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

Ưu điểm của mô hình khối rắn:– a Xác định 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

4.5 MÔ HÌNH HÓA KHỐI ĐẶC

• Đây là phương pháp hiện đại nhất và mạnh nhất trong tất cả các phương pháp hiện có

Ưu điểm của mô hình khối rắn:

– a) Xác định 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 vị lắp ráp phức tạp

– d) Sử dụng các phương pháp phân tích tự động xác định 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 ĩngười máy

• Có 2 phương pháp tạo mô hình

khối đặc được ứng dụng:

- Phương pháp kết cấu – Constructive

• V t th kh i đ c xây d ng t nh ng kh i nguyên thu ậ ể ố ượ ự ừ ữ ố ỷtheo quy t c toán h c Boole ắ ọ

• Các kh i nguyên thu th ng là nh ng kh i đ n gi n v i ít ố ỷ ườ ữ ố ơ ả ớtham 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

• M i kh i nguyên thu đ c xác đ nh b ng ỗ ố ỷ ượ ị ằ

• Các kh i nguyên thu đ c x ố ỷ ượ ử

Cấu trúc của các khốâi xây dựng được

thể hiện dưới dạng cây nhi phân

Constructive Solid Geometry (CSG)

• Thí dụ

∪

y x

z

Rigid motion transformation

Rigid motion parameters

z

x

y

Configuration parameters

y

x z

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

Ưu điểm của CSG:

- Dễ xây dựng khối vật thể

- Dữ liệu lưu trữ chỉ là cấu trúc nhị phân của

các toán tử và kích thước của các khối nguyên thuỷ.

- Dễ sửa chữa khi thay đổi kết cấu

- Các toán tử Boolean luôn luôn đảm bảo để vật thể được xây dựng

Nhược điểm:

- Cấu trúc cây CSG làm cho khi thực hiện các chức năng

khác với mô hình hoá thì phải tính toán rất lớn

- Các vật thể nguyên thuỷ được lưu dưới dạng phân tích Tuy nhiên các mặt không phải là các mặt phân tích như mặt Bezier thì không thể dùng CSG để biểu diễn được.

- Công cụ nối mặt lập thể với các khối solid nguyên thuỷ còn phải phát triển.

- Do vậy trong phần lớn các hệ thống mô hình hoá,

song song với việc lưu cấu trúc CSG, còn lưu cấu 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.

Boundary Representation (B-rep)

Khối hình học biên

• M t mô hình B-rep là mô hình đ c bao b i ộ ượ ở các m t biên Các m t này: ặ ặ

– Kín và liên tục– Có thể định hướng, nghĩa là có thể phân biệt hai phía

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

Gần đúngChính xác

Boundary Representation (B-rep)

• Các ph n t hình h c ầ ử ọ

– Điểm = points– Đường = curves– Mặt = surfaces

• Chúng đ c t o ra, hi u ch nh và x lý theo ượ ạ ệ ỉ ử

• C u trúc d li u c a m t c nh : ấ ữ ệ ủ ộ ạ

– Một cạnh

• Được bao bởi hai đỉnh

• Tiếp giáp chính xác với hai mặt

• Mỗi một cạnh tham gia hai vòng lặp,

• Các vòng lặp được định hướng

– Trước– Sau

fcw fccw

v2

v2e

Predecessor2 Predecessor1

Successor2 Successor1

Vertex level

Winged edge structure

Boundary Representation (B-rep)

• Các ph n t hình h c là ầ ử ọ

– đỉnh = vertices – cạnh = edges– mặt = faces– Vòng lặp = loops

• Thí d : xây d ng m t kh i t di n dùng toán t Euler ụ ự ộ ố ứ ệ ử

• Thí d : xây d ng m t kh i t di n dùng toán t Euler (ti p theo) ụ ự ộ ố ứ ệ ử ế

• 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)

B-rep và CSG

• CSG

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

– 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

• T o b i m t t p kh i ạ ở ộ ậ ố

l p ph ậ ươ ng nh ỏ

– Không 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 mô hình hoá bằng cách liệt kê danh sách các tế bào

Ưu nhược điểm của Voxel

 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

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,

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 bị ảnh hưởng bởi lực

đặc biệt như trọng lực, lực từ trường, v.v…

KỸ THUẬT DROP (TẠO GI T) Ọ

 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

TÓM LƯỢC

– 2D – 3D

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.