Overflateapproksimasjon for forskip.

Utjevning (smoothing) av overflater er den vanskeligste oppgaven ved modellering av skipsskrogets overflate. Selve navnet «skulpturoverflate» antyder at modellering av slike overflater krever mye tid og innsats. Det er hovedsakelig manuelt arbeid med å endre posisjonen til kontrollpunkter og grenselinjer for å oppnå ønsket resultat.

Før vi går direkte til utjevning, la oss se på egenskapene til overflateformen avhengig av formen på kontrollpolyederet:

Tangentene til grensekurvene avhenger av posisjonen til kontrollpunktene som grenser til kanten.

Plasseringen av et punktområde på planet definerer et flatt område av overflaten.

Et konvekst polyeder garanterer en konveks overflate uten fordypninger.

Sammenfall av tre kontrollpunkter på rad gir en knekklinje (knuckle line) på overflaten.

Formen på overflaten ved hjørnene avhenger sterkt av tangentgrensekurvene i dette området. Dette vil være gjenstand for separat vurdering i fremtiden.

Den mest komplekse overflaten på skroget er forskipet. Det anbefales å starte utjevningen med denne overflaten. La oss se på dette ved hjelp av eksempelet med forskipet til et fiskefartøy med baugbulb.

Som prototype velger vi en foreløpig overflate definert av et sett med spantlinjer og et stort antall flekker av Bezier-overflaten.

La oss velge følgende linjer som grenser for forskipsoverflaten: slingringssirkelens linje (bilge radius line), flatbunnlinjen, stevnlinjen, øvre dekklinje som går over i flatesidelinjen. Den siste linjen er satt slik på grunn av begrensningen på antall grensekurver for overflaten.

Innledende sett med grenselinjer – rød farge. Prototypeoverflater vist i grå farge.

Det anbefales å bruke et minimumssett med kontrollpunkter i den innledende fasen av overflatedefinisjonen. Siden antall punkter på overflaten avhenger av antall punkter på grensekurvene, er det ikke nødvendig å legge til mange punkter på kurvene og nærme seg ønsket resultat før overflaten er definert. Et stort antall punkter på overflaten vil gjøre arbeidet med innledende utjevning svært tidkrevende.

Den aller første tilnærmingen er 4 kontrollpunkter på hver kurve.

Vi former en slingringssirkelkurve (bilge radius curve) mer eller mindre presist fordi formen er veldig enkel. Flatbunnlinjen har også vanligvis en enkel form for definisjon med fire kontrollpunkter. Stevnlinjen kan defineres svært tilnærmet i den innledende fasen. Ikke legg for mye vekt på dette ennå. Det gir bare mening å sette stevnens tangent til bunnen. Det samme gjelder for flatesidelinjen. Det er nødvendig å sette tangenten til midtskipsspantet.

Innledende tilnærming av grenselinjer (fire kontrollpunkter).

Etter at linjene er laget, defineres overflaten ved å angi grenselinjene langs konturen. Kontrollpolyederet til overflaten har bare fire kontrollpunkter.

Innledende iterasjonsoverflate basert på grenselinjer.

Vær oppmerksom på antall punkter i polyederet nærmest slingringssirkelens linje (bilge radius line). Det er nødvendig å plassere en rekke kontrollpunkter strengt vertikalt. Den neste raden med punkter bør se ut som noe mellom forrige rad og stevnen. Dette oppnås ved å endre posisjonen til de tilsvarende kontrollpunktene på flatesidelinjen og flatbunnlinjen. Deretter kan en rekke kontrollpunkter på overflaten rett og slett rettes ut, samtidig som formen på «Front»-projeksjonen bevares.

Riktig plassering av kontrollpunkter er svært viktig i den innledende fasen av arbeidet. Senere, når nye kontrollrader med kontrollpunkter legges til, vil systemet ta hensyn til den forrige plasseringen av kontrollpunktene. Dette vil betydelig fremskynde utjevningsprosessen i påfølgende stadier.

Innledende fordeling av overflatens kontrollpunkter.

Korrigert posisjon av kontrollpunktene.

Etter det kan du øke antallet kontrollpunkter på stevnkurven til 5. Dette vil gi flere frihetsgrader for å nærme seg ønsket form på kurven og følgelig øke antallet punkter på overflaten. En viktig egenskap ved overflaten bør bemerkes – når du legger til et kontrollpunkt på grenselinjen, forblir formen på linjen og formen på overflaten uendret. Når du modifiserer formen på kurven, er det bedre å bruke modus uten overflatemodifikasjon. I dette tilfellet forblir punktene i kontrollpolyederet uendret.

Øk antall punkter på stevnlinjen.

Som vist ovenfor, selv med bruk av fem kontrollpunkter på kurven, er det mulig å beskrive formen på stevnkonturen ganske nøyaktig. Det anbefales å bruke «magiske» tall når du legger til kontrollpunkter, som beskrevet i avsnittet «Nyttige tips om overflatemodellering». Dette vil redusere kompleksiteten i utjevningsprosessen betydelig.

Fordeling av overflatens kontrollpunkter etter å ha lagt til fem punkter på stevnlinjen.

Når du redigerer posisjonen til overflatens kontrollpunkter, prøv å plassere dem jevnt i forhold til nabopunkter. En pen og jevn fordeling av kontrollpunkter vil også bidra til raskt å oppnå ønsket resultat. Øk aldri antallet kontrollpunkter på en overflate før alle muligheter er utnyttet for å oppnå ønsket resultat med det eksisterende settet av kontrollpunkter.

Neste trinn er å øke antallet kontrollpunkter til 5 på flatesidelinjen og, så langt det er mulig, bringe formen på grensekurven nærmere prototypen. Ekstra kontrollpunkter på overflaten kan brukes til å tilnærme prototypen mer nøyaktig.

Fordeling av overflatens kontrollpunkter etter å ha lagt til fem punkter på flatesidelinjen.

Bilde av 7x7-punktsfordeling.

Bilde av 11x11-punktsfordeling.

Eksempel på 11x11 kontrollpunkter sett forfra.

Denne prosessen gjentas flere ganger med en suksessiv økning av antall punkter og forfining av formen på grensekurvene og overflaten.

Hele prosessen med utjevning av overflaten kan deles inn i tre deler:

- Tilnærming til ønsket skrogform. Dette kan være en tilnærming til prototypen eller til andre kildedata. På dette stadiet er det nødvendig å kontrollere ikke bare avvikene fra prototypen og overflateformen, men også plasseringen av punktene i kontrollpolygonet. En jevn og naturlig fordeling av kontrollpunkter vil gi fordeler ved utjevning i senere stadier. Det anbefales å bruke en jevn fordeling av kontrollpunktlinjer langs skroget som omtrent følger konvensjonelle strømlinjer rundt skroget. På tvers av seksjonene er det bedre å prøve å plassere kontrollpunktrekkene i spantplanene. Samtidig bør du prøve å unngå diamantformede celler i kontrollpolygonnettverket. Som regel er en slik nettverkskonfigurasjon svært vanskelig å jevne ut. Økning av kontrollpunkter i senere stadier vil øke kompleksiteten ved utjevning hvis kontrollpolygonet i utgangspunktet er feilinnstilt.

- Riktig fordeling av infleksjonslinjer på overflaten. Selv om overflaterepresentasjonen av skipsskroget lenge har vært en standard, kontrolleres skrogformen tradisjonelt basert på formen til ortogonale snitt – spant, vannlinjer og buttocks (langsgående snitt). Systemet gir mulighet til å visualisere infleksjon i planet for ortogonale snitt. Langs infleksjonslinjene kan man se om for eksempel vannlinjen skjærer infleksjonslinjen langs vannlinjene flere ganger – dette betyr at det er bølger på vannlinjene i dette området. Det samme gjelder andre linjer på skroget. Infleksjonslinjene viser tydelig uregelmessighetene på skipsoverflaten. I motsetning til Gaussisk krumning og andre metoder for å studere overflateformen, er infleksjonslinjene mest informative i vårt tilfelle, siden nesten alle skrogkonstruksjoner ligger i plan for ortogonale snitt.

Infleksjonslinjer for spant, vannlinjer og buttocks (langsgående snitt).

- utjevning av overflateseksjonene langs krumningen. Jevn fordeling av overflatens krumningsgrafer gir en jevnere overflate. Ofte avhenger en betydelig endring i overflatens krumning av en svært liten endring i posisjonen til det tilsvarende kontrollpunktet i polygonet. Det anbefales å bruke skalerbar bevegelse av kontrollpunkter. Merk også at dette bidrar til å opprettholde minimale endringer i overflateformen og avvik fra prototypen.

Visualisering av spantkrumning.

Hvert av de ovennevnte trinnene kan gjentas med en økning av antall kontrollpunkter på overflaten.

Som du ser, er definisjonen av overflateformen en sekvensiell, iterativ og ganske tidkrevende prosess. I systemet finnes det flere metoder for å automatisere denne prosessen:

-redigering av en gruppe kontrollpunkter,

-interpolering av et område med kontrollpunkter,

-utjevning av overflateområdet,

-tilnærming av overflaten til prototypen,

-utretting av en rekke kontrollpunkter.

Til tross for de ulike metodene, forblir prosessen med å forme overflaten fortsatt i stor grad arbeidskrevende og manuell. Systemet forenkler bare dette arbeidet, og den endelige beslutningen overlates til ingeniøren.

Metoden beskrevet ovenfor er den vanligste ved design av skulpturoverflater. For enklere overflater, som ekstruderings- eller rotasjonsflater, kan du bruke drivere. Hvis du eksploderer driveren, blir det mulig å redigere driverens overflate som enhver annen overflate. Som et eksempel kan du bruke en ekstruderingsdriver for å bygge slingringsoverflaten (bilge surface) på akterskipet. Slingringslinjen trekkes ut langs flatesidelinjen. Når driveren er demontert (umountet), kan du endre formen på akterspeil-linjen (transom line). Formen på overflaten vil endres i henhold til den angitte modusen for transformasjon av linjer og overflater. Vi vil fokusere på måter å transformere overflaten senere.