3D - geometriai modellezés, alakzatrekonstrukció, nyomtatás 1a. Bevezetés http://cg.iit.bme.hu/portal/node/312 https://www.vik.bme.hu/kepzes/targyak/viiiav54 Dr. Várady Tamás, Dr. Salvi Péter BME, Villamosmérnöki és Informatikai Kar Irányítástechnika és Informatika Tanszék 1
Tartalom Bevezetés Számítógépes tervezés és alakzatrekonstrukció A tárgy oktatása és a követelményrendszer 3D - geometriai modellezés, alakzatrekonstrukció, nyomtatás 2
Bevezetés Két tudományág: (i) Computer Aided Geometric Design (CAGD) Számítógéppel segített geometriai tervezés (ii) Digital Shape Reconstruction (DSR) Számítógépes alak(zat)-rekonstrukció (Reverse Engineering Mérnöki visszafejtés) 3D-s geometria - digitális reprezentáció - számítógépes algoritmusok - alkalmazások Bevezetés 3
Számítógéppel segített geometriai tervezés koncepció, mérnöki dokumentáció műszaki rajz, formatervezői vázlat tervezés absztrakt, pontos geometriai elemek számítógépes modell alkalmazások: megjelenítés, virtuális valóság paraméterek számítása újratervezés, módosítás, variánsok végeselem-analízis (FEA) - szilárdságtan, termodinamika, áramlástan numerikusan vezérelt (NC) megmunkálás fizikai objektum Bevezetés 4
Számítógépes tervezés: input-output formatervezői vázlatok műszaki rajz paraméterek módosítása, alkatrész családok végeselemes analízis automatikus megmunkálás Bevezetés 5
Digitális alakzat rekonstrukció létező fizikai objektum 3D mérés, szkennelés mért, zajos, strukturálatlan elemek nagyméretű ponthalmazok alakzat rekonstrukció számítógépes modell alkalmazások Bevezetés 6
Digitális informatika Digital Signal Processing 1970 Fő technológiai komponensek: Digital Image Processing 1980-90 Digital Shape Processing 2000 érintésmentes 3D-s szkennerek nagyteljesítményű grafikus számítógépek digitális alakrekonstrukciós szoftver rendszerek 3D nyomtatás Bevezetés 7
Rekonstrukció - alkalmazások - nem létezik digitális modell - nem CAD technológiával készült, nincs gyártási dokumentáció - egyéni organikus felületek, testre kell szabni ; illeszkedő felületek használata: térdprotézis, fogsor, hallókészülék, bukósisak stb. - egyedi művészeti alkotások; a kulturális örökség megőrzése - van digitális referencia modell, de ellenőrizni kell a minőségét Bevezetés 8
A New York-i Szabadságszobor Geomagic, Inc. : 16 millió adatpont digitális modell a szobor rekonstruálása lehetővé vált 9
Az űrsikló biztonságos visszatérése Geomagic, Inc. : minőségellenőrzés a hőálló csempék esetleges károsodásának felismerése Bevezetés 10
3D nyomtatás Bevezetés 11
Tervezés és alakzat rekonstrukció KONCEPCIÓ TERVEZÉS SZÁMÍTÓGÉPES MODELL ALKALMAZÁSOK DIGITÁLIS ALAKZAT REKONSTRUKCIÓ GYÁRTÁS 3D-s MÉRÉS FIZIKAI OBJEKTUM Bevezetés 12
Digitális reprezentációk pontok, pontfelhők háromszögek, háromszöghálók görbék, görbehálózatok, drótvázak felületek, felület-csoportok tömör (merev) testek Reprezentációk 13
Digitális reprezentációk 1 1 Pontok, pontfelhők 2 5 Háromszöghálók, (poligonok) 3 Görbék, görbehálózatok 4 Tömör testek Felületek 1. pontfelhők egyesítése, szűrése, egyszerűsítése... 2. háromszögelés (háló generálás) 3. görbe interpoláció és approximáció 4. felület interpoláció és approximáció 5. celluláris (voxel) reprezentáció Reprezentációk 14
Digitális reprezentációk 2 Pontok, pontfelhők 1 5 Háromszöghálók, (poligonok) Görbék, görbehálózatok 4 2 3 Tömör testek Felületek 1. decimálás, simítás, újraháromszögelés, deformálás 2. szegmentálás, jellegzetes görbék kiemelése 3. felület approximáció, rekurzív felosztásos felületek 4. digitális alakzat rekonstrukció 5. mintavételezés Reprezentációk 15
Digitális reprezentációk 3 Pontok, pontfelhők 4 Háromszöghálók, (poligonok) 5 1 Görbék, 2 görbehálózatok 3 Tömör testek Felületek 1. görbehálózat építés, speciális műveletek, simítás... 2. felületek létrehozása profilgörbékből (eltolás, forgatás), görbeháló interpoláció,... 3. testek él struktúrája 4. mintavételezés 5. törött vonalak, poligonok Reprezentációk 16
Digitális reprezentációk 4 Pontok, pontfelhők Háromszöghálók, (poligonok) Görbék, görbehálózatok 4 5 3 Tömör testek 2 Felületek 1 1. speciális műveletek offszet, lekerekítő felületek, simítás,... 2. metszések, trimmelt lapok (felületdarabok), primitív testek... 3. mintavételezés 4. tesszelláció (poligonközelítés) 5. felület-felület metszés, felületen futó görbék,... Reprezentációk 17
Digitális reprezentációk 5 Pontok, pontfelhők Háromszöghálók, (poligonok) 3 2 Tömör testek 1 Görbék, görbehálózatok 4 5 Felületek 1. Bool műveletek, primitív testek... 2. mintavételezés 3. tesszelláció (poligon közelítés) 4.-5. határolóelem-reprezentáció előállítása, élek, hurkok, trimmelt lapok Reprezentációk 18
A tárgy felépítése Tematika: Oktatás: Elméleti órák: http://cg.iit.bme.hu/portal/node/312 https://www.vik.bme.hu/kepzes/targyak/viiiav54 - slide-ok, ujjgyakorlatok, - applet-ek, demó videók Két gyakorlati blokk (3.- 4. hét, ~10.-11. hét): - 3D modellezés (public domain rendszerek) - grafikus keretrendszer ismertetése - algoritmusok fejlesztése (háromszöghálók, görbék és felületek) - demók (ipari és prototípus rendszerek) A tárgy felépítése 19
Követelményrendszer 2 kis házi feladat (kötelező, kb. 6-6 óra) C++ tesztkörnyezet, egyszerű számítási feladatok a) háromszöghálók, b) görbék-felületek vizsga - szóbeli: 2 tétel önálló projektek megajánlott jegy: szakirodalom feldolgozása programfejlesztés - demó rövid szeminárium (10-15 perc) utolsó vállalási lehetőség: 10. hét Követelmények 20