El modelado de superficies de forma libre es una técnica para diseñar superficies de forma libre con un sistema CAD o CAID .
La tecnología ha abarcado dos campos principales. O bien creando superficies estéticas (superficies de clase A ) que también cumplen una función; por ejemplo, carrocerías de automóviles y formas exteriores de productos de consumo, o superficies técnicas para componentes tales como álabes de turbinas de gas y otros componentes de ingeniería de dinámica de fluidos.
Los paquetes de software CAD utilizan dos métodos básicos para la creación de superficies . El primero comienza con las curvas de construcción ( splines ) desde las cuales se barre (sección a lo largo del riel guía) o se enmalla (lofted) la superficie 3D.
El segundo método es la creación directa de la superficie con manipulación de los polos / puntos de control de la superficie.
A partir de estas superficies creadas inicialmente, se construyen otras superficies utilizando métodos derivados como el desplazamiento o las extensiones en ángulo de las superficies; o mediante puentes y mezclas entre grupos de superficies.
Superficies
La superficie de forma libre , o superficie de forma libre , se utiliza en CAD y otro software de gráficos por computadora para describir la piel de un elemento geométrico 3D. Las superficies de forma libre no tienen dimensiones radiales rígidas, a diferencia de las superficies regulares como planos , cilindros y superficies cónicas . Se utilizan para describir formas como álabes de turbinas , carrocerías de automóviles y cascos de embarcaciones . Desarrollado inicialmente para las industrias automotriz y aeroespacial , el revestimiento de forma libre ahora se usa ampliamente en todas las disciplinas de diseño de ingeniería , desde productos de consumo hasta barcos. La mayoría de los sistemas actuales utilizan matemáticas B-spline racionales no uniformes (NURBS) [1] para describir las formas superficiales; sin embargo, existen otros métodos como las superficies Gordon o las superficies Coons .
Las formas de las superficies (y curvas) de forma libre no se almacenan ni definen en el software CAD en términos de ecuaciones polinomiales , sino por sus polos, grados y número de parches (segmentos con curvas spline). El grado de una superficie determina sus propiedades matemáticas y puede verse como la representación de la forma mediante un polinomio con variables elevadas a la potencia del valor del grado. Por ejemplo, una superficie con un grado de 1 sería una superficie de sección transversal plana . Una superficie con grado 2 estaría curvada en una dirección, mientras que una superficie de grado 3 podría (pero no necesariamente) cambiar una vez de curvatura cóncava a convexa . Algunos sistemas CAD utilizan el término orden en lugar de grado . El orden de un polinomio es uno mayor que el grado y da el número de coeficientes en lugar del mayor exponente .
Los polos (a veces conocidos como puntos de control ) de una superficie definen su forma. Los bordes de la superficie natural están definidos por las posiciones del primer y último polos. (Tenga en cuenta que una superficie puede tener límites recortados). Los polos intermedios actúan como imanes que atraen la superficie en su dirección. Sin embargo, la superficie no pasa por estos puntos. El segundo y tercer polos, además de definir la forma, determinan respectivamente los ángulos de inicio y tangente y la curvatura . En una sola superficie de parche (superficie Bézier ), hay un polo más que los valores de grado de la superficie. Los parches de superficie se pueden fusionar en una sola superficie NURBS; en estos puntos hay líneas de nudos. El número de nudos determinará la influencia de los polos a cada lado y qué tan suave será la transición. La suavidad entre parches, conocida como continuidad , a menudo se denomina en términos de un valor C :
- C0: solo tocar, podría tener un nick
- C1: tangente, pero podría tener un cambio repentino de curvatura
- C2: los parches tienen una curvatura continua entre sí
Dos aspectos más importantes son los parámetros U y V. Estos son valores en la superficie que van de 0 a 1, utilizados en la definición matemática de la superficie y para definir trayectorias en la superficie: por ejemplo, un borde de límite recortado. Tenga en cuenta que no están espaciados proporcionalmente a lo largo de la superficie. Una curva de constante U o constante V se conoce como curva isoperimétrica o línea U (V). En los sistemas CAD, las superficies a menudo se muestran con sus polos de valores U constante o V constante conectados entre sí por líneas; estos se conocen como polígonos de control .
Modelado
Al definir una forma, un factor importante es la continuidad entre las superficies: la facilidad con la que se conectan entre sí.
Un ejemplo de donde sobresale la superficie son los paneles de carrocería de automóviles. Simplemente mezclar dos áreas curvas del panel con diferentes radios de curvatura juntas, manteniendo la continuidad tangencial (lo que significa que la superficie combinada no cambia de dirección repentinamente, sino suavemente) no será suficiente. Necesitan tener una tasa continua de cambio de curvatura entre las dos secciones, o de lo contrario sus reflejos aparecerán desconectados.
La continuidad se define utilizando los términos
- G0 - posición (tocando)
- G1 - tangente (ángulo)
- G2 - curvatura (radio)
- G3 - aceleración (tasa de cambio de curvatura)
Para lograr una superficie NURBS o Bézier de alta calidad , generalmente se utilizan grados de 5 o más.
Historia de términos
El término lofting proviene originalmente de la industria de la construcción naval, donde los loftsman trabajaban en estructuras tipo "granero loft" para crear las formas de quilla y mamparo de madera. Esto luego pasó a la industria aeronáutica y luego a la automotriz, quienes también requerían formas aerodinámicas.
El término spline también tiene orígenes náuticos provenientes de la palabra del dialecto de East Anglian para una tira larga y delgada de madera (probablemente del inglés antiguo y la palabra férula germánica).
Software de modelado de superficies de forma libre
- Alias (StudioTools)
- Inventor de Autodesk
- Software de modelado 3D gratuito Blender de Blender Foundation
- CATIA (estilo libre)
- Cobalto
- forma • Z
- Fusion 360 (Autodesk)
- ICEMSurf
- Creador de claves
- Onshape
- NX (Unigraphics)
- PowerSHAPE
- PTC Creo Parametric , anteriormente ProEngineer ISDX
- PTC Creo Elements / Pro
- Rinoceronte 3D
- Trabajo solido
- Pensamiento sólido
- Tebis
Ver también
- Superficie Bézier
- Modelado de sólidos
- Representación informática de superficies
- Steven Anson Coons
- NURBS
- Superficie paramétrica
- Mecanizado de superficies de forma libre
Referencias
- ^ Metzger, Michael; Eismann, Sabine. "Modelado de superficies de forma libre" (PDF) . hp.com . Consultado el 15 de abril de 2017 .