3d számítógépes geometria és...
TRANSCRIPT
-
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