Tạo bởi một tập khối lập phương nhỏ – Khơng gian ba chiều được chia ra thành những khối (tế bào) lập phương nhỏ với độ phân giải cho trước và khối vật thể được mơ hình hố bằng cách liệt kê danh sách... – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Ưu nhược điểm của Voxel Ưu điểm: • Đơn giản • Độ phức tạp như nhau cho tất cả các đối tượng • Dùng các tóan tử Boolean Nhược điểm: • Chỉ gần đúng • Đòi hỏi bộ nhớ lớn • Màn hình đắt tiền Dùng chủ yếu trong các máy Scanner trong y học Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Kỹ thuật Grammars (nhân mảnh)  Kỹ thuật Grammars tạo mô hình bằng cách dùng... Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Boundary Representation (B-rep) • Các phần tử hình học được tạo ra và chỉnh lý bởi các tốn tử Euler • Các tốn tử Euler – đảm bảo tính thống nhất của model – cho một cơ chế kiểm tra sự chắc chắn của model Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC • Các tốn tử Euler: Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC • Thí dụ: xây dựng một khối tứ diện... – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Boundary Representation (B-rep) Các phần mềm CAD/CAM thương mại thường có thể biểu diễn vật thể 3D ở 2 dạng: Chính xác Gần đúng Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Boundary Representation (B-rep) • Các phần tử hình học – Điểm = points – Đường = curves – Mặt = surfaces • Chúng được tạo ra, hiệu chỉnh và xử lý theo phép tốn của hình học Euclid... mơ hình hố thì phải tính tốn rất lớn - Các vật thể ngun thuỷ được lưu dưới dạng phân tích Tuy nhiên các mặt khơng phải là các mặt phân tích như mặt Bezier thì khơng thể dùng CSG để biểu diễn được - Cơng cụ nối mặt lập thể với các khối solid ngun thuỷ còn phải phát triển Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Constructive Solid Geometry (CSG) - Do vậy trong phần lớn các hệ thống mơ hình. .. loops (vòng biên kín ngồi hay trong các mặt) • S - số lượng shell (vỏ bản thân một khối solid đã là một vỏ, nên giá trị nhỏ nhất của vỏ bằng 1) • G - số lượng genus (lỗ xun qua khối) Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC Boundary Representation (B-rep) Thí dụ ? ? Trường ĐHBK TP.HCM – Khoa Cơ Khí – Môn học: CAD/CAM/CNC B-rep và CSG • CSG – Các phần tử cơ cở là ngun thuỷ – Phép tốn: . 4. 5. MÔ HÌNH HÓA KHỐI ĐẶC (SOLID MODELLING) • Khái quát • Phương pháp kết cấu (Constructive Representation) • Phương. f 1 f 2 f 3 v 1 v 2 v 3 v 4 v 6 v 7 v 8 e 1 e 2 e 3 e 4 e 7 e 8 e 10 e 11 e 12 solid f 6 f 5 f 4 f 3 f 2 f 1 e 6 e 5 e 4 e 3 e 2 e 1 e 12 e 11 e 10 e 9 e 8 e 7 v 4 v 3 v 2 v 1 v 8 v 7 v 6 v 5 Face level Edge. Moân hoïc: CAD/CAM/CNC Khái qt • Mô hình khối rắn được bao bởi thể tích 3 chiều mà vật đó chiếm. • Như vậy mô hình khối rắn là phương tiện duy nhất đảm bảo hình dung đầy đủ về vật thể trong