Сглаживание поверхностей - самая сложная задача при моделировании поверхности корпуса судна. Само название скульптурной поверхности говорит о том, что моделирование таких поверхностей требует много времени и сил. В основном это ручная работа по изменению положения контрольных точек и граничных линий для получения желаемого результата.
Прежде чем перейти непосредственно к сглаживанию, остановимся на свойствах формы поверхности в зависимости от формы контрольного многогранника:
- касательные к граничным кривым зависят от положения контрольных точек, примыкающих к границе.
- расположение области точек на плоскости определяет плоский участок поверхности.
- выпуклый многогранник гарантирует выпуклую поверхность без вмятин.
- совпадение ряда из трех контрольных точек дает линию сустава на поверхности.
- форма поверхности в углах сильно зависит от касательных граничных кривых в этой области.В будущем это будет предметом отдельного рассмотрения.
Самая сложная поверхность корпуса это носовая часть коруса судна. С этой поверхности рекомендуется начинать сглаживание. Рассмотрим это на примере носовой части рыболовного судна с бульбовым носом.
В качестве прототипа мы выбираем предварительную поверхность, определяемую набором линий шпангоутных сечений и большим количеством участков поверхности Безье.
В качестве границ носовой поверхности корабля выберем следующие линии: линия радиуса скуловой части, линия плоского днища, линия форштевня, линия верхней палубы, переходящая в плоскую боковую линию. Последняя линия выбрана таким образом из-за ограничения на количество граничных кривых поверхности.
На начальном этапе задания поверхности рекомендуется использовать минимальный набор контрольных точекна линиях и поверхностеях. Поскольку количество точек на поверхности зависит от количества точек на граничных кривых, нет необходимости добавлять много точек на граничные кривые и приближаться к желаемому результату до того, как поверхность будет задана. Большое количество точек на поверхности сделает работу по первоначальному сглаживанию более трудоемкой.
Первое приближение для граничных кривых - четыре контроьных точки на одну кривую.
Мы формируем кривую радиуса скулы более или менее точно, так как её форма очень просто описывается даже минимальным количеством контрольных точек. Линия плоского днища также обычно имеет простую форму для определения по четырем контрольным точкам. Линию форштевня можно очень приблизительно определить на начальном этапе. Пока не обращайте на это особого внимания. Имеет смысл выставить только касательную штевня к основной плоскости. То же самое и с линией плоского борта. Необходимо лишь выставить касательную к миделю шпангоуту.
После ввода граничных линий поверхность задается путем указания граничных линий по контуру. У контрольного многогранника поверхности всего четыре контрольных точки для редактирования формы.
Обратите внимание на ряд точек многогранника, ближайших к линии радиуса скулы. Необходимо установить ряд контрольных точек строго вертикально. Следующий ряд точек должен выглядеть как нечто среднее между предыдущим рядом и штевнем. Это достигается изменением положения соответствующих контрольных точек линии плоского борта и линии плоского днища.
Затем ряд контрольных точек поверхности можно просто спрямить, сохранив форму ряда точек на проекции корпус. Правильное расположение контрольных точек очень важно на начальном этапе работы. Впоследствии при добавлении новых рядов контрольных точек, система будет учитывать предыдущее расположение контрольных точек. Это значительно ускорит процесс сглаживания на последующих этапах.
После этого вы можете увеличить количество контрольных точек на кривой форштевня до 5. Это даст больше степеней свободы для достижения желаемой формы кривой и, соответственно, увеличит количество точек на поверхности. Следует отметить важное свойство поверхности - при добавлении контрольной точки на граничной линии форма линии и форма поверхности остаются неизменными. При изменении формы кривой лучше использовать режим без модификации поверхности.В этом случае положение контрольных точек многогранника останется неизменными.
Как показано выше, даже с использованием пяти контрольных точек на кривой можно достаточно точно описать форму контура форштевня. При добавлении контрольных точек рекомендуется использовать «магические» числа, как описано в разделе «Полезные советы по моделированию поверхностей». Это значительно упростит процесс выглаживания поверхности.
При редактировании положения контрольных точек поверхности старайтесь располагать их равномерно относительно соседних точек. Красивое и равномерное распределение контрольных точек также поможет быстро добиться желаемого результата. Никогда не увеличивайте количество контрольных точек на поверхности, пока не будут использованы все возможности для достижения желаемого результата с существующим набором контрольных точек. Следующим шагом будет увеличение количества контрольных точек до 5 на плоской боковой линии и, насколько это возможно, приведение формы граничной кривой к прототипу. Дополнительные контрольные точки на поверхности можно использовать для более точного приближения к прототипу.
Этот процесс повторяется несколько раз с последовательным увеличением количества точек и уточнением формы граничных кривых и поверхности.
Весь процесс выравнивания поверхности можно разделить на три части:
- приближение к желаемой форме поверхности. Это может быть приближение к прототипу или другим исходным данным. На этом этапе необходимо контролировать не только отклонения от прототипа и форму поверхности, но и расположение точек контрольного многоугольника.Равномерное и естественное распределение контрольных точек даст преимущества при сглаживании на последующих этапах. Рекомендуется использовать плавное распределение линий опорных точек по корпусу, примерно повторяющее условные линии обтекания вокруг корпуса. Ряды контрольных точек лучше попытаться располагать в плоскостях шпангоутов. При этом старайтесь избегать ромбовидных ячеек сети контрольного многоугольника. Как правило, такую конфигурацию сети очень сложно сглаживать. Увеличение контрольных точек на последующих этапах приведет к увеличению сложности сглаживания, если контрольный многоугольник изначально задан неправильно.
- правильное распределение линий перегиба на поверхности. Несмотря на то, что поверхностное изображение корпуса корабля давно является стандартом, форма корпуса традиционно контролируется на основе формы ортогональных сечений - шпангоутов, ватерлинии и батоксов. В системе предусмотрена возможность визуализации линий перегиба в плоскости ортогональных сечений. По расположению линий перегиба видно, например, пересекается ли ватерлиния с линией перегиба по ватерлинии несколько раз - это означает, что на ватерлинии в этом районе есть волны. То же и с другими линиями корпуса. Линии перегиба ясно показывают неровности поверхности корабля. В отличие от гауссовой кривизны и других методов исследования формы поверхности линии перегиба, наиболее информативных в нашем случае, поскольку практически все конструкции корпуса лежат в плоскостях ортогональных сечений.
- сглаживание участков поверхности по кривизне. Равномерное распределение графиков кривизны поверхности дает более гладкую поверхность. Часто значительное изменение кривизны поверхности зависит от очень небольшого изменения положения соответствующей контрольной точки многоугольника. Рекомендуется использовать масштабируемое перемещение контрольных точек. Отметим также, что это помогает сохранить минимальные изменения формы поверхности и отклонения от прототипа.
Каждый из вышеперечисленных шагов можно повторить с увеличением количества контрольных точек на поверхности. Как видите, определение формы поверхности - это последовательный, повторяющийся и довольно трудоемкий процесс. В системе есть несколько способов автоматизировать этот процесс:
- редактирование группы контрольных точек,
- интерполяция области контрольных точек,
- выглаживание поверхности,
- приближение поверхности к прототипу,
- спрямление ряда контрольных точек.
Несмотря на различные методы, процесс формирования поверхности по-прежнему остается в значительной степени трудоемким и ручным. Система только упрощает эту работу, и в конечном итоге решение остается за инженером.
Вышеуказанный метод является наиболее распространенным при оформировании скульптурных поверхностей. Для более простых поверхностей, таких как поверхности выдавливания или вращения, вы можете использовать драйверы. Если размонтировать драйвер, можно редактировать поверхность драйвера, как и любую другую поверхность. Например, вы можете использовать драйвер вытягивания для создания скуловой поверхности кормовой оконечности судна. Линию скулы вытягивают по линии плоского борта в корме. После демонтажа драйвера вы можете изменить форму транца. Форма поверхности изменится в соответствии с заданным режимом преобразования линий и поверхностей. О способах преобразования поверхности мы поговорим позже.