Ćwiczenie nr 3. Tzw prymitywy 3D (3D Primitives) to nazwa stosowana w Microstation dla grupy prostych powierzchni lub brył 3D.

Transkrypt

1 Ćwiczenie nr 3 3. Elementy 3D Podczas pracy w 3D korzystać będziemy z elementów, które co prawda możemy umieszczać w przestrzeni 3D, ale które ze swej natury są elementami dwuwymiarowymi. Możemy wyróżnić w tej grupie różnego rodzaju elementy zamknięte (ograniczające pewien obszar) takie jak shape (kształt zamknięty), circle (okrąg), ellipse (elipsa), ale także elementy otwarte takie jak arc (łuk). Elementy te muszą być w całości położone na 1 płaszczyźnie (muszą być planarne). Elementy 3D nie posiadają takiego ograniczenia. W sześcianie projektowym możemy tworzyć elementy 3D: - otwarte nie zamykające ani obszaru ani objętości, mogą to być elementy typu line string lub krzywe (curves krzywe punktowe i B-spline curves krzywe B-spline) - zamknięte - zamykające powierzchnię w 3D są to elementy typu Surface i Mesh - zamykające objętość (bryły) są to elementy typu Solid Tzw prymitywy 3D (3D Primitives) to nazwa stosowana w Microstation dla grupy prostych powierzchni lub brył 3D. 1. Nowy plik Włączamy nasz projekt i tworzymy nowy plik 3D o nazwie 3_elementy.dgn. Otwieramy go. 2. Krzywe B-spline Krzywa B-spline jest opisana przez ilość i położenie jej biegunów (poles), które połączone tworzą wielobok kontrolny krzywej oraz przez rząd krzywej B-spline (order). Im wyższy rząd krzywej tym bardziej może ona odbiegać od biegunów wieloboku kontrolnego. Rząd nie może być wyższy niż liczba biegunów. Krzywe B-spline mogą być otwarte lub zamknięte, przy czym nie będziemy raczej tworzyć zamkniętych i nieplanarnych krzywych. Są one również podstawowym elementem składowym bardziej skomplikowanych elementów typu Solid i Surface. a. Przez wskazanie punktów W otwartym pliku tworzymy nowy model o nazwie 2a, Type: Design 3D. Z Task List wybierz paletę Solids Modeling (można też potrzebne narzędzia znaleźć na palecie Tools > B-spline Curves). Narzędziem Place SmartLine narysuj schodki 3D jak w poprzedniej części kursu. 1

2 Zmień aktywny kolor na następny w palecie. Otwórz narzędzie Place B-spline Curves. Początkowe ustawienia narzędzia: Tworzymy nową krzywą B-spline wskazując istniejący element Line String. Z elementu tego pobierane są kolejne wierzchołki (vertexy) które teraz staną się biegunami (punktami kontrolnymi) krzywej B-spline. Po zaznaczeniu utworzonej krzywej zobaczymy położenie jej biegunów: Następnie tworzymy krzywe innymi metodami (w następnych kolorach): - metodą Through Points (przez punkty) - metodą Catmull-Rom Obracamy dynamicznie widok i porównujemy przebieg krzywych. Metoda Catmull-Rom często daje dobre efekty, krzywa przechodzi przez punkty zachowując dość dobrą aproksymację i unikając problemów (zapętleń) przy bardziej skomplikowanym przebiegu aproksymowanego kształtu. b. Przez konwersję istniejącego elementu Utwórz nowy model typu Design 3D o nazwie 2b. Narysuj w widoku z góry okrąg o środku w punkcie 2,2,2 o średnicy 4 oraz elipsę o środku w tym samym punkcie i długościach półosi 4 i 2, obrót 0. Przekonwertuj te elementy do B-spline narzędziem Convert Element to B-spline Modify Curves z opcjami jak poniżej: z palety Zaznacz kolejno te elementy i zwróć uwagę na liczbę i położenie punktów kontrolnych. 2

3 Sprawdź rząd krzywej w oknie Element Information : Zwróć również uwagę na to, że jest to element zamknięty i planarny. c. Tworzenie linii śrubowych Utwórz nowy model typu Design 3D o nazwie 2c Umieść na rysunku linię śrubową o osi zgodnej osią Z przestrzeni rysunkowej, skręconą w prawo. Punkt początkowy to 0,0,0. Pozostałe parametry: Zwróć uwagę jak względem punktu wstawienia położony jest element. Zmień aktywny kolor i wstaw w punkcie 0,20,0 linię śrubową o takich samych parametrach ale skręconą w lewo. d. Rozbijanie B-spline Rozbij wybraną linię śrubową narzędziem Drop B-spline Curve do Line String dwiema metodami (zmieniając dla każdej kolor): - Equal Chord Length (Number = 50, Keep original) otrzymamy Line String o 50 jednakowej długości segmentach - Max Chord Height (Height = 4, Keep original) odległość od B-spline do linii nie będzie większa niż 4 Uwaga: Nie wszystkie z metod działają poprawnie z krzywymi nieplanarnymi! 3. 3D Primitives Utwórz nowy model Design 3D o nazwie 3. Z Task List otwórz zestaw Basic 3D. Jego część zajmują polecenia z palety 3D Primitives: Wstaw obok siebie każdą z dostępnych brył w różnych kolorach, jako Type: Solid. Sprawdź działanie narzędzia Edit 3D Primitives (dostępne też na palecie 3D Modify). 3

4 Skopiuj wszystkie wprowadzone bryły w sąsiednie położenie i narzędziem Convert 3D (dostępne też na palecie Modify Surfaces) zamień je na Surface. Zobacz jakie są różnice względem Solid. 4. Solids (bryły) a. Dodawanie, odejmowanie i przecinanie brył Utwórz nowy model Design 3D o nazwie 4a. Z Task List wybierz zestaw Solids Modeling (lub otwieramy paletę Tools > 3D Main). Wstaw sześcian o boku 3 zorientowany zgodnie z sześcianem projektowym (krawędzie wzdłuż osi X, Y, Z rysunku) oraz cylinder o promieniu 1 i wysokości 3, o osi pokrywającej się z jednym z naroży sześcianu: Skopiuj obie bryły dwukrotnie i przetestuj na tych 3 zestawach narzędzia, dodawania, odejmowania i przecinania brył z palety 3D Modify: W narzędziach opcja Keep Original: None b. Przecinanie brył profilem Skopiuj model 4a do nowej nazwy 4b. Pozostaw w nowym modelu tylko sumę brył. W widoku z góry na tle sumarycznej bryły wrysuj na dowolnej wysokości sześciokąt foremny narzędziem Place Regular Polygon zawierać się w obrysie bryły. (metoda dowolna), wielokąt powinien Narzędziem Cut Solid przetnij bryłę narysowanym kształtem. Cut Direction: Both, Cut Mode: Through, Split Solid i Keep Profile - Wyłączone. Wycięty został profil w bryle. Opcje narzędzia pozwalają zachować wyciętą część (Split Solid), a także wycinać tylko w 1 kierunku lub/i na określoną głębokość. c. Zaokrąglanie krawędzi 4

5 W tym samym modelu włącz tryb Smooth w widoku izometrycznym. Wykorzystaj narzędzie Fillet Edges do zaokrąglenia ostrych, pionowych krawędzi zewnętrznych bryły. Promień zaokrąglenia dostosuj do wielkości bryły (zbyt duże wartości nie pozwolą na wykonanie zaokrąglenia). Wybory krawędzi do zaokrąglenia wygodnie będzie dokonać w widoku izometrycznym, wspomagając się dynamicznym obrotem modelu. 5. Surfaces (powierzchnie) a. Na podstawie przekroi Utwórz nowy model Design 3D o nazwie 5a. W Task List wybierz Surface Modeling (lub otwórzmy paletę Tools > Surface Modeling) W widoku z przodu (Front) narysuj górny półokrąg (narzędziem Place Arc punkcie 0,0,0 i promieniu 4: ) o środku w W widoku z góry skopiuj dwukrotnie ten element w sąsiednie, niewspółliniowe położenia, a następnie cały zestaw skopiuj znowu w sąsiednie położenie: Narzędziem Construct Surface By Section z palety Create Surfaces utwórz powierzchnię opartą na przekrojach. Opcje narzędzia domyślne: - na pierwszym zestawie utwórz oddzielne powierzchnie z 1 i 2 i z 2 i 3 przekroju. - na drugim zestawie zaznacz od razu 3 przekroje (przy pomocy Ctrl) Zobacz różnice w trybie Smooth w widoku izometrycznym: b. Na podstawie krawędzi Skopiuj model 5a do nowej nazwy 5b. 5

6 Usuń wszystkie elementy oprócz łuku wrysowanego na początku poprzedniego punktu. Obróć go trzykrotnie (z włączoną opcją kopiowania, metoda: Active Angle) o 90 lub 270 stopni tak aby otrzymać układ jak na rysunku: Utwórz powierzchnię na podstawie krawędzi (narzędzie Construct Surface By Edges ): c. Na podstawie siatki W tym samym modelu skopiuj dwukrotnie łuki (bez powierzchni!) w sąsiednie położenie. Do zaznaczenia samych łuków możesz wykorzystać narzędzie Element Selection bez wskazywania elementów, otwórz tylko rozszerzone ustawienia i wskaż w zakładce Elemet Type element typu Arc. Wszystkie elementy tego typu w rysunku zostaną zaznaczone. Na pierwszym ze skopiowanych zestawów łuków utwórz powierzchnię na podstawie siatki narzędziem Construct Surface By Network. Tym narzędziem najpierw należy wskazać elementy siatki w kierunku U (2 równoległe łuki), zatwierdzić, a następnie elementy siatki w kierunku V (pozostałe 2 równoległe łuki) i ponownie zatwierdzić. Efekt powinien być identyczny jak w przypadku powierzchni na podstawie krawędzi. W drugim z narysowanych zestawów dorysowuj 2 poprzeczne linie łączące środki przeciwległych łuków: I znów utwórz powierzchnię na podstawie siatki, tym razem wskazujemy po 3 elementy w danym kierunku. Sklepienie wygląda teraz inaczej: 6

7 6. Powierzchnie Mesh Mesh to rodzaj powierzchni. Składa się z grupy faset, które są elementami planarnymi reprezentującymi powierzchnię 3D. Najczęściej wykorzystywany jest do Tworzenia cyfrowych modeli terenu (DTM). Microstation posiada narzędzie wygładzania powierzchni Mesh (Facet Smoothing na palecie Rendering). Będziemy z niego korzystać w przyszłości. Główna paleta tworzenia i modyfikacji Mesh znajduje się w Tools>Surface Modeling>Mesh lub pod przyciskiem Task List w grupie Surface Modeling. Elementy Mesh możemy tworzyć na podstawie istniejących elementów, na podstawie konturów i na podstawie punktów. Wypróbujemy 2 pierwsze możliwości. a. Na podstawie elementu Skopiuj model 5b do nowej nazwy 6a. W nowym modelu pozostaw tylko pierwszą powierzchnię (utworzoną z krawędzi). Pozostałe usuń. Obok powierzchni z poprzedniego ćwiczenia narysuj kulę (element typu Solid) o promieniu 4. Włącz narzędzie Construct Mesh. Wybierz metodę Mesh From Element, Output: Mesh Element, pozostałe opcje wyłączone. Zamień oba elementy na Mesh. W widoku izometrycznym włącz tryb Filled Hidden Line. Widać płaskie fasety z których złożony jest Mesh. b. Na podstawie konturów Utwórz nowy model Design 3D o nazwie 6b. W widoku z góry narysuj 3 zamknięte, nieskomplikowane, planarne krzywe B-spline na wysokości AZ=0. Metoda wprowadzania dowolna, rozmiar ok. 30 jednostek. Niech krzywe zawierają się się jedna w drugiej: Przesuń w górę wewnętrzne krzywe o odpowiednio 4 i 6 jednostek, widok z przodu: Tym razem utwórz Mesh korzystając z metody Mesh from Contours z włączoną opcją Expand to Rectangel, kontury zaznaczyć należy z przyciskiem Ctrl. Po utworzeniu Mesh usuń krzywe B-spline. Obejrzyj widok w trybie Smooth i Filled Hidden Line. 7

8 7. Inne sposoby tworzenia brył i powierzchni Poniższe metody tworzenia elementów 3D będziemy wykorzystywać bardzo często podczas pracy z Microstation. a. Przez wytłoczenie Utwórz nowy model Design 3D o nazwie 7a. W widoku z góry narysuj element wg poniższych wymiarów. Jest to figura symetryczna, można narysować ją wg wymiarów do połowy i odbić lustrzanie (z opcją kopiowania). Na końcu należy zamienić figurę na kształt zamknięty (shape albo complex shape) narzędziem Create Complex Shape. Rozciągnij figurę narzędziem Extrude (z palety 3D Construct) na 10 jednostek w górę. Opcje narzędzia: Type: Solid, Orthogonal włączone, Distance=10 (lub wprowadzić przez AccuDraw), pozostałe wyłączone. Zobacz wynik w trybie Smooth: b. Przez obrót Utwórz nowy model Design 3D o nazwie 7b. Narysuj w widoku z góry element liniowy ciągły (Line String, Complex Chain) wg poniższych wymiarów: 8

9 Utwórz element 3D narzędziem Construct Revolution (z palety 3D Construct). Type: Solid, Angle=360, Axis: Points (AccuDraw). Jako oś obrotu wskaż końce elementu. c. Przez rozciągnięcie po ścieżce Utwórz nowy model Design 3D o nazwie 7c. Narysuj w widoku z przodu przedstawiony poniżej, symetryczny profil. Można narysować go do połowy, odbić resztę lustrzanie i połączyć narzędziem Create Complex Chain. W widoku z góry narysuj linię zaczepioną pod kątem prostym do punktu symetrii profilu, składającą się z 2 segmentów o długości 40 z załamaniem między nimi pod kątem 150 stopni. Zaokrąglij załamanie łukiem o promieniu 30 obcinając jednocześnie obie linie do zaokrąglenia i połącz linie z łukiem w 1 Complex Chain: Rozciągnij profil po narysowanej ścieżce narzędziem Extrude Along Path. Type: Surface, Attachment: Path To Profile, pozostałe opcje wyłączone. Wskazać należy najpierw ścieżkę a później profil. Efekt w trybie Smooth: 9

10 Pytania i zadania 1) Wróć do modelu 2a i włącz wyświetlanie poligonu kontrolnego dla każdej krzywej B-spline (w oknie Element Information). Czym wyróżnia się krzywa tworzona metodą Through Points? 2) W narzędzia umieszczania prymitywów 3D jedna z opcji nosi nazwę Axis. Co oznaczają poszczególne pozycje na liście możliwych wartości tej opcji? Co oznacza opcja Orthogonal? 3) Do czego służą narzędzia Shell Solid i Thicken To Solid (z grupy 3D Construct)? Utwórz nowy model i przetestuj je. 4) Na przykładzie profilu z modelu 7c sprawdź jak tworzy się powierzchnie metodą Sweep Along 2 Traces (jako ścieżki wykorzystaj 2 nierównoległe do siebie linie proste). 5) Sprawdź do czego służy opcja Profile is Circular w narzędziu Extrude Along Path. 6) Stwórz powierzchnię przez obrót krzywej Gaussa o 360 wokół osi symetrii. Do wstawienia krzywej Gaussa wykorzystaj narzędzie Curve Calculator (na palecie Create Curves), a w nim: File > Open File > wybierz plik curve.rsc. 10