Modellezés és tervezés c. tantárgy Óbudai Egyetem Neumann János Informatikai Kar Alkalmazott Matematikai Intézet Mérnöki Informatikus MSc 6. Előadás Ember és számítógép Dr. Horváth László egyetemi tanár

A prezentációban megjelent képernyő-felvételek a CATIA V5 és V6 PLM rendszer ek nek, az Óbudai Egyetem Intelligens Mérnöki Rendszerek Laboratóriumában telepített installációján készültek, valóságos működő modellekről, a rendszer saját eszközeivel. Ez a prezentáció szellemi tulajdon. Hallgatóim számára rendelkezésre áll. Minden más felhasználása és másolása nem megengedett! CATIA V5 és V6 PLM rendszer ek a Dassult Systémes Inc. é s a CAD-Terv Kft támogatásáva l üzemel laboratóriumunkban Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Tartalom Navigáció Ember és modellező eljárás kommunikációja (HCI) Tipikus definiálási szabályok Kézzelfogható virtualitás Test felszínének valósághű modellezése Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Ember és modellező eljárás kommunikációja (HCI) Emberi gondolkodás folyamata mérnöki definiáláshoz A szándékot tükröző információ meghatározása az ember agyában Eljárások modellek építéséhez és elemzéséhez Kommunikáció formájának és médiumának meghatározása Eljárások modellek építéséhez és elemzéséhez R 1 R i R m 1 i n EO Klasszikus modelltér HCI – ember-számítógép interakció EO – mérnöki objektum R - összefüggés Definiálás Felfogás Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Navigáció Lehetséges aktuális variánsokat kínál fel, majd a döntést automatikusan rögzíti. Tervezői szándék modellbeli definiálásának gyors eszköze. Az entitás típusának megfelelően logikus választékot ad. Előreveti a lehetséges tervezői szándékokat. A kötöttségeket az eljárás automatikusan helyezi el a modellben. Intuitív tervezést támogató eszköz. Dinamikus navigáció A kurzor mozgását követve változtatja a felkínált megoldást. A parancs a kurzor helyzetével változik. Az aktuális tervezési szabályokat grafikus szimbólumokkal jelzi. A navigátor eltérő színnel vagy fényerővel jelöli a kurzor mozgáspályája mentén aktuális entitásokat. Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Dinamikus navigáció: hozzárendelési és szándék zónák hozzárendelési (kapcsolási) zóna végtelen elem A kurzor lehetséges pozícióinak régiója szándékzónákra tagozódik. Pl. érintőlegesség szándékzóna, merőlegesség szándékzóna, ív - irány szándékzóna, stb. A modellépítési folyamat elemei Definiálási szabályok Kötöttségként funkcionálhat. Definiálási mód: Navigációval vagy paranccsal. Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Tipikus definiálási szabályok Dimenzionális szabályok hosszúság rádiusz távolság Szög Geometriai szabályok rögzített helyzet, vízszintesség, függőlegesség, végpont, közbenső pont, középpont. Logikai szabályok érintőlegesség, párhuzamosság, merőlegesség, koncentrikusság, folyamatosság, folytonosság, egybeesés, szimmetrikusság, metszés, pont elemen, egy vonalba esés, csatlakozás, azonosság. Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Test felszínének valósághű modellezése Geometriai modell Felszín modell Felszínképzés (rendering) Fényforrások modelljei A megjelenítéshez szükséges kép létrehozása a felszín modelljéből, számítógépes grafikai eszközökkel A felszín megjelenését befolyásoló paramétereket írja le Paraméteres függvényekkel ábrázolt felületek A felületi fényhatások modellezése A felület pontjainak meghatározása Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Test felszínének modellje Nem-geometriai jellemzőket (paramétereket) ír le Anyagminőségekhez felületi jellemzőket kapcsolnak A textúra: mátrixgrafikával rögzített kép, valamely felszín-jellemző változásának a mintájáról ad információt Textúra a felületen annak paraméterei szerint helyezhető el Paraméterek A felületi fényhatások modellezéséhez kiválasztott eljárástól függnek. Szín (color). Átlátszóság (transparency): a felületen áthatoló fény mértékét adja meg. Diffúzítás (diffuse): az objektumról visszavert fény diffúz komponensét adja meg. Tükröződés (specular): a visszaverődés típusát definiálja (amikor a fény csillogó felületet ér). Csillogás (shinyness), amelynek értéke értelemszerűen a felület csillogásának mértéke. Felület fényvisszaverése (reflectivity): a fénymodellnél a szín-intenzitást határozza meg. Az anyag mechanikai jellemzői. Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

A felületi fényhatások modellezésének eljárásai Síklapokkal való közelítés. Az éleken az árnyék-eltérések küszöbölésére, az árnyékolás az elemi síklap mentén oly módon változik, hogy az élek mentén a szín megegyezzen Gouraud eljárás A felületi normálisok átlagát számítja a sokszögek találkozásának csúcspontjaiban, majd ezek alapján fényintenzitást rendel a csúcspontokhoz. A fényintenzitást az egyes elemi síklapok mentén az intenzitás-értékek lineáris interpolálásával határozza meg. Valósághűbb megjelenítést eredményez, mint a Phong eljárás Phong eljárás Az éleken meghatározott átlagolt vektorokból kiindulva, az elemi lapok mentén interpolálja a felületi normálvektorokat, majd ezeket a használja fel a felület pontjainak meghatározására. Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Felszínképzés (rendering) Ray casting A szemből a tárgyra irányuló, vissza nem verődő sugarakkal dolgozik Ray tracing A fénysugarak útját követi forrásuktól az ember szeméig. Visszaverődéseket és fényátbocsátásokat (üveg, folyadék!) is figyelembe vesz. Az egyes pixeleket érő fénysugarat vizsgálja. Meghatározza az objektum azon pontjait, ahol azokat a fény metszi. Ezekben a pontokban kiszámítja a fény intenzitását. A fénysugár esetenként visszaverődéssel és töréssel több részre is oszlik. A procedúrát meghatározott számú metszéspontig folytatják. A többszörös visszaverődésekkel valósághű fénymodellt érnek el. Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Fényforrások modellje Szórt vagy diffúz (diffuse) fényforrás fénye minden oldalról azonos intenzitással éri az objektumot. Falakról, mennyezetről visszaverődő vagy felhőn átszűrődő fény modellezhető. A virtuális térben az objektumok alakja, felülete és környezetbe való beilleszkedése a fények hatásával érzékelhető. A fényt intenzitása jellemzi, amely az irányított fényforrások esetében a helyre és az irányra vonatkozó információkkal egészül ki. Több eltérő intenzitású fényforrás együttes hatása is modellezhető. A fényforrást helyzete a modelltérben animálható és transzformálható. Fényhatások (effektusok) modellezhetők :izzás, köd. Körülvevő (ambient) fényforrás Az objektum egyébként meg nem világított oldalaira juttat fényt. Irányított (directional) fényforrás: párhuzamos fénysugarak nyalábja. Pontból irányított (spot) fényforrás: fénykúpot bocsát ki. Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Kiterjedés szerint definiált fényforrások Pontszerű (point) Hasonló egy izzóhoz, modelltérben való megjelenés jellemző rá. Lineáris (linear) Pontszerű fényforrások sora. Területszerű (area) Felületről (light box) bocsátja ki a fényt Térfogat jellegű (volume) Térfogatból bocsátja ki a fényt Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Kézzelfogható virtualitás (tangible virtuality) Funkció A virtuális tér megjelenítése fizikai térben. Interakció virtuális térbeli objektumokkal. Cél Ember elhelyezése a virtuális térben annak érdekében, hogy megtapasztalhassa azt és aktív emberi interakciót igénylő szimulációkat lehessen megvalósítani. Alapvető technológia 3D sisakok. Virtuális szobák vetített környezettel és objektumokkal. Haptikus eszközök ember és virtuális tér interakciójára. Emberi mozgás adatainak bevitele virtuális térbe. Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Alapvető eszközök Haptikus érzékelő kesztyű (wired glove) Input és output eszköz. Kéz mozgásának továbbítása a virtuális tére és az abban definiált hatások érzékelése A fizikai ujjmozgások adatait szenzorok közvetítik a virtuális térbe. Mozgás követése helyzet és elfordulás érzékelésével. Visszacsatolás a kézre való hatások érzékelésére. Virtuális szoba Vetített környezet, falakon átjutva az ott látható környezet jelenik meg. Objektumok megjelenítése a térben (pl elektro-holográf). Interaktív objektum- manipuláció. Dr. Horváth László OE-NIK-AMI

Laboratóriumi gyakorlat MT 7.1 Laboratóriumi feladat MT 7.1: Testmodell és környezete

Dr. Horváth László OE-NIK-AMI Laboratóriumi gyakorlat MT 7.1 Laboratóriumi feladat MT 7.1: Testmodell és környezete