Mô hình hóa hình học pot

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 MÔ HÌNH

Trang 1

Phép cộng

Phép giao

Phép trừ

Với những phép tốn này, ta khơng

chỉ tạo ra các đối tượng mà cịn hỗ

trợ các thao tác phức tạp hơn

Ví dụ, ta cĩ thể thêm vào

hoặc loại bỏ bớt các đối

tượng đã vẽ

MÔ HÌNH HOÁ HÌNH HỌC

Tạo mô hình khối đặc

Boundary Representation (B-rep)

Khối hình học biên

• Một mơ hình B-rep là mơ hình được bao

bởi các mặt biên Các mặt này:

– Kín và liên tục

– Cĩ thể định hướng, nghĩa là cĩ thể phân

biệt hai phía.

Các phần mềm CAD/CAM thương mại thường cĩ thể biểu diễn vật thể 3D ở 2 dạng:

Trang 2

• 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

• Cấu trúc dữ liệu của một cạnh :

– Một cạnh

• Được bao bởi hai đỉnh

• Tiếp giáp chính xác với hai mặt

• Mỗi một cạnh tham gia hai vịng lặp,

• Các vịng lặp được định hướng – Trước

– Sau

e

v1

v2

fccw

fcw

Predecessor2 Predecessor1

Successor2 Successor1

f cw f ccw

v 2

v 2 e

Predecessor2 Predecessor1

Successor2 Successor1

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

f6

f5

f4

f3

f2

f1

e6

e5

e4

e3

e2

v4

v3

v2

Face level Edge level

Vertex level

Winged edge structure

• Các phần tử Topologic là

– đỉnh = vertices

– cạnh = edges

– mặt = faces

– Vịng lặp = loops

• Các phần tử Topologic 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

Trang 3

• Các tốn tử Euler: Thí dụ: xây dựng một khối tứ diện dùng

tốn tử Euler

Thí dụ: xây dựng một khối tứ diện dùng

tốn tử Euler (tiếp theo)

• Cơng thức Euler-Poincaré:

V-E+F-(L-F) - 2(S-G) = 0

• V - số lượng vertices (đỉnh)

• F - số lượng faces (mặt)

• E - số lượng edges (cạnh)

• L - số lượng loops (vịng 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 xuyên qua khối)

Thí dụ

B-rep và CSG

• CSG

– Các phần tử cơ cở là nguyên thuỷ – Phép tốn: dùng các tốn tử boolean – Cấu trúc dữ liệu

• Cây nhị phân

• Gọn nhẹ

Trang 4

• B-rep

– Các phần tử cơ bản: đỉnh, mặt, cạnh

(vertices, faces, edges)

– Tốn tử: tốn tử Euler

– Cấu trúc dữ liệu:

• Cấu trúc cạnh kiểu cánh (Wing edge structure)

• Khơng gian bộ nhớ lớn

– Ưu điểm căn bản của phương pháp B- rep là khả

năng dễ dàng thay đổi hình dạng bề mặt do đĩ

được dùng nhiều trong các hệ thống CADCAM

B-rep và CSG

• Kỹ thuật Voxel

• Kỹ thuật Grammar (nhân mảnh)

• Kỹ thuật Particle (tạo hạt)

CÁC KỸ THUẬT MÔ HÌNH HOÁ KHÁC

• 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 các tế bào

mà nĩ chiếm giữ

KỸ THUẬT VOXEL

Ưu nhược điểm của Voxel

Ưu điểm:

• Đơn giản

• Độ phức tạp như nhau cho tất cả các đối tượng

• Dùng các tĩan tử Boolean

hược điểm:

• Chỉ gần đúng

• Địi hỏi bộ nhớ lớn

• Màn hình đắt tiền

Dùng chủ yếu trong các máy Scanner trong y học

Kỹ thuật Grammars tạo mô hình bằng cách

dùng một tập các quy tắc nhân rộng 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 (nhân mảnh)

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 cầu, hình ellipse, gọt 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 bị ảnh hưởng bởi lực đặc biệt như trọng lực, lực từ trường, v.v…

Trang 5

KỸ THUẬT DROP (TẠO GIỌT)

Chúng là những hình cầu mềm

dẻo với trường lực hấp dẫn hoặc

xô đẩy Khi hai giọt gặp nhau,

chúng trộn vào nhau và tạo thành

một giọt

Phạm vi ứng dụng:

Tạo các mô hình phân tử

Tạo mô hình dòng chảy

TĨM LƯỢC

• Cĩ 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

NHỮNG ĐẶC ĐIỂM KHÁC CỦA CAD VÀ

SỰ TÍCH HỢP CAD/CAM

– Phần lớn hệ thống CAD đều có khả năng

mở rộng để xây dựng bản vẽ thiết kế.

Những khả năng này là:

• 1/ Tự động tạo nét gạch chéo mặt cắt

trên bản vẽ

• 2/ Khả năng viết chữ trên bản vẽ (kích

thước và kiểu chữ)

• 3/ Ghi kích thước tự động.

• - Tất cả những đặc điểm trên là rất hữu ích, nó giúp giảm thời gian thiết kế và in bản vẽ.

• - Một hệ thống tích hợp CAD/CAM có lợi ích to lớn hơn nhiều so với những hệ CAD và CAM riêng rẽ.

• - Việc tạo cầu nối CAD và CAM là mục tiêu đặc biệt của hệ thống CAD/CAM.

Trang 6

Tô bóng đối tượng

Hình chiếu 2D

Khung dây 3D

Mặt 3D

Khối 3D

CẤU TRÚC CƠ SỞ DỮ LIỆU

• Cấu trúc dữ liệu là một tập các dữ liệu cĩ mối quan hệ

với nhau theo một quy luật nhất định

• Theo quan điểm CAD CAM cấu trúc dữ liệu là một sơ đồ

logic hay tuần tự các bước lưu trữ các dữ liệu đồ hoạ và

khơng đồ hoạ

• Chức năng chính của database là xử lý dữ liệu trên màn

hình như zoom, pan, giao tiếp với người dùng, đặc biệt là

Đặt vấn đề

Bản vẽ chính là hình chiếu

Trang 7

Đặt vấn đề

Từ xưa, người ta đã

biết vẽ Thí dụ đây

là hình ảnh vẽ trên

tường từ năm 2150

trước công nguyên

theo phép chiếu

song song

Đặt vấn đề

Trên các chai của người Hy lạp vào thế kỷ thứ 6 trước công nguyên có thể hiện các hình chếu phối cảnh

Đặt vấn đề

Hình

chiếu

phối

cảnh thời

xa xưa

Hệ thống quản lý dữ liệu

(DBMS)

• Là phần mềm cho phép truy xuất để sử dụng và biến đổi

dữ liệu trong bộ nhớ database

• DBMS tạo ra một lớp giữa cơ sở dữ liệu vật lý và người

sử dụng

Database disk

• DBMSs được thiết kế cho các hệ thống thương

mại là quá chậm chạp cho các ứng dụng trong

lĩnh vực CAD/CAM

• Các yêu cầu về quản lý dữ liệu trong các hệ

thống CAD/CAM về căn bản khác với các ứng

dụng thương mại.

Hệ thống quản lý dữ liệu

• Nhiều kiểu, nhưng số lượng mỗi kiểu không nhiều

• Sản phẩm thiết kế có thể rất lớn với hàng triệu chi tiết và các cụm lắp phụ thuộc lẫn nhau

• Thiết kế có thể thay đổi theo thời gian

• Mỗi chi tiết có thể thay đổi

• Hàng trăm người có thể làm việc trong cùng một thiết kế

• Do đó phải hỗ trợ làm việc tập thể

• Có hai loại dữ liệu là tổ chức và công nghệ

Trang 8

Dữ liệu

tổ chức

• Số nhận dạng

• Số của bản vẽ

• Chuẩn thiết kế

• Tình trạng hiện tại

• Tên người thiết kế

• Ngày thiết kế

• Tỉ lệ

• Kiểu hình chiếu

• Tên công ty

Dữ liệu công nghệ

• Hình học

• Kích thước

• Dung sai

• Độ nhám bề mặt

• Vật liệu

• Trình tự công nghệ

• Trình tự kiểm tra

Lưu trữ và truy xuất dữ liệu

• Dạng tuần tự: năng suất thấp

• Ngẫu nhiên: năng suất cao

• Do đó các file chứa dữ liệu đồ hoạ được lưu dưới dạng truy xuất ngẫu nhiên và tất cả các file liên kết với nhau bằng mũi tên

• Bản ghi chính có tên là " Head record", từ đây các mũi tên chỉa đến tất cả các dữ liệu khác theo một trật tự chặt chẽ

Data Structure

Database

• Mục đích của database là thu thập và lưu trữ dữ

liệu trong bộ nhớ trung tâm để dễ truy xuất và xử

lý

• Ưu điểm của việc quản lý tập trung dữ liệu là:

– Hạn chế sự trùng lặp

– Tăng cường tiêu chuẩn

– Bảo mật

– Duy trì tính thống nhất

– Loại trừ mâu thuẫn

Data Structure Database

• Hạn chế trùng lặp

– Rất quan trọng trong việc tích hợp CAD/CAM – Dữ liệu phải đủ phong phú để hỗ trợ thiết kế và chế tạo sản phẩm

– Hạn chế những mâu thuẫn hay không phù hợp khi truy xuất cho cac ứng dụng khác nhau

• Tăng cường tiêu chuẩn

– Việc kiểm soát tập trung tăng cường được tiêu chuẩn cấu trúc dữ liệu

– Các tiêu chuẩn cần cho việc trao đổi dữ liệu giữa các

hệ thống

Data Structure

Database

• Bảo mật

– Việc truy xuất dữ liệu phải được kiểm tra và kiểm soát

bằng mã đăng ký sử dụng các vùng khác nhau của

database

• Duy trì tính thống nhất

– Tính thống nhất đảm bảo tính chính xác của dữ liệu

CAD CAM Database

• CAD CAM database phải có khả năng lưu dữ liệu ảnh và dữ liệu chữ và số.

• Những model database thông dụng là

– hierarchical database = cơ sở dữ liệu thứ bậc – network database = cơ sở dữ liệu mạng – relational database = cơ sở dữ liệu quan hệ

Trang 9

Quá trình phát

triển của cấu trúc

dữ liệu

Database

• Hierarchical database (1950-1975)

– Dữ liệu có cấu trúc cây – Đỉnh của cây thường gọi là root = gốc, có thứ bậc cao nhất trong số các cấp bậc

• Là một giải pháp đặc biệt cần ngay cho các ứng dụng thực tế

• Già cỗi nhất trong các hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu là IMS của IBM dùng để tổ chức và lưu trữ thông tin cho dự

án nghiên cứu việc hạ cánh của phi thuyền Apollo, ra đời năm 1968

CAD CAM Database

• Ưu điểm: Xử lý dữ liệu hiệu quả, cấu trúc quen

thuộc cho việc lập trình, đảm bảo dự đoán

công việc vì biết trước tất cả đường dẫn.

• Nhược điểm: không mềm dẻo và dễ hiểu như

là cơ sở dữ liệu quan hệ.

• Mạng như rừng (tập hợp các cây Trees)

• Các kết nối là từ cha đến con: kiểu quan hệ

một tới nhiều người (One to many), không có

kiểu kết nối từ con đến cha. Từ lá A mà muốn xác định D phải có một chuỗi giấy phép từ R

tới Y và từ Y tới D

Hierarchical database

Thí dụ: Một ô tô có

một khung và trên

khung có 4 bánh xe

giống nhau nhưng đặt

ở 4 vị trí khác nhau là

một biểu hiện cấu trúc

có thứ bậc

Hierarchical database Một robot có một chân đế, trên chân đế có một tay dưới, trên tay dưới lại có một tay trên Cơ sở dữ liệu thứ bậc có dạng cây

Trang 10

Database kiểu mạng

• Network database (1960-1990) Điển hình là hệ thống CODASYL

– Cho phép mô hình hoá nhiều đối tượng tương tự trực tiếp hơn so với kiểu thứ bậc

– Dữ liệu là tập hợp các bản ghi – Quan hệ giữa các dữ liệu được thể hiện bằng những kết nối (link)

• Giống như cấu trúc nhị phân

• Phạm vi kết nối tuỳ thuộc vào mối quan hệ Many - to many, many - to - one, hay one - to - one.

Sơ đồ cấu trúc dữ liệu

Nhược điểm của cơ sở dữ liệu

thứ bậc và mạng

• Cần các chương trình phức tạp cho một

công việc đơn giản

• Tính độc lập của dữ liệu là thấp nhất

• Nền tảng lý thuyết không được chấp nhận

rộng rãi

• Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu quan hệ

Model cơ sở dữ liệu quan hệ

Lịch sử của model quan hệ

• Model đầu tiên do E F Codd đề nghị năm

1970, dựa trên khái niệm toán học quan hệ .

• Hệ thống cơ sở dữ liệu quan hệ đầu tiên , hệ thống R, là do IBM thực hiện

• Ứng dụng thương mại xuất hiện vào cuối những năm 1970 và đầu những năm 1980.

Định dạng
Số trang	10
Dung lượng	3,8 MB