Conception en Coupe Transversale Original
Plans de Lignes : Conception Tridimensionnelle en Deux Dimensions
Avant la Conception Assistée par Ordinateur, la conception de coque avait longtemps été exécutée sur papier ou sur film à l'aide de courbes de navires, de lattes et de pistolets. Plus tard, au cours de la conception de la production, les lignes seraient disposées à pleine échelle sur le plancher du "loft", ce qui permettrait d'affiner la forme de la coque à un degré plus élevé de raffinement. Dans tous les cas, il appartenait au concepteur ou au "loftsman" de s'assurer que la forme représentait réellement une représentation 3D en vérifiant la correspondance des mesures dans les différentes vues, le profil des lignes, les plans d'eau et les sections du plan de corps. De plus, comme les courbes représentant la forme de la coque sont des tranches uniques ou des coupes transversales à travers la surface, il est toujours nécessaire que le "loftsman" visualise mentalement la forme complète. C'était la compétence et l'art de cette vocation.
L'introduction des ordinateurs et des systèmes à commande électronique a créé la possibilité de représenter des formes à l'aide de nombres et, par conséquent, la possibilité d'utiliser des outils à commande électronique pour couper et fabriquer des pièces avec une plus grande précision et une plus grande répétabilité. Suivez le processus depuis les pièces fabriquées par ordinateur jusqu'à leur définition, il est logique que pour un navire, il est bénéfique si la forme de la coque peut être représentée électroniquement. Au cours des années 1960, la représentation paramétrique de la géométrie à l'aide de techniques telles que B-Splines [] et Patchs de Coons [] ont été appliquées pour capturer électroniquement la forme, puis utilisées pour contrôler des machines pour produire des objets physiques. Pierre Bezier a utilisé les courbes qui portent son nom pour dessiner la forme des voitures Renault []. Les formes de la coque du navire ont également été capturées à l'aide des surfaces de Bézier[fog].
La Montée en Puissance des NURBS
Alors que la capture de la forme de surface a permis de grandes améliorations en termes de précision et de répétabilité, tout le monde n'a pas pu accéder à cette technologie parce que le coût et la taille des systèmes informatiques qui pouvaient supporter cette fonctionnalité ne pouvaient être supportés que par de grandes organisations. Dans les années 1980, la technologie informatique a commencé à se réduire en taille, à augmenter en puissance et à devenir abordable. Cela a permis à un plus grand nombre de personnes d'avoir accès à cette technologie et à la possibilité d'innover. Les outils de développement logiciel se sont améliorés et les expériences logicielles avec la représentation des formes ont mûri pour devenir des applications de conception et de fabrication efficaces, la CAO-FAO. Des techniques telles que B-Splines et NURBS sont devenues des solutions naturelles pour la conception de la forme et la représentation de la forme parce que les valeurs paramétriques utilisées pour générer la forme sont des coordonnées spatiales qui peuvent être dessinées avec la surface. A l'aide d'un pointeur ou d'une souris, les coordonnées peuvent être manipulées et la forme résultante mise à jour interactivement. Le concepteur n'a plus besoin d'assurer la correspondance entre les vues 2D, son objet 3D et la surface étant une représentation géométrique continue, il n'est pas nécessaire de visualiser mentalement la forme. De plus, la possibilité de capturer électroniquement la forme de surface en utilisant une quantité relativement faible d'informations paramétriques fournit une méthode très efficace d'échange de forme entre différents systèmes logiciels.
Cependant, les polygones de contrôle NURBS ne sont pas toujours une interface de conception parfaite. Au fur et à mesure que la forme de la surface devient plus complexe, avec des magnitudes de courbure et des formes de tailles différentes, le nombre de points de contrôle augmente de manière significative. Les petits mouvements de points de contrôle peuvent affecter de manière significative l'équilibre et la gestion de l'ensemble de la définition devient un défi. Les formes de coque de navire contiennent une grande variété de formes. Des régions planes et des extrusions linéaires se trouvent autour du milieu et des éléments courbes aux extrémités. Il est possible d'essayer de représenter cela en utilisant une seule surface rectangulaire NURBS, mais c'est un processus très long pour concevoir et capturer la forme d'un navire avec une seule pièce rapportée. Des gains d'efficacité peuvent être obtenus en utilisant un certain nombre de patchs pour représenter la forme et en ajustant la taille du patch à l'échelle des caractéristiques. Mais il reste un défi de gérer la continuité de surface entre les patchs si les surfaces sont positionnées en utilisant les points de polygone de contrôle. Ils doivent être positionnés avec précision, ce qui est difficile à réaliser avec une souris et le processus devient lent et fastidieux pour l'utilisateur. Il est cependant beaucoup plus facile de concevoir la surface en utilisant des courbes pour représenter les limites de la surface, les caractéristiques et les coupes transversales à travers la forme - le Cross Sectional Design. En effet, la définition produite est similaire à un plan de lignes mais en 3D, le logiciel génère une surface continue basée sur le réseau de courbes défini par le concepteur. La surface elle-même peut encore être représentée à l'aide de NURBS mais le concepteur n'interagit plus directement avec le polygone de contrôle et le logiciel prend soin de positionner précisément les points que ces multiples représentations de surface de patch requiert.
Possibilités des Outils de Conception
L'interaction indirecte avec la représentation de la surface de la coque permet au logiciel d'aider le concepteur à créer des formes. Les courbes de conception peuvent être assemblées dynamiquement pour créer le réseau de courbes. Des attributs peuvent être assignés aux points et aux courbes pour contrôler la forme, en introduisant des caractéristiques telles que les articulations, les tangentes, les jonctions et les segments de courbe droite. Ces caractéristiques capturent l'intention de conception d'une manière qui est une façon beaucoup plus évidente et précise de contrôler la forme que le positionnement des points de contrôle, qui peuvent être accidentellement repositionnés.
Un Design de Surface Puissant mais Non sans Défi
Bien que la conception en coupe transversale offre un moyen puissant de concevoir des formes de surface complexes, l'utilisation de la technique n'est pas sans défi. La représentation de surface est générée en alignant le bord des patchs de surface avec des segments de courbes entre les jonctions ou les sommets du réseau et en contraignant les tangentes au bord de ces patchs de surface pour correspondre à des tangentes en forme de ruban interpolées le long de chaque courbe avec la direction contrôlée par les courbes de croisement à chaque jonction. Cet arrangement crée deux défis dans le logiciel.
- La qualité de la tangente est contrôlée par l'angle entre les courbes aux sommets. La qualité est meilleure lorsque les courbes se croisent perpendiculairement, mais lorsque les croisements à un sommet deviennent parallèles, la tangente devient indéfinie. Dans cette situation, il est nécessaire que le logiciel évite les erreurs mathématiques en estimant une direction tangente appropriée.
- Les surfaces mathématiques utilisées dans les logiciels de CAO sont des plaques rectangulaires à quatre côtés, mais le réseau de courbes comporte souvent un certain nombre de faces qui peuvent ne pas être à quatre côtés. Si une face a moins de quatre côtés, une tache dégénérée peut être utilisée en réduisant un côté à un point. Si une face a plus de quatre côtés, il est nécessaire de décomposer la forme en un certain nombre de faces qui peuvent être représentés à l'aide de plaques à quatre côtés. Encore une fois, il s'agit d'un cas où le logiciel doit estimer la forme lors de la décomposition d'une face multi-facette.
Lors de la conception d'un réseau de courbes, il est bien sûr préférable d'éviter ces cas qui pourraient être problématiques à interpréter mais il est assez impossible de concevoir une surface de coque réaliste sans rencontrer ces situations. Minimiser l'impact vient avec la compétence et l'expérience. La conception en coupe transversale est une approche de conception rapide très efficace, mais si le concepteur n'est pas sûr de la forme correcte ou de la façon dont les caractéristiques se mélangent, il est facile de se coincer. Cela se produit souvent lorsque l'on essaie d'introduire une forme qui n'est pas complètement définie ou incorrecte pour cette partie de la surface, c'est-à-dire une forme impossible. La pire chose à faire est de continuer à ajouter plus de points et plus de définition. Profitez de l'occasion pour prendre un temps d'arrêt et vérifier si la forme définie est perçue correctement.
Le Lofting X-Topologie - Une Autre Voie
L'un des défis liés à l'utilisation de la conception transversale pour générer une surface est qu'il est nécessaire de maintenir des connexions topologiques valides dans le réseau de courbes en plus de la conception de la surface. Parfois, il suffit de jeter quelques courbes dans un dessin pour voir quelle forme apparaît sans se soucier de la topologie. Le Lofting X-Topologiey génère une surface implicite en croisant plusieurs séquences de courbes splines cubiques à travers le réseau de courbes. La forme produite n'est pas affectée par l'angle des courbes aux sommets du réseau ou le nombre de bords d'une face réseau. Il génère également la forme de coque environ 10 fois plus vite que le processus requis pour générer une surface mathématique complète à partir du réseau de courbes. Un autre avantage est que l'intersection des courbes et la technique d'ajustement mettent en évidence les incohérences dans la qualité du réseau de courbes bien mieux que la représentation de la surface parce que le mélange des plaques a tendance à diminuer et à minimiser la mauvaise courbure. Par conséquent, l'approche recommandée est d'utiliser le Lofting X-Topologie pour concevoir la forme de la coque et construire un réseau de courbes en introduisant la surface X-Topologie au fur et à mesure que la conception devient mature. Par la suite, les contours générés par les deux techniques peuvent être comparés directement et les domaines à améliorer identifiés où la forme des deux méthodes divergent.
Résumé
Les outils Surface X-Topologie et le Lofting de PolyCAD, lorsqu'ils sont utilisés en combinaison, fournissent un processus accéléré pour la conception ou la réplication d'une surface de coque et identifient implicitement les zones de mauvaise définition de surface. Il en résulte une expérience de conception de coque productive et enrichissante qui peut être appréciée par l'utilisateur.