Search

Пять стадий сглаживания криволинейного участка поверхности носовой оконечности судна.

Updated: 7 days ago


Well smhotted surface alwayse looks good.
Хорошо сглаженная поверхность всегда хорошо выглядит.

Как я уже много раз говорил, ShapeMaker, также как и многие другие программы, позволяет моделировать поверхность корпуса различными способами. Если поверхность довольно сложная, например носовая оконечность с бульбом носом, обычно практикуют такое решение - криволинейный участок поверхности разбивается на три части:

- основная поверхность формируется от мидель-шпангоута и до начала бульба и отделяется от носовых участков поверхности линией шпангоута,

- участок поверхности бульба,

- участок поверхности выше бульба.


Example of splitting surface for patches.
Пример разбиения поверхности на участки.

Основной участок можно построить по набору поперечных сечений, носовые участки поверхностей - по набору ватерлиний. Если вам надо быстро построить поверхность корпуса для расчетов на начальной стадии, это решение может быть оптимальным. Если речь идет о более точном моделировании поверхности, этот метод обречен на неудачу. Как бы не старался конструктор, в районе стыковки участков поверхностей будут визуально заметны дефекты кривизны линий и поверхностей. В любом случае стыковка участков поверхности дает только гладкость по первой производной - по касательной. Кривизна поверхностей в месте стыковки имеет разрыв.

Lines of equial angle. Easy to see gap in curfvature.
Лини равного угла. Видны проблемы в местах стыковки участков поверхности.

Поэтому я предпочитаю использовать для моделирования поверхности носовой оконечности единый участок поверхности. Этот способ проверен многолетней практикой моделирования и отлично подходит как на начальной стадии, так и для окончательного сглаживания корпуса.


Суть этого метода в последовательном увеличении количества контрольных точек поверхности при приближении к прототипу. На начальной стадии моделирования используется минимальное количество контрольных точек. При этом очень важно не только постараться приблизиться к требуемой форме, но и правильно расположить контрольные точки поверхности.


Fore ship made by one surface patch.
Носовая оконечность из единого криволинейного участка поверхности.

Так как все контрольные точки поверхности имеют одинаковый вес, очень важно располагать их равномерно по всей поверхности. Когда я работаю с поверхностью, я стараюсь располагать ряды контрольных точек плавно, как воображаемые линии тока вокруг моделируемой поверхности. Сетка контрольных точек поверхности должна выглядеть плавной и равномерной, тогда и сама поверхность будет более гладкой. Поскольку участок поверхности опирается на граничной кривые, очень важно на начальной стадии правильно расположить контрольный многоугольник граничной кривой. Неравномерно расположенные контрольные точки граничной кривой в конечном итоге дадут неравномерное распределение контрольных точек поверхности, которая опирается на эту кривую. В программе Shape Maker увеличение числа контрольных точек поверхности достигается путем увеличения точек на граничных кривых. При этом форма поверхности не меняется. Таким образом форма, которой удалось добиться с меньшим набором контрольных точек не изменится. Остается только изменить те районы поверхности, которые невозможно моделировать меньшим количеством контрольных точек. Это упрощает и ускоряет процесс моделирования.


Моделирование поверхности с большим набором контрольных точек с одинаковыми весами имеет много преимуществ:

- Благодаря свойству локальности изменения формы участка поверхности, большая его часть остается неизменной при изменении положения одной контрольной точки. Это позволяет лучше контролировать форму всей поверхности при локальных изменениях. Дизайнер может быть уверен, что изменяется только та часть, которую необходимо изменить.

- Моделирование поверхности с большим количеством контрольных точек делает поверхность более плавной и предсказуемой.

- Возможность локально управлять формой поверхности позволяет лучше контролировать кривизну поверхности. При этом достаточно лишь изменить положение контрольной точки на 1мм или даже на 0.1мм в масштабе корпуса судна. Конечно такое изменение положения контрольной точки невозможно на экране монитора, но для этого Shape Maker имеет уникальную опцию масштабированного перемещения курсора.

- Равномерное и плавное расположение сети контрольных точек поверхности делает саму поверхность более гладкой и легко контролируемой.


Fore ship surface patch with 35x35 control points.
Носовая оконечность с участком 35х35 контрольных точек.

Некоторые из начинающих пользователей Shape Maker, глядя на сетку контрольных точек 35x35 удивляются как это возможно построить правильную сеть из 1225 точек за обозримое время. Последовательное увеличение контрольных точек поверхности дает существенную экономию времени при моделировании. В дополнение к этому Shape Maker имеет большой набор функций, позволяющих изменять положение области контрольных точек поверхности, спрямление и сглаживания области поверхности и рядов контрольных точек. Также возможно изменение формы поверхности при перемещении точки на поверхности. Комбинация всех этих методов в сочетании с масштабированным перемещением курсора дает возможность изменять форму поверхности последовательно, локально и предсказуемо.


Рассмотрим последовательность стадий формирования поверхности.

1.Подготовка исходных данных.

В качестве исходных данных могут быть использованы двумерные и трехмерные линии сечений. Линии загружаются из DXF файлов. Также могут быть использованы поверхности прототипа, импортируемые из IGES файлов. Очень важно, чтобы линии и поверхности имели систему координат, совпадающую с системой координат судна. Я не буду подробно останавливаться на этом, так как этот процесс был уже ранее описан здесь. Отмечу лишь то, что в большинстве случаев приближение к исходным данным контролируется по совпадению сечений прототипа с проектируемой поверхностью. Поэтому сетку чертежа проекта необходимо задавать в соответствии с сеткой прототипа.


Imported 3D DXF file with section and boundary lines.
3D DXF файл с сечениями и граничными линиями, загруженный в Shape Maker.

2. Начальное задание граничных линий и участка поверхности.

Классическая форма криволинейного участка поверхности носовой оконечности состоит из четырех граничных линий:

- линия радиуса скулы,

- линия плоского днища,

- линия форштевня,

- линия плоского борта, переходящая в линию палубы.

Эти четыре линии образуют участок поверхности носовой оконечности и позволяют задать поверхность с наиболее оптимальным распределением сетки контрольного многоугольника. Первоначально граничные линии представлены прямыми. При редактировании такой прямой появляется контрольный многоугольник из двух промежуточных точек, управляя которыми можно изменять форму кривой. Также как и в случае с поверхностью, добавление контрольных точек на граничной кривой не меняет ее форму. Увеличение контрольных точек дает больше возможностей для точного описания кривой. При этом надо помнить, что увеличение контрольных точек граничной кривой приводит к увеличению контрольных точек поверхности. При изменении формы граничной кривой участок поверхности закономерно изменится. Можно выбрать режим изменения как всего участка поверхности, так и выбранной области поверхности.


Initial boundary lines. All lines has 5 control points only.
Начальное положение граничных линий поверхности. Все линии имеют по 5 контрольных точек.

Созданный участок поверхности имеет минимальный набор контрольных точек. На этом этапе важно определить правильное расположение рядов контрольных точек нашей поверхности. Вертикальные ряды ближе к линии скулы должны располагаться в плоскостях шпангоутов. Это позволит легче контролировать форму поверхности в этом районе. Ряды точек ближайших к форштевню должны повторять его форму. В продольном направлении ряды контрольных точек должны располагаться как воображаемые линии тока вокруг нашей поверхности. В дальнейшем контрольные точки будут добавляться между уже имеющимися рядами. Структура распределения контрольных точек поверхности в целом останется неизменной.


Initilal position of surface control points.
Начальное расположение контрольных точек поверхности.

На этой стадии, важно выставить правильно контрольные точки, ближайшие к граничным линиям и отвечающие за касательные к поверхности на границах. Так, если мы хотим иметь плавное сопряжение поверхности с мидель-шпангоутом, нужно выставить точки, ближайшие к линии радиуса скулы, горизонтально. Аналогично поступим с линией плоского борта и плоского днища. Для этого Shape Maker имеет горячие клавиши. Так, если кликнуть мышкой на линию между граничной точкой и ближайшей контрольной точкой поверхности, эта линия станет вертикальной или горизонтальной на текущей проекции.


3. Приближение к линиям прототипа.

Спешу разочаровать тех, кто смотрит на мир сквозь розовые очки. Надо наконец признать, что мир, увы, несовершенен. Несовершенен и прототип, который используется для построения нашей поверхности. Поэтому только дизайнер может решить, насколько точно нужно приблизится к прототипу. Процесс приближения к прототипу заключается в перемещении контрольных точек нашей поверхности. Как вы уже заметили, если включена визуализация сечений поверхности, сечения изменяют свою форму одновременно с изменением положения точек контрольного многоугольника. Процесс подгонки сводится к приближению формы сечений нашей поверхности к сечениям прототипа. Для удобства визуального сравнения сечений рекомендуется использовать разный цвет для сечений поверхности прототипа и проектируемой поверхности. Одновременно с приближением к сечениям прототипа, следует помнить о равномерном распределении контрольных точек поверхности.


Frames sections from prototype lines a nd from surface.
Шпангоутные сечения прототипа и моделируемой поверхности.

Control points distribution 7x7.
Поверхность с числом контрольных точек 7x7.

With 7x7 control points surface can be addjusted to prototype more precisly.
При числе контрольных точек 7x7 можно приблизится к прототипу более точно.

Control points distribution 11x11
Поверхность с числом контрольных точек 11x11

With 11x11 control points more freedom and more close approximation.
Участок поверхности 11x11 контрольных точек. Поверхность еще ближе к прототипу.

Существует несколько простых правил используемых при подгонке поверхностей:

- Не старайтесь добиться окончательного результата при изменении положения всего лишь одной точки поверхности. Как правило, необходимо изменять положение нескольких соседних точек.

- Если не удается добиться требуемого результата при существующем наборе контрольных точек, не спешите увеличивать их количество. Проверьте остальные районы поверхности. Возможно, вы ещё можете улучшить форму поверхности этих районов. Быстрое увеличение набора контрольных точек увеличивает трудоемкость подгонки.

- Для более точной подгонки используйте масштабированное перемещение курсора.

- После увеличения контрольных точек сначала уточните форму граничных линий поверхности.

- При значительном количестве контрольных точек воспользуйтесь перемещением группы точек. Это существенно облегчит процесс подгонки.


4. Определение формы поверхности.

После того, как проектируемая поверхность приближена к прототипу, наступает момент истины. Теперь мы должны более точно определить как на самом деле будет выглядеть наша поверхность. На этой стадии дизайнер должен решить где будут располагаться области перегибов сечений поверхности. Для этого Shape Maker имеет возможность визуализации линий перегиба. Вкратце, это линии на поверхности, которые показывают нам области изменения направления кривизны сечений.


Inflection lined. Red for buttocks, cyan for frames, magenta for waterlnes.
Линии перегибов. Красная - по батоксам, голубая - по шпангоутам, розовая - по ватерлиниям.

При использовании для моделирования поверхностей третьей степени, линии перегибов не могут быть абсолютно гладкими. Это нормально. Для получения более гладкой поверхности нужно старемится сделать линии перегиба гладкими насколько это возможно. Такая визуализация линий перегиба позволяет также обнаружить вмятины на поверхности, которые часто незаметны на глаз. Одним словом, правильное расположение линий перегибов поверхности дает нам гарантию отсутствия нежелательных перегибов и бухтин на поверхности. Также как и сечения поверхности, линии перегиба изменяют свою форму при изменении положения контрольных точек. На этой стадии лучше пользоваться масштабированным перемещением курсора с ценой деления 1мм. Это позволяет изменять положение линий перегиба, не отклоняясь далеко от начальной поверхности, которую мы приближали к прототипу. Визуализация линий перегибов - это очень точный и удобный инструмент, который позволяет быстро выявлять все дефекты поверхности. На этой стадии очень удобно пользоваться функцией автоматического сглаживания районов контрольных точек.


5.Сглаживание поверхности корпуса.

К стадии окончательного сглаживания поверхности мы подошли со следующими результатами:

- Форма граничных линий окончательно определена,

- Число точек контрольного многоугольника поверхности 35х35,

- Поверхность приближена к прототипу,

- Линии перегибов имеют корректное расположение на поверхности.

Curvature of surface.
Кривизна сечений поверхности.

Даже при выполнении всех этих условий сечения нашей поверхности могут иметь локальные уплощения. Для визуализации качества формы сечений используются графики радиусов кривизны. Чем больше радиус кривизны, тем длиннее линия, которая ему соответствует. В идеале, график радиусов кривизны должен представлять собой плавную линию, которая не содержит пиков. Графики радиусов кривизны отображаются вместе с сечениями поверхности и автоматически обновляются при изменении положения контрольных точек. На этой стадии используется только масштабированное перемещение курсора с ценой деления 1мм или меньше. Сглаживание представляет собой изменение положения ближайшей контрольной точки или непосредственно точки на поверхности. Графики кривизны сечений дают полное представление о форме поверхности. В процессе сглаживания можно использовать и автоматические методы сглаживания области контрольных точек. При этом следует помнить о правильном расположении линий перегиба поверхности.


Для истинных перфекционистов есть еще один способ контролировать форму поверхности. Это визуализация линий равных углов наклона поверхности. Фактически, это аналог зебры. Часто даже хорошо выглаженная поверхность в этом режиме выглядит не очень хорошо. Для сглаживания в этом режиме я рекомендую установить значение деления при перемещении курсора с масштабом до 0,1 мм, отключить визуализацию линий между контрольными точками и включить опцию перемещения курсора перпендикулярно рабочей плоскости. Я считаю этот метод даже более удобным, чем сглаживание кривизны. Особенно, если вы используете метод автоматического сглаживания, основанный на минимизации площади поверхности. В результате можно получить гладкость поверхности, близкую к качеству автомобильных поверхностей. О необходимости такой точности поверхности идет много споров. Я думаю, что для сглаживания суперяхт и больших круизных лайнеров такое качество бы хорошо.


Results of auto fairing for equial angle lines. Yellow lines before fairing, Cyan lines after fairing.
Результат автоматического сглаживания. Желтый - до сглаживания, голубой - после сглаживания.

Форма корпуса - это своего рода арт-объект. Хорошо, если вы имеете возможность сделать его таким, каким хотите видеть его вы, а не таким, каким его может сделать ваше программное обеспечение.


58 views0 comments

Recent Posts

See All