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4.5. Parametrização do Modelo 3D

1. Escala em o utilizador poder escolher o sentido de escalamento em rela o ao plano de corte que se encontra dividido em tr s sentidos Em ambos os sentidos No sentido positivo No sentido negativo Limites de Escalamento informa os limites M nimos e Maximo em cent metros do valor associado ao Par metro Por defeito o valor m nimo e M ximo s o 50 e 200 do valor inicial Para al m de fornecer o Valor Original que consiste no valor inicial associado ao par metro 97 Anexos O utilizador pode escolher os componentes que s o ou n o afectados pela mudan a do par metro Atrav s da selec o do par metro Alguns o utilizador poder seleccionar os componentes atrav s das seguintes formas posicionamento com o ponteiro do rato nas checkbox da lista dos com ponentes activar a op o para seleccionar automaticamente Todos os Compo nentes seleccionar por nome atrav s da digita o no campo especificado posicionamento com o ponteiro do rato nas viewports O bot o Limpar Selec o retira a selec o de todos os componentes E M Seleccionar Componentes x eX Componentes SS IOS O0C01 REBITEC EMEEBERMGFTRS 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 7 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 8 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 9 03 1 018 01 REBITE C EMBEBER M4 FTS 1 03 1 018 01 REBITE C EMBEBER M4 FTS 1 03 1 018 01
2. 56 Capitulo 4 Implementa o da Solu o Par metro Dist ncia do Plano ao Centro r Limbes de Escalamento XY Horizontal M ma fe ilen Valo Ongnak 79 9763 cm f Positivo Minima 3 gt em Fig 27 Interface da aplica o de defini o de par metros e planos de corte Esta aplica o para um determinado modelo 3D cria um ficheiro com a descri o dos v rios par metros e planos de corte que ser posteriormente utilizada pela aplica o seguinte durante a parametriza o desse modelo 3D Figura 28 Fig 28 Defini o de planos de Corte O utilizador poder criar para o presente modelo 3D um ou mais par metros asso ciando a cada par metro um ou mais planos de corte Geralmente cada par metro possui um s plano de corte mas poss vel que possua mais No presente estado de desenvolvi mento da aplica o os planos de corte devem ser obrigatoriamente paralelos ou coinciden tes com os planos ordenados XY YZ ou XZ do sistema de refer ncia universal de coordena das No entanto num desenvolvimento futuro pretende se que os planos de corte sejam 57 Capitulo 4 Implementa o da Solu o livres desta limita o No tocante ao posicionamento o plano de corte encontra se posicio nado por defeito no centro geom trico do modelo 3D mas a sua posi o pode ser alterada para qualquer posi o dentro do paralelep pedo envolvente do modelo 3D Adicionalmente tamb
3. o de modelos 3D altamente detalhados num contexto de Rea lidade Virtual s verdadeiramente eficiente se estes forem devidamente simplificados Num ambiente de Realidade Virtual muitos dos detalhes existentes nos modelos 3D de produ o s o agora totalmente desnecess rios ou dispens veis nomeadamente os que s o 27 Capitulo 4 An lise do Problema visualmente nada ou pouco significativos Por outro lado a remo o destes detalhes simpli fica consideravelmente a geometria do modelo 3D o que por sua vez permite reduzir o esfor o de processamento necess rio a sua visualiza o manipula o 3D Alvito08 Na rea do marketing directo a potenciais clientes a visualiza o manipula o de modelos 3D de apresenta o dos produtos comercializados integrados em ambientes de Realidade Virtual um t pico muito actual e que suscita um grande interesse de ambas as partes tanto do fabricante como dos seus clientes Actualmente particularmente comum e desej vel que uma empresa possa dispo nibilizar produtos pass veis de serem parametrizados pelos clientes Esta parametriza o pode consistir em alterar determinadas dimens es cores materiais e alguns pormenores de acabamento do produto comercializado A possibilidade de contemplar em tempo real o resultado do processo de parametriza o permite ao cliente avaliar at que ponto esse resultado corresponde s suas expectativas constituindo assim uma impor
4. O esforco de processamento depende sempre da densidade de pol gonos da malha ou seja quanto mais complexa a malha maior o tempo necess rio a sua simplifica o Luebke01 Existem diversas abordagens poss veis a simplifica o de malhas Cignoni98 Pup po97 Luebke01 Algumas procuram simplificar a geometria preservando o mais poss vel a apar ncia visual enquanto outras tentam obter a m xima simplifica o poss vel sem se preocuparem em demasia com a apar ncia visual do objecto resultante Tamb m existem algoritmos que visam unicamente remover geometria redundante Figura 10 Neste caso poss vel reduzir a complexidade mantendo a apar ncia visual do objecto No entanto estes algoritmos s o geralmente classificados como algoritmos de optimiza o da malha se bem que muitas vezes tamb m sejam englobados na categoria dos algoritmos de simplifica o Fig 10 Cilindro sem informa o geom trica redundante esquerda e um cilindro equivalente com informa o geom trica redundante direita 3 As Consiste em geometria que quando removida n o altera o aspecto visual do objecto por exemplo um conjunto de faces coplanares agregadas 18 Capitulo 2 Estado da Arte Os diversos algoritmos de simplifica o de malha poligonal existentes podem ser classifica dos Luebke01 e quanto ao facto de preservarem ou n o a topologia do objecto e quanto ao mecanismo s de
5. Universidade do Porto Faculdade de Engenharia FEUP Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Projecto e Marketing num Contexto de Fabrico de Mobi li rio Compatibiliza o de Ferramentas Computacionais Sara Eduarda Silva Cruz Disserta o submetida para satisfa o parcial dos requisitos do Grau de Mestre em Tecnologia Multim dia Disserta o realizada sob a orienta o do Professor Doutor A Augusto de Sousa do Departamento de Engenharia Inform tica da Faculdade de Engenharia da Universi dade do Porto Disserta o realizada sob a co orienta o do Mestre Jos Fernando Madureira Martins do Instituto Superior da Maia Porto 15 de Setembro de 2009 Existe apenas um bem o saber e apenas um mal a ignorancia Socrates A ci ncia de hoje a tecnologia de amanh Edward Teller f cil quando se sabe como Charlie Chaplin Agradecimentos Agrade o ao meu orientador Prof Dr A Augusto de Sousa pela orienta o cient fica sugest es e cr ticas que contribuiram para os resultados apresentados neste trabalho Agrade o ao meu co orientador Mestre Jos Fernando Madureira Martins pela orienta o cient fica disponibilidade e apoio permanente amizade e incentivo que tornaram poss vel a concretiza o deste trabalho Os meus sinceros agradecimentos A minha fam lia especialmente aos meus pais pelo infinito amor generosidade e incentivo em todas as etapas d
6. 44 PI ais i D A hd o IH L a Modelo Original b M ximo Detalhe V 10 ul ae SM Ed ous ez nO li l i j cm ey yi ih A i s 4 i min E aI o lt 4 aaa K w 2 i 1 c M nimo Detalhe Fig 35 Vers es Simplificadas para dois n veis de detalhe do Bloco Smile 86 N Faces N V rtices N de Componentes Modelo Original 49488 100 59071 100 117 100 Maximo Detalhe 21236 43 29512 50 117 100 Anexos Minimo Detalhe 11476 23 14776 25 117 100 Tabela 12 Compara o do n de faces v rtices e componentes do modelo Smile para duas vers es sim plificadas da superf cie dos componentes para 50 e 25 do n mero original de faces N de V rtices Modelo Original Elimina o M xima Elimina o M dia Elimina o M nima Modelo Original 59071 100 30286 100 13040 100 3898 100 Multi Resolugao Maximo 29512 50 15112 50 6208 48 1948 50 Multi Resolugao Minimo 14776 25 7421 25 3106 24 976 25 Tabela 13 Compara o do n de v rtices do modelo Smile entre o resultado obtido das vers es de simpli fica o por elimina o das componentes Elimina o M xima Detalhe M dia Detalhe e M nima
7. A 1987 Foley95 Foley J van Dam A Feiner S and Hughes J Philips Richard L Introduction to Computer Graphics Addison Wesley Publishing Company 1995 ISBN 0 201 60921 5 76 Refer ncias Bibliograficas FrMa90 Freeman Benson B N Maloney J Borning A An Incremental Constrain Solver Communications of the ACM Vol 33 Jan 1990 Garland99 M Garland Multiresolution Modeling Survey and future opportunities In Eu rographics State of Art Reports 1999 Green amp Sun95 Green M Sun H Computer Graphics Modeling for Virtual Environments In Virtual Environments and Advanced Interface Design Ed By Barfield W and Furness T A pp 63 101 Oxford University Press New York 1995 He95 T He et al Voxel Based Object Simplification Proc Visualization 95 IEEE CS Press Los Alamitos Calif 1995 pp 296 303 Hoffmann89 Hoffman Christoph M Geometric amp Solid Modeling An Introduction Mor gan Kaufmann Publishers Inc 1989 Hoppe96 H Hoppe Progressive Meshes In Proceedings of Siggraph pp 99 108 1996 Kerry97 Kerry H T Planejamento de processo autom tico para pe as param tricas 1997 Disserta o de Mestrado Escola de engenharia de S o Carlos Universidade de S o Paulo kobbelt00 Leif Kobbelt Thilo Bareuther and Hans Peter Seidel Multiresolution Shape De formations for Meshes with Dynamic Vertex Connectivity In Proceedings of Eurographics pp C249 C260 2000 kobbelt
8. OBJECTO 3D somente os objectos interceptados pelo plano de corte Fig 31 Diagrama da Matriz do Vec_plano_obj_vert 62 Capitulo 4 Implementa o da Solu o 4 5 2 Altera o dos Par metros Conclu do o processo de classifica o o utilizador livre para alterar os valores dos par metros dentro dos limites definidos durante a utiliza o da aplica o de Defini o de Par metros Sempre que um par metro alterado os componentes ser o transformados de acordo com o seu comportamento Dessa forma os componentes intersectados pelo plano de corte sofrem uma altera o da sua dimens o igual altera o do par metro respectivo os componentes n o intersectados s o deslocados ao longo da direc o da normal do plano de corte sem sofrerem qualquer altera o na sua dimens o Neste segundo caso a distan cia de deslocamento igual a metade da altera o sofrida pelo par metro 4 6 Sincroniza o do Modelo de Produ o com o Modelo de Apresenta o Na presente fase de desenvolvimento optou se pela implementa o de uma solu o de cariz provis rio para resolver o problema da sincroniza o entre o modelo de produ o e o modelo de apresenta o A solu o implementada relativamente rudimentar e consiste na gera o autom tica de um relat rio das altera es efectuadas sobre o modelo de apre senta o com o objectivo de ser interpretado pelo desenhador para que este po
9. REBITE C EMBEBER M4 FTS 2 03 1 018 01 REBITE C EMBEBER M4 FTS 2 03 1 028 01 PARAFUSO C CHATA 4X20 PZD 1 r N Componentes Total 46 Seleccionados 46 r Selec o de Componentes Todos Componentes Nome Selecciona Adicionar Componentes da Viewport Limpar Selec o Ao pressionar no bot o Guardar e Sair a aplica o gera um ficheiro em forma to ASCII que armazena toda a informa o relativa aos Planos de Cor te Par metros A informa o dos ficheiros guardada na directoria corrente da seguinte forma nomeficheiro max pmt isto acrescenta extens o PMT designa o do ficheiro que armazena o modelo 3D De referir que os ficheiros s podem ser lidos e editados por esta aplica o Esta informa o posteriormente utilizada como base para a parametriza o do modelo 3D em tempo real 98 Anexos Representa o Gr fica da Janela Flutuante Parametriza o Dimensionamento Ao aceder a janela referente ao Dimensionamento o utilizador tem uma liberdade consider vel para parametrizar o modelo 3D com o intuito de ajustar as suas necessidades espec ficas De referir que s poss vel aceder Janela flutuante Dimensionamento ap s a cria o de um ficheiro que armazena toda a informa o relativa aos Planos de Cor te Par metros que consiste na concretiza o nos passos anteriores No caso do ficheiro n o conter
10. diferen as visuais relativamente ao n vel de detalhe dos modelos 3D s o not rias Assim sendo os coelhos dispostos da esquerda para a direita s o progressivamente menos deta lhados No entanto quando a dist ncia ao observador aumenta as diferen as visuais entre os modelos come am progressivamente a esbater se Dessa forma os coelhos que se encontram mais afastados apesar de possu rem n veis de detalhe distintos aparentam pos suir um aspecto visual equivalente Nesta situa o mais adequado utilizar se o coelho com um LOD mais reduzido uma vez que possui aquela dist ncia a mesma apar ncia visual dos coelhos com um LOD mais elevado 2 4 4 Classifica o dos Algoritmos de Simplifica o de Malha O principal objectivo de um algoritmo de simplifica o transformar um modelo 3D composto por uma malha poligonal numa vers o mais simples Ou seja reduzir o n mero de v rtices arestas e faces da malha mas mantendo o mais poss vel a apar ncia visual do objecto original De um modo geral todos os algoritmos de simplifica o de malhas resultam de um compromisso entre a efici ncia do algoritmo em termos de simplifica o da malha o esfor o de processamento exigido e a qualidade visual da malha obtida Contudo o esfor o de processamento ainda limita a sua utiliza o em aplica es que funcionem em tempo real 17 Capitulo 2 Estado da Arte excepto se forem utilizados em pr processamento
11. figura 20 42 Cap tulo 4 An lise do Problema Fig 20 Ferramentas de Planifica o 3D Navigram e Home Ikea Planner O Navigram disponibiliza um sistema de visualiza o 3D em tempo real e interac o de modelos 3D com a aplica o na ind stria do mobili rio Este sistema disponibiliza ferra mentas de visualiza o que possibilitam uma forma inovadora de apresenta o de projectos 3D interiores facilitando a compreens o para o cliente e a verifica o de eventuais erros e melhorias que possam vir a serem efectuadas O objectivo deste sistema ser funcional e f cil de utilizar possibilitando a cria o e modifica o de um espa o virtual no dom nio do mobili rio de escrit rio com o intuito de se assemelhar ao real O utilizador pode interacti vamente mudar a disposi o de pe as de mobili rio num plano 2D permitindo definir as paredes portas janelas podendo tamb m definir a cor e as dimens es simulando a deco ra o do ambiente antes do in cio da sua constru o Adicionalmente permite a importa o de modelos 3D de mobili rio nos formatos 3DS e OBJ para o projecto permitindo a escolha de diferentes tipos de aplica es de texturas de forma a obter resultados mais realistas e com maior impacto visual 3 5 Solu o Adoptada A implementa o de uma solu o para o problema analisado no cap tulo anterior criou a necessidade de avaliar uma plataforma que garantisse por um lado as fu
12. o da malha poli gonal uma forma de representar um determinado poliedro com a menor resolu o geo m trica poss vel n mero de pol gonos Esta representa o calculada de modo a preser var razoavelmente a apar ncia do objecto sem contudo comprometer os recursos compu tacionais exigidos para a sua visualiza o manipula o O processo de simplifica o da malha est intimamente relacionado com o conceito de malhas de multi resolu o Estas s o malhas de pol gonos que representam o mesmo objecto mas com diferentes n meros de pol gonos dependendo do n vel de detalhe reque 15 Cap tulo 2 Estado da Arte rido O termo resolu o refere se ao grau de complexidade ou ao n vel de detalhe denota do por LOD de Level of Detail existentes na representa o do objecto Silva05a Define se LOD como uma substitui o de uma malha complexa por um conjunto de aproxima es em diferentes n veis de detalhe procurando manter a apar ncia visual do objecto O n vel de detalhe poder variar de acordo com factores como a dist ncia ao observador a visibilida de a import ncia do objecto na cena entre outros Segundo Luebke et al Luebke03 o termo LOD consiste em utilizar uma malha triangular menos detalhada para visualizar um objecto que est distante do observador na cena visualizada ou quando o tamanho do objecto ocupa uma regi o pouco significativa da janela de visualiza o medida que o ob
13. obiinse lsnighO volsW lsutoA rolev G 0 RE 00 mo b r mo SE sui MV 0 avar 00 mo BEE mES oinemignod 0 Este er 00 mo ear mo Cf sugel C Fig 29 Interface da aplica o de parametriza o do modelo 3D 4 5 1 Classifica o de Componentes e V rtices A classifica o importante para determinar o tipo de comportamento que um com ponente possui quando um par metro dimensional alterado A aplica o de Parametriza o dever para cada par metro e respectivo plano de corte classificar todos os compo nentes que constituem o modelo 3D Este processo de classifica o dividido em duas fases na primeira fase os compo nentes s o identificados quanto ao facto de serem intersectados ou n o pelo plano de cor te na segunda fase todos os v rtices dos componentes intersectados com o lado em que se encontram relativamente ao plano de corte Nesse sentido se o componente intersec tado pelo plano de corte ent o sofrer uma altera o de dimens o igual altera o sofrida pelo par metro se n o for intersectado ent o deslocar se na direc o da normal do pla no de corte mantendo se a sua dimens o inalterada Os resultados da primeira fase da classifica o s o armazenados na matriz 2D vec plano obj na qual cada linha representa um plano de corte e cada coluna repre senta um componente Cada c lula desta matriz poder conter o valor zero se o componen te co
14. 3D com poucos recursos 2 4 2 Malha Poligonal Uma malha poligonal uma superf cie ou objecto 3D representado por meio de um conjunto de pol gonos que tipicamente podem ser subdivididos em um conjunto de tri n gulos Uma parte substancial dos sistemas de CAD e de Modela o que representam os objectos 3D atrav s da representa o por malha poligonal fazem no atrav s de malhas triangulares por exemplo o 3DS MAX http3DSMAX e o Maya httpMayal etc Isto signifi ca que toda e qualquer face poliedro que componha a fronteira superf cie do objecto 14 Capitulo 2 Estado da Arte deve ser dividida em tri ngulos Figura 8 As malhas triangulares s o uma representa o que possibilita uma elevada flexibilidade na sua manipula o Em contrapartida tamb m aumentam a complexidade geom trica de um objecto 3D Em objectos muito detalhados imperativa a utiliza o de estrat gias para simplificar a complexidade geom trica da respec tiva malha sendo das solu es mais utilizadas baseada na utiliza o de algoritmos de simpli fica o Avila03 Fig 8 Malha Triangular lado esquerdo e Malha Poligonal lado direito 2 4 3 Simplifica o de Malha e LOD Nas ltimas d cadas um esfor o consider vel de investiga o tem sido realizado com o intuito de se encontrarem algoritmos de simplifica o de malhas progressivamente mais sofisticados e eficientes Segundo Garland Garland99 a simplifica
15. A Esquema Multiresolu o para Aplica es Geom tricas em Tempo Real Encontro Portugu s de Computa o Gr fica pp 117 124 2007 Rossignac amp Borrel93 Rossignac J amp Borrel P 1993 june Multi resolution 3D approxima tion for rendering complex scenes Pages 453 465 of Second conference on geometric 780deling in computer graphics Genova Italy Rossignac93 J Rossignac and P Borrel Multi Resolution 3D Approximations for Rendering Complex Scenes Geometric Modeling in Computer Graphics Springer Verlag Berlin 1993 pp 455 465 Schroeder92 W Schroeder J Zarge and W Lorenson Decimation of Triangle Meshes Computer Graphics Proc Siggraph 92 vol 26 ACM Press New York 1992 pp 65 70 SilvaO05a Silva F S Malhas Poligonais Multiresolu o Encontro Portugu s de Computa o Gr fica EPCG Vila Real Portugal pp 173 178 2005 SilvaO5b F S Silva Estruturas Poligonais Deform veis com Resolu o Vari vel Disserta o de doutoramento em Engenharia de Inform tica Universidade da Beira Interior 2005 Sorkinet04 Olga Sorkine Daniel Cohen Or Yaron Lipman Marc Alexa Christian Rossl and 78 Refer ncias Bibliograficas Hans Peter Seidel Lapacian Surface Editing In Proceedings of EG Symposium on Geometry Processing pp 1 9 188 2004 Speck01 Speck H J Avalia o Comparativa das Metodologias Utilizadas em Programas de Modelagem S lida Disserta o Mestrado e
16. Blender Blender 2 49b http www blender or httpBryce Site oficial Bryce vers o 6 http www daz3d com i x software bryce httpFamo Site oficial FAMO http www famo pt httpIBD Institute fur Betriebs und Dialogsysteme Dialogsysteme und graphische Datan veranbeitung lt http i3 lwww ira uka de projekte bibfiction oldversion making of maxscript e html gt httplkea Site oficial IKEA Home Planner http www ikea com ms pt PT rooms ideas splashplanners html httpInventor Site oficial Autodesk Inventor vers o 2010 http usa autodesk com adsk serviet pc index id 13717655 amp sitelD 123112 httpMicrograf http www micrograf pt MCAD inventor features as httpMIT MIT Technology Enabled Active Learning About Visualization with 3ds max and MAXScript lt http icampus mit edu teal content MAXScript httpNavigram Site oficial Navigram http www navigram com index php page about amp lang en httpPoser Site oficial Poser vers o 8 http store smithmicro com ProductDetails aspx pid 10430 80 Refer ncias Bibliograficas httpRevitArchitecture Site oficial Autodesk Revit Architecture versao 2010 http usa autodesk com adsk servlet pc index id 3 781831 amp sitelD 123112 httpSolidWorks Site oficial SolidWorks vers o 2010 htto www solidworks com 81 ANEXOS Anexos Anexo O anexo reune os resultados obtidos da secretaria Ekeno e do Bloco Smile quanto
17. Detalhe e das vers es de simplifica o da superf cie das componentes Multi Resolu o M xima M nima 87 Anexos Anexo II Interface e Area de Trabalho da Implementa o O principal objectivo deste anexo disponibilizar um manual de utiliza o da aplica o desenvolvida onde se descreve pormenorizadamente o funcionamento da mesma O prop sito do presente manual facilitar ao utilizador a aprendizagem da interface gr fica da aplica o desenvolvida possibilitando a sua utiliza o a utilizadores sem conhecimentos avan ados na rea em quest o No in cio da execu o do sistema de Modela o 3DS MAX 2009 grande parte da sua interface gr fica ocupada pelos Viewports Top Front Left e Perspective que s o a rea de trabalho propriamente dita retratando o universo 3D A rea restante destinada a comandos controlos e exibi o de informa es Figura 36 O O RT re erre PVR Re IR Rss UAM IB Fiche dB Seiected a Berm DE mm C ae a T Kyme wp BDOS Click and drag to rotate the view Clicking in the tabe constrains the rotation IO Add Time Tag Auto or sa Fig 36 Interface do sistema de Visualiza o 3DS MAX 88 Anexos Actualmente as interfaces graficas do tipo WIMPS sao extremamente utilizadas pela grande maioria das aplica es O 3DS MAX faz uso de uma diversificada interface gr fica do tipo WIMPS que pode ser utilizada por qualquer
18. O bot o Aplicar Componentes Seleccionados aplica as altera es dos par me tros aos componentes seleccionados do modelo 3D O bot o Retroceder anula a redu o feita Permite ao utilizador optar por visualizar os componentes que v o ser simplifica O dos activa se a op o Seleccionados ou o modelo 3D simplificado activa se a op o Resultado Final recorrendo a s ntese de imagem disponibilizadas pelo sistema 3D O Permite aplicar definitivamente o processo de simplifica o de malha aos com ponentes seleccionados na lista 95 Anexos Representa o Gr fica da Janela Flutuante Parametriza o Defini o de Pla nos A janela referente Defini o de Planos inclui comandos sobre a cria o de restri es geom tricas e dimensionais entre objectos que comp em o modelo 3D de uma forma f cil e intuitiva A cria o das restri es geom tricas e dimensionais realizada pela defini o e cria o de planos de corte Os comandos associados cria o dos planos encontram se dispon veis atrav s do bot o Defini o de Planos no grupo de Parametriza o que despoleta a seguinte janela flutuante O Par metro ser aplicado a dm Todos os Componentes Alguns Escolher Quais o NF 96 Anexos rea respons vel pela cria o modifica o e elimina o de planos de cortes Antes de proceder cria o de um plano de corte necess rio preen
19. Patrim nio O caso de estudo da villa romana do Casal de Freiria Disserta o do Grau de Mestre em Arquitectura Universi dade T cnica de Lisboa 2008 Avila03 Avila L Model VTK User s Guide Install Use and Extend The Visualization Tool kit 2 ed New Jersey 2003 324p Botsh03 Mario Botsch Leif Kobbelt Multiresolution Surface Representation Based on Dis placement Volumes In Proceedings of Siggraph pp 483 491 2003 Casacurta99 Casacurta Alexandre Modelagem geom trica S o Leopoldo 1999 Cignoni98a P Cignoni C Montani e R Scopigno A comparison of mesh simplification al gorithms Computer and Graphics 22 1 37 54 1998 Cohen00 Cohen Jonathan D Concepts and Algorithms for Polygonal Simplification sig graph 99 Course Tutorial 20 Interactive Walkthroughs of Large Geometric Datasets Pp C1 C34 1999 Also in SIGGRAPH 2000 Course Tutorial Corseuil03 Corseuil E T L raposo A B santos H F Gattass M Pinto M H G Bus cando o Uso Operacional de Realidade Virtual em Grandes Modelos de Engenharia VI Symposium on Virtual Reality SVR 2003 p 187 198 Ribeir o Preto SP Brazil 2003 Eck95 M Eck et al Multiresolution Analysis of Arbitrary Meshes Computer Graphics Proc Siggraph 95 vol 29 ACM Press New York 1995 pp 173 182 Figueiras87 Figueiras L cia Vilela Leite Fundamentos de Computa o Gr fica S o Paulo Livros T cnicos e Cient ficos Editora S
20. Uma outra op o mais f cil de calcular consiste na rea da projec o do componente na vista visualmente mais significativa cuja rea da projec o mais elevada Por exemplo no caso do tampo de uma mesa a sua vista mais significativa dever ser vista de topo de baixo Para decidir se o componente visualmente significativo necess rio calcular a rela o entre a rea representativa desse componente na sua vista mais significativa e rea representativa do modelo 3D a que pertence na mesma vista 3 1 2 Simplifica o Geom trica dos Componentes N o Elimina dos Ap s a elimina o dos componentes visualmente menos significativos o modelo 3D poder ser ainda simplificado atrav s da simplifica o da geometria dos componentes que n o foram eliminados 33 Capitulo 4 An lise do Problema A simplifica o geom trica da superf cie de um modelo 3D dever reduzir o numero total de faces sem afectar substancialmente a apar ncia visual do modelo em causa Uma primeira etapa da simplifica o geom trica da superf cie consiste na remo o de toda a geometria redundante que aquela que n o adiciona qualquer detalhe superf cie do modelo 3D por exemplo duas ou mais faces coplanares vizinhas Esta remo o nunca afec ta a apar ncia visual do objecto No entanto esta primeira etapa de simplifica o s far sentido se o desenhador que criou o modelo 3D n o teve o cuidado de garantir q
21. aos dois processos de simplifica o a elimina o de componentes visualmente pouco significa tivos e a simplifica o geom trica da superf cie dos componentes e Elimina o de Componentes Visualmente pouco Significativos Modelo Ekeno a M ximo Detalhe b M dio Detalhe c M nimo Detalhe Fig 34 Modelo de uma Secret ria Ekeno a partir dos quais foram gerados modelos simplificados 83 Anexos Maximo Detalhe M dio Detalhe M nimo Detalhe 11332 5 56 1032 N Faces 50 26 5 14550 6260 1184 N V rtices 54 23 4 21 20 5 N de Componentes 26 25 6 Tabela 8 Compara o do n de faces v rtices e componentes da secretaria Ekeno em tr s vers es de simplifica o de elimina o de componentes e Elimina o de Componentes Visualmente pouco Significativos Modelo Smile E E a M ximo Detalhe b M dio Detalhe c M nimo Detalhe Fig 34 Modelo de um Bloco Smile a partir dos quais foram gerados modelos simplificados 84 Anexos Maximo Detalhe M dio Detalhe M nimo Detalhe 25154 11220 3372 N Faces 51 23 7 a 30286 13040 3898 Vertices 51 22 7 42 25 11 N de Componentes 36 22 9 Tabela 9 Compara o do n de faces v rtices e componentes do Bloco Smile em tr s vers es de simplifi ca o de elimina o de componentes e Simplifica o da Superf cie das Componentes Modelo Ekeno
22. dio Detalhe e M nimo Detalhe 66 Cap tulo 6 Conclus es 5 1 Elimina o de Componentes Visualmente Pouco Significativos 5 1 1 Modelo Mater a M ximo b M dio Detalhe c M nimo Detalhe Detalhe Fig 33 Modelo de uma Secret ria Mater a partir dos quais foram gerados modelos simplificados M ximo Detalhe M dio Detalhe M nimo Detalhe 124876 63244 5900 N Faces 50 25 2 o 103932 51588 6396 N V rtices 52 26 3 92 54 15 N de Componentes 71 46 13 Tabela 2 Compara o do n de faces v rtices e componentes da secretaria Mater em tr s vers es de simplifica o de elimina o de componentes 67 Capitulo 6 Conclus es Pela an lise da tabela 1 podem se obter as seguintes conclus es o nivel maximo detalhe permitiu simplificar consideravelmente a complexidade geom trica do modelo efectuando uma redu o para 71 do n mero de componentes para 50 do n mero de faces e para 52 do n mero de v rtices relativamente ao modelo original o n vel m dio detalhe permitiu uma redu o para 46 no total dos seus componentes possuindo aproxi madamente entre 25 do n mero de faces e 26 do n mero de v rtices do modelo origi nal Para os n veis m ximo detalhe e m dio detalhe de simplifica o poss vel observar uma semelhan a apreci vel com a apar ncia do modelo original Relativamente ao n vel m nimo detalhe este possui uma taxa de simplifica
23. do modelo 3D Portanto uma transforma o inversa nunca resultaria no modelo 3D de produ o original Uma poss vel solu o para resolver este problema consistiria em enviar somente as altera es sofridas pelo modelo de apresenta o para uma aplica o baseada no sistema CAD que as implementasse no modelo de produ o equivalente Nesta solu o os dois modelos existir o paralelamente e sempre que o modelo de apresenta o fosse alterado seriam enviadas um conjunto de instru es que descreveriam as altera es atrav s de uma interface existente entre o sistema de modela o 3D e o sistema de CAD Esta solu o poderia garantir o sincronismo entre ambos os modelos 3 4 Especifica o da Solu o Como j foi referido anteriormente capitulo existe uma multi variedade de siste mas de modela o 3D desde sistemas gen ricos preparados para modelar qualquer objec to at sistemas altamente especializados orientados para a modela o de objectos 3D per tencentes a um determinado dom nio espec fico exigido pelas aplica es de desenho assis 39 Capitulo 4 An lise do Problema tido por computador CAD CAM Os modelos criados em sistemas de CAD CAM partilham a particularidade de possuirem um elevado rigor t cnico permitem a utiliza o e cria o de pe as com grande precis o Actualmente o processo de fabrico de mobili rio de escrit rio exige que a concep o da sua gama seja baseada
24. em sistemas CAD Este tipo de aplica es oferece vulgarmente um conjunto completo de ferramentas que por sua vez permitem modelar os produtos acabados e respectivos componentes em 3D e com um detalhe geo m trico consider vel Deste modo s o modelos que possuem todos detalhes importantes para o fabrico dos objectos reais que representam Alguns desses sistemas s o bastantes semelhantes podendo por vezes divergir em alguns aspectos dependendo da sua finalidade Servem a t tulo de exemplo sistemas de modela o como Autodesk Inventor httpInventor Autodesk AutoCad httpAutoCad SolidWorks httpSolidWorks entre outros O Autodesk Inventor um sistema de modela o param trica de s lidos desenvolvido pela Autodesk que permite criar eficientemente modelos 3D de produ o de componentes e produtos de natureza mec nica e industrial O sistema vocacionado para a modela o 3D de precis o sendo utilizada como unidade de trabalho o mil metro O modelo criado consiste num prot tipo digital 3D rigoroso que pode ser visualizado em v rias perspectivas sendo tamb m poss vel verificar se os respectivos componentes encontram se correcta mente posicionados As principais funcionalidades deste sistema descrevem se a seguir httpmicrograf e Projecto Mec nico 3D inclui um ambiente de projecto param trico intuitivo para desenvolver esbocos conceptuais iniciais e espacos de modelacao cinematica de pecas e montagens e Gest
25. estru tura morfol gica Esta estrutura permite conhecer quais as rela es de posi o dimens o e 34 Cap tulo 4 An lise do Problema orienta o que se estabelecem entre os diversos componentes que comp em o modelo 3D restri es Para que o processo de parametriza o seja poss vel ser necess rio criar estas restri es Num contexto industrial um dos par metros mais usualmente alterados pelos clien tes consiste nas dimens es dos produtos O processo de altera o das dimens es de um modelo 3D referente a um determinado produto n o t o simples nem trivial quanto apa renta Por exemplo se um modificador de escalamento for directamente aplicado a um modelo 3D de uma secret ria com o intuito de aumentar a sua largura ent o a largura de todos os componentes dessa secret ria aumentaria de igual forma Figura 16 Esta situa o n o de todo realista uma vez que apesar deste aumento muitos componentes mant m o seu tamanho original por exemplo um parafuso Por outro lado o aumento da largura da mesa implica que determinados componentes se desloquem relativamente origem do escalamento e neste caso as posi es relativas entre os componentes dever o ser preser Fig 16 Eteito de distor o provocado pelo tactor de escalamento de uma secret ria vadas 35 Capitulo 4 An lise do Problema Portanto para um determinado modelo 3D e para um determinado par metro
26. modelos 3D de apresenta o de tal forma que a sua estrutura morfol gica seja sempre respeitada e n o seja poss vel introduzir modifica es no modelo parametrizado que conduzam a um objecto real inv lido que n o possa ser fabricado Adicionalmente o processo de parametriza o dever funcionar em tempo real A resolu o deste problema possibilitar a obten o do segundo objectivo desta tese visualiza o e parametriza o interactivas do modelo 3D de apresenta o ver sec o 1 3 O terceiro problema consiste em sincronizar ap s a parametriza o o modelo de apresenta o com o modelo de produ o an logo garantido dessa forma que as altera es 29 Capitulo 4 An lise do Problema ao modelo de apresenta o resultantes do processo de parametriza o sejam tamb m apli cadas ao modelo de produ o Com isto ser poss vel atingir o ltimo objectivo desta tese convers o autom tica ou semi autom tica do modelo de apresenta o para o modelo de produ o ver sec o 1 3 3 1 Simplifica o do Modelo 3D Os modelos 3D de produ o possuem duas caracter sticas que contribuem conside ravelmente para o seu elevado grau de complexidade um n mero muito elevado de com ponentes e uma complexidade geom trica consider vel em muitos desses componentes Geralmente num contexto industrial os modelos 3D de produ o possuem um n mero elevado de componentes que facilmente podem atingir as c
27. modelos de apresenta o modificados para os modelos de produ o No tocante simplifica o dos modelos 3D pode afirmar se que o objectivo foi atin gido uma vez que os resultados obtidos podem ser classificados como plenamente satisfa t rios 74 Capitulo 6 Conclus es A parametriza o dos modelos 3D foi implementada somente com par metros dimensionais No entanto estes par metros s o considerados como os mais importantes e habitualmente os mais utilizados Assim sendo pode considerar se que este objectivo tam b m foi atingido existindo por m algum trabalho futuro a ser desenvolvido nomeada mente no que respeita inclus o de par metros n o dimensionais e na cria o de planos de corte que n o sejam obrigatoriamente paralelos ou coplanares com os planos ordenados A convers o autom tica dos modelos de apresenta o modificados para os modelos de produ o n o foi implementada Alternativamente como solu o tempor ria s o gera dos com detalhe sobre o modelo de produ o relat rios de altera es em condi es de serem enviados aos desenhadores para que estes possam efectuar as respectivas altera es O principal foco de trabalho futuro incidir muito provavelmente na conclus o deste objectivo 75 Refer ncias Bibliograficas Alvito08 Pedro Alvito Viver o Passado Modelos tridimensionais e realidade virtual como ferramentas de apoio Arqueologia e Reconstru o do
28. nenhum par metro a aplica o despoleta uma janela com uma mensagem que informa o utilizador da obrigatoriedade da cria o de pelo menos um par metro Depois de terminar a opera o de cria o do ficheiro poss vel iniciar o processo de parametriza o do objecto 3D pressionando o bot o Dimensionamento o ficheiro lido e verificado o seu conte do que despoleta a seguinte janela flutuante Ro Ro bos o 80 0 on 0 132 cm 120 0 120 0 pi Relat rio de Altera es 99 Anexos constitu da por um conjunto de par metros que podem ser seleccionados atra v s de uma checkbox posicionada na extremidade esquerda Refere se rea de parametriza o propriamente dita Quando o utilizador selecciona na checkbox da lista grupo 1 acede automaticamente aos par me tros inerentes a esta op o e poder ser efectuada atrav s de um valor introdu zido pelo utilizador no spinner e em seguida pressionar no bot o Modificar Ap s cada altera o de par metro gerado automaticamente um relat rio de altera es que ser enviado posteriormente aos desenhadores para que estes possam efectuar as respectivas altera es manualmente 100
29. no modelo Kima no qual a taxa de simplifica o de v r tices faces rondou somente os 50 para resultados visualmente satisfat rios Na segunda parte da avalia o correspondente aos resultados da aplica o de sim plifica o da superf cie das componentes obtiveram se resultados visualmente satisfat rios at uma taxa de simplifica o de v rtices faces para os 50 utilizando os modelos originais sem componentes eliminados A combina o destas duas estrat gias de simplifica o permite em m dia obter resultados visualmente satisfat rios at a m dia de detalhe da taxa de simplifica o de v r tices faces para os 12 5 relativamente ao modelo original 73 Capitulo VI 6 Conclusoes Os objectivos do trabalho descrito nesta disserta o consistiram e Em primeiro lugar desenvolver metodologias para a convers o autom tica dos modelos 3D altamente detalhados do mobili rio desenvolvidos em siste mas CAD modelos de produ o para modelos consideravelmente mais sim ples para que possam ser facilmente manipulados e visualizados em tempo real em aplica es de visualiza o 3D com a finalidade de serem utilizados nas reas de marketing modelos de apresenta o e Em segundo lugar visualizar com diferentes parametriza es realizadas de forma expedita os modelos de apresenta o em ambiente de aplica o ade quada e Em terceiro lugar converter autom tica ou semi automaticamente os
30. num objecto com superf cies que constituam uma fronteira do tipo 2 manifold todos os seus pontos t m uma vizinhan a topologicamente equivalente a uma regi o A Figura 5 exemplifica a representa o de dois s lidos um com e outro sem uma fronteira 2 manifold Fig 5 Um s lido com uma fronteira 2 manifolds esquerda e um s lido sem uma fron teira 2 manifolds a direita 11 Capitulo 2 Estado da Arte 2 3 Representacao por Poliedros Os poliedros sao objectos 3D delimitados por poligonos em que cada aresta perten ce sempre a dois poligonos Essencialmente um poliedro pode ser considerado um solido com uma fronteira do tipo 2 manifolds Um poliedro simples ou seja sem buracos respeita a F rmula de Euler 1 proposta por Leonhard Euler em 1752 V A F 2 1 que estabelece uma rela o entre o numero de v rtices V o n mero de arestas A e o n mero de faces F do s lido A verifica o da F rmula de Euler uma condi o necess ria mas n o suficiente para que um objecto 3D seja considerado um poliedro Para tal ainda necess rio que cada aresta ligue dois v rtices e seja partilhada por duas faces e que pelo menos tr s arestas se encontrem em cada v rtice Um objecto s poder ser considerado um poliedro e consecu tivamente um s lido com uma fronteira 2 manifolds se respeitar as condi es menciona das Para poliedros gerais com ou sem buracos a F rmula d
31. por recurso sua linguagem de programa o MAXScript httoMIT fan it Foot DS DS Brushy e em lech Jeti RP Jk KOBIE DAR Ip e t qa f Crem Leteras TT amp j D BEPRED w Eq LE I E ye mo CEN aa Jeja mli G aA an Tne Tag iara a Rim Fite Oa Ha pro E Fig 21 Interface do sistema de Visualiza o 3DS MAX 44 Capitulo 4 An lise do Problema Outra vantagem decorrente da utiliza o do 3DS MAX a possibilidade de exportar os modelos criados para outros formatos O facto do modelo 3D ter sido criado no 3DS MAX n o constitui um aspecto limitativo uma vez que este ltimo poder partilhar os modelos criados com outros sistemas de modela o 3D Um outro factor que se reveste de particular import ncia na selec o do sistema o facto de a natureza do trabalho assentar numa ess ncia puramente est tica em detrimento de uma vertente de maior precis o e rigor t cnico que seria por exemplo mais orientado para sistemas CAD eventualmente o Autodesk Inventor 3 5 2 Linguagem de Programa o MAXScript O sistema 3DS MAX permite o desenvolvimento de aplica es baseadas na lingua gem de programa o MAXScript Esta linguagem possibilita que se automatizem diversos procedimentos para a simplifica o dos modelos bem como metodologias e estrat gias para a modifica o da dimens o dos mesmos A MAXScript uma linguagem interpretada de alto n vel orientada ao
32. primeira etapa dispens vel para determinados modelos 3D Somente em situa es nas quais o modelo 3D foi construi do com uma geometria n o optimizada que esta fase capaz de produzir resultados signi ficativos no tocante simplifica o da geometria Normalmente a segunda etapa a princi pal respons vel pelo esfor o de simplifica o realizado por esta aplica o 54 Cap tulo 4 Implementa o da Solu o C 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 1 C 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 1 C 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 1 C 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 1 C 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 1 C 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 1 C 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 2 C 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 2 C 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 2 100 100 Totais N Componentes Faces V rtices Antes 251416 201222 Totak 117 Depois Seleccionados 0 Selec o de Componentes Todos Componentes Nome Selecciona Adicionar Componentes da Viewport Limpar Selec o Multi Resolu o Vertices 50 0 Aplicar Componentes Seleccionados Visualiza o Detalhada Resultado Final Seleccionados Aplicar Simplificar Fig 26 Interface da aplica o de simplifica o geom trica da superf cie dos com ponentes A implementa o de ambas as fases baseou se respectivamente na utiliza o de dois importantes modificadore
33. que crucial para o processo de parametriza o Sem esta informa o a parametriza o poderia produzir modelos 3D que seriam considerados inv lidos no contex to do processo de fabrico por exemplo o aumento da largura de uma secret ria em 20 cm poderia produzir o efeito indesejado de tamb m aumentar a largura das respectivas per nas A parametriza o de um modelo 3D j existente do qual n o se conhece a respectiva estrutura morfol gica exige que numa fase preliminar sejam estabelecidas algumas rela es de posicionamento dimens o e orienta o entre os diversos componentes do modelo 3D Estas rela es podem em muitos casos ser inferidas automaticamente mas geralmen te necess ria a interven o inicial do utilizador na defini o dos par metros a designa o O tipo Os limites etc Resumindo o primeiro problema encontrado consiste em simplificar geometrica mente o modelo 3D de produ o de forma a reduzir a sua complexidade e n vel de detalhe mas preservando o mais poss vel a sua apar ncia visual original Esta simplifica o trans formar efectivamente o modelo de produ o em um modelo de apresenta o que poder ser eficientemente visualizado manipulado num ambiente de Realidade Virtual satisfazen do dessa forma o primeiro objectivo desta tese simplifica o autom tica dos modelos de produ o ver sec o 1 3 O segundo problema consiste em possibilitar a parametriza o dos
34. referido anteriormente o n mero de buracos que atravessam o objec to de lado a lado Nos algoritmos que modificam a topologia relativamente comum que os buracos existentes no objecto original possam desaparecer no objecto simplificado Figura 12 o Genus do objecto original n o preservado Luebke01 Fig 12 Simplifica o de uma malha poligonal com preserva o da topologia exemplo a e b e sem a preserva o da mesma exemplo a e c Luebke01 2 4 4 2 Mecanismos de Remo o de Poligonos Os algoritmos de simplifica o tamb m podem ser classificados relativamente ao mecanismo ou mecanismos de remo o de pol gonos que utilizam Estes mecanismos enquadram se em quatro categorias fundamentais Luebke01 A Algoritmos por Amostragem Sampling Algorithms Os mecanismos desta categoria come am por obter amostras da geometria do objecto original Essas amostras podem ser pontos na superf cie do objecto ou voxels dis postos ao longo de uma matriz 3D sobre esse objecto Geralmente nesta categoria muito dif cil preservar com um grau aceit vel de fidelidade os elementos mais salientes existen tes na superf cie de objecto como as arestas ou os cantos Por esse motivo este tipo de 20 Capitulo 2 Estado da Arte mecanismos mais adequado para objectos que consistam em formas de natureza org nica sem arestas bem definidas Um algoritmo que utiliza este tipo de mecanismos consiste no algori
35. rtices 100 50 25 118 118 118 N de Componentes 100 100 100 Tabela 4 Compara o do n de faces v rtices e componentes do modelo secret ria Mater para duas vers es simplificadas da superf cie dos componentes para 50 e 25 do n mero original de faces 70 Capitulo 6 Conclus es eve TE i z Multi Resolu o N de V rtices Modelo Original n ARES ENG aos u M ximo M nimo E 201222 100619 50316 Modelo Original 100 50 25 eee vee a 103932 51974 25989 Eliminagao Maxima 100 50 25 eee een ee 51588 25 98 12899 Eliminagao Media 100 50 25 6396 3198 1547 Eliminagao Minima 100 50 24 Tabela 5 Compara o do n de v rtices do modelo Mater entre o resultado obtido das vers es de simplifi ca o por elimina o das componentes Elimina o M xima M dia Detalhe e M nima Detalhe e das ver s es de simplifica o da superf cie das componentes Multi Resolu o M ximo M nimo Pela an lise da tabela 4 e 5 pode se concluir que o n vel m nimo detalhe possui aproximadamente entre 46 a 50 do n mero de faces v rtices do n vel m ximo detalhe O algoritmo consegue reduzir o n mero de v rtices de uma malha at cerca de 50 numa nica simplifica o Por exemplo na figura 32 pode se observar o modelo 3D de uma secret ria com 201222 v rtices no modelo original e duas vers es simplificadas do modelo original Neste caso para a primeira simpl
36. script desenvolvido em MAXScript Nesse sentido o desenvolvimento pr tico neste trabalho faz naturalmente um uso intensivo deste tipo de interfaces com um intuito de disponibilizar ao utilizador um processo f cil e intuiti vo de simplifica o e parametriza o dos modelos 3D A interface foi desenvolvida com o intuito de atender s necessidades espec ficas no dom nio do mobili rio de escrit rio sendo constitu da por diversos mecanismos de interac o como por exemplo janelas pain is bot es barra deslizantes sliders contadores spinner radiobutton e checkbutton Esta interface encontra se localizada no painel de comandos Figura 37 A interactividade da interface resulta de um processo de comunica o entre a aplica o e o utilizador consistindo numa sequ ncia do tipo ac o consequ ncia Desta forma poss vel ao utilizador modificar um determinado par metro e visualizar de imediato nos viewports do 3DS MAX o efeito produzido no objecto seleccionado A seguir ser o apresentados os mecanismos e as funcionalidades de interac o entre o utilizador e a aplica o da solu o proposta Descrimina se a seguir a solu o proposta 1 Abrir o Script Para abrir o script dever proceder da seguinte forma 1 Abrir o 3DS Max 2009 2 Seleccionar a op o Painel de Comandos Utilities gt MAXScript gt Open Script 10 z A Um ficheiro que cont m um conjunto de comando
37. visualization and parameterization of 3D models is of the utmost importance since it s one of the most attractive interfaces for potential customers in the present times One possible solution for this problem is the creation of geometrically simpli fied versions of the original 3D model known as visualization models which maintain a similar visual appearance to the original model When the main purpose of a certain model is its real time visualization there is no need for such a high level of geometrical detail In this case the less visually significant details may be ignored The process of 3D models parameterization can be easily applied in real time to the generated visua lization models However after the parameterization process has ended there will be differences in dimensions between the visualization models and the production mod els To maintain coherence between both types of models the production models must received the same set of transformations resulting from the parameterization of the visualizations models VI The proposed solution allows the simplification and parameterization of 3D models without compromising their visual appearance and structural integrity The Implementation of the solution was based on the 3DS MAX native language the MAX Script and used several techniques such as the elimination of less visually significant components the geometric simplification of the surface of the models 3D based o
38. 99 Leif Kobbelt Jens Vorsatz and Hans Peter Seidel Multiresolution hierarchies on unstructured triangle meshes Computational Geometry Journal Theory and Applications Vol 14 pp 5 24 1999 Losa94 Losa Jos Miguel Modela o Tridimensional com Restri es Geom tricas Disser ta o de Mestre em Engenharia Electrot cnica e de Computadores Faculdade de Engenha ria da Universidade do Porto 1994 Low97 K L Low and T S Tan Model Simplification Using Vertex Clustering Proc 1997 Symp Interactive 3D Graphics ACM Press New York 1997 pp 75 82 Luebke01 Luebke David A developer s survey of polygonal simplification algorithms IEEE 77 Refer ncias Bibliograficas Computer Graphics and Applications May June 2001 Luebke03 Luebke D Reddy M Cohen J D Varshney A Watson B e Huebner R Level of Detail for 3D Graphics Morgan Kaufmann San Francisco Estados Unidos 2003 Mantyla88 M Mantyla An Introduction to Solid Modeling Computer Science Press 1988 McGraw Hill02 McGraw Hill Concise Encyclopedia of Engineering The McGraw Hill Com panies Inc 2002 Puppo97 E Puppo e R Scopigno Simplification LOD and multiresolution principles and applications Eurographics Tutorial Notes 1997 REQUICHA 80 Requicha A A G Representations for rigid solids theory methods and sys tems ACM Computing Surveys December 1980 Rodrigues07 R S R Rodrigues Morgado J Silva F S Gomes
39. ARAFUSO C CILINDRICA UMBRAKO O 03 1 046 01 PARAFUSO C CILINDRICA UMBRAKO O 03 1 046 01 PARAFUSO C CILINDRICA UMBRAKO O O O 94 Anexos O Cont m uma lista de componentes atrav s dos seus nomes que comp em o modelo 3D Apresenta Informa es sobre uma percentagem do n mero original de v rtices e faces que constitui cada componente 2 rea de informa o que indica a quantidade total de faces v rtices e o n mero de componentes seleccionados que constitui o modelo 3D antes e depois da simplifica o a partir da aplica o do modificador Multi Resolu o no grupo 4 O Antes de efectuar a aplica o da malha poligonal necess rio seleccionar um ou mais componentes O utilizador poder seleccionar os componentes atrav s das seguintes formas posicionamento com o ponteiro do rato nas checkbox da lista dos com ponentes activar a op o para seleccionar automaticamente Todos os Compo nentes seleccionar por nome atrav s da digita o no campo especificado posicionamento com o ponteiro do rato nas viewports O bot o Limpar Selec o retira a selec o de todos os componentes Neste Grupo Multi Resolu o o n mero de v rtices do modelo 3D realizado a partir de uma percentagem do n mero original V rtices O n mero de faces e v rtices com a aplica o do modificador indicado em Faces e V rtices na lista grupo 1
40. Holes 4 Genus 0 Genus 1 Genus 2 Fig 7 Poliedros com um numero crescente de Holes e Genus 13 Capitulo 2 Estado da Arte 2 4 Malhas Poligonais A representa o pela fronteira com recurso a uma malha poligonal actualmente a mais comum na modela o 3D O modelo de malha poligonal descreve as superf cies dos objectos atrav s de uma colec o de pol gonos 2 4 1 Modelo de Malha Poligonal As malhas poligonais t m vindo a ter uma utiliza o crescente na Computa o Gr fi ca devido sua versatilidade na representa o de objectos 3D sejam eles s lidos ou n o Actualmente as malhas poligonais s o utilizadas em diferentes dom nios que v o desde as aplica es de CAD e visualiza o at aos jogos de computador passando tamb m pela ani ma o 3D De facto no que toca a malhas poligonais tem sido objecto de intensa investiga o particularmente na edi o de malhas kobbelt99 Suzuki0O Sorkine04 e na an lise multi resolu o aplicada a malhas Hoppes96 Zorin97 Garland99 Kobbelt00 Bostch03 As malhas com alto n vel de detalhe podem ser extremamente complexas exigindo em certos casos recursos computacionais muito acima das capacidades actualmente exis tentes para a visualiza o manipula o em tempo real Deste modo as t cnicas de simplifi ca o da malha devem impreterivelmente ser utilizadas para que seja poss vel visualizar Rodrigues07 e parametrizar o objecto
41. Works httpSolidworks um sistema CAD desenvolvido pela SolidWorks Corporation adquirida em 1997 pela Dassault Systemes S A famosa mundial mente pelos seus avi es de ca a Mirage que permite acompanhar todo o processo produ tivo desde a elabora o do desenho at sua produ o final Actualmente relativamente comum a utiliza o de sistemas de visualiza o em tempo real dos modelos 3D criados em sistemas CAD com a finalidade de serem apresenta dos aos clientes Atrav s de um processo de simplifica o os mesmos modelos podem ser reutilizados como forma de apresenta o Servem a t tulo de exemplo sistemas de modela o como 3DS MAX Autodesk VIZ httpViz Maya httoMayal etc O 3DS MAX Autodesk VIZ s o sistemas para a modela o e anima o 3D orientados essencialmente para a produ o de gr ficos de alta qualidade visual desenvolvidos pela Autodesk Estes sistemas tamb m possibilitam a automatiza o de tarefas complexas devi do sua linguagem de programa o MAXScript httpMIT Adicionalmente o 3DS suporta os 41 Capitulo 4 An lise do Problema conhecidos formatos IAM DWG e DXF formatos muito utilizados para o interc mbio de modelos 3D entre distintas plataformas de CAD O 3DS MAX e o Autodesk VIZ s o muito semelhantes partilhando essencialmente a mesma interface e a maioria das funcionalidades No entanto o Autodesk VIZ mais utiliza do na arquitectura pois permite a cri
42. a Modelo Original b M ximo Detalhe c M nimo Detalhe Fig 36 Vers es Simplificadas para dois n veis de detalhe da secret ria Ekeno Multi Resolu o E a Multi Resolu o N de V rtices Modelo Original M ximo Ae _ 26810 13407 6705 Modelo Original 100 50 25 ns na 14550 7117 3639 Eliminagao Maxima 100 49 25 ae 6260 2972 1566 Elimina o M dia 100 47 25 1184 592 296 Elimina o M nima 100 50 25 Tabela 10 Compara o do n de faces v rtices e componentes do modelo Ekeno para duas vers es simplificadas da superf cie dos componentes para 50 e 25 do n mero original de faces 85 Modelo Original 22478 100 26810 100 80 100 N Faces N V rtices N de Componentes Maximo Detalhe 10145 45 13407 50 80 100 Anexos Minimo Detalhe 5523 25 6705 25 80 100 Tabela 11 Compara o do n de v rtices do modelo Ekeno entre o resultado obtido das vers es de sim plifica o por elimina o das componentes Elimina o M xima Detalhe M dia Detalhe e M nima Deta lhe e das vers es de simplifica o da superf cie das componentes Multi Resolu o M ximo M nimo e Simplifica o da Superf cie das Componentes Modelo Smile sa J 5 N Io if i IN Ii ET E o k i N Te h Zhi ME A MT van dA F h PIA i af N i
43. a o a gest o e a partilha de informa o entre projec tos de edif cios com maior rapidez e produtividade no entanto comparativamente ao 3DS MAX o Autodesk VIZ disponibiliza uma biblioteca de materiais mais extensa e orientada para o dom nio da arquitectura Como outros exemplos de sistemas de visualiza o podem citar se o sistema Maya um sistema de modela o e anima o 3D desenvolvido actualmente pela Autodesk utiliza do num vast ssimo leque de produ es audiovisuais e cinematogr ficas constituem exem plos alguns t tulos como o Shrek Kung Fu Panda e o Monsters vs Aliens nomeadamente ao nivel dos efeitos especiais anima o jogos produ o de v deo entre outros Possui uma linguagem nativa denominada de Maya Embedded Language MEL a qual muito similar a PHP e assemelha se conceptualmente linguagem de programa o C Suporta os formatos como DWG e DXF httpMayal Adicionalmente vulgar a utiliza o de ferramentas de planifica o 3D em tempo real em ambiente de Realidade Virtual dos modelos 3D criados em sistemas CAD ou mode los optimizados para a visualiza o com a finalidade de serem apresentados aos clientes Estas ferramentas s o teis para aqueles que pretendem uma r pida cria o de projectos 3D interiores sem a complexidade dos sistemas de CAD e ou modela o 3D Servem a t tulo de exemplo as ferramentas de planifica o Navigram httpNavigram e IKEA Home Planner httplkea
44. a o grosseira ao volume exacto Em contra partida extremamente simples de resolver uma vez que consiste somente na multiplica o das tr s dimens es do paralelep pedo facto que determinante para a rapidez de todo o processo Por outro lado para efeitos de identifica o de componentes visualmente pouco significativos a utiliza o do volume do paralelep pedo produz geralmente resultados globalmente equivalentes utiliza o do volume do pr prio componente mas com a importante vantagem da rapidez superior de todo o processo 51 Cap tulo 4 Implementa o da Solu o Fig 24 Representa o do paralelep pedo envolvente Bounding Box de um parafuso Para cada componente calculada a raz o entre o volume representativo do com ponente e o volume representativo do modelo 3D que por uma quest o de uniformiza o tamb m substitu do pelo volume do seu paralelep pedo envolvente Se essa raz o for inferior a um limiar definido pelo utilizador o componente eliminado Este m todo produz geralmente bons resultados visuais mas existem alguns objec tos que sendo visualmente significativos poder o ainda assim possuir um volume relativo muito reduzido Nesta situa o tal como j foi explicado anteriormente a utiliza o do volume representativo seja ele do pr prio componente ou do paralelep pedo envolvente poder contribuir para eliminar incorrectamente alguns componentes visua
45. a dimens o Em con trapartida se o componente n o for intersectado ent o somente a sua posi o ser altera da Nesta situa o o objecto desloca se na direc o da normal do plano de corte afastan do se ou aproximando se deste ltimo Considerando como exemplo que se pretende aumentar a altura de uma mesa deve definir se em primeiro lugar um plano de corte horizontal posicionado algures a meia 36 Cap tulo 4 An lise do Problema altura da mesa Relativamente a este plano existem componentes como as pernas ilhar gas que s o intersectados o que implica que aumentar o a sua altura Outros componen tes como o tampo e os niveladores que n o s o intersectados ser o deslocados verti calmente Figura 17 Ao aumentar o valor do par metro altura estes ltimos componentes afastam se do plano deslocando se verticalmente Fig 17 Representa o de um plano de corte horizontal posicionado no centro geom trico da secret ria Mater Habitualmente parte se do princ pio que os componentes n o intersectados pelo plano de corte de ambos os lados desse plano s o transformados simetricamente Por m existem situa es nas quais faz sentido que essas transforma es s ocorram de um dos lados do plano de corte Um exemplo dessa situa o ocorre quando se pretende alterar a largura de uma secret ria que contenha numa das extremidades um bloco de gavetas Se este bloco possuir dimens es fixas en
46. ada orientados para a modela o de objectos 3D pertencentes a um dom nio espec fico por exemplo Auto Furniture httpAutoFurniture Revit Architecture httpRevitArchitecture 3D Runway http3DRunway Poser httpPoser Bryce httpBryce etc Figura 2 pe Es irina tem Tps a as Gram a E a Bi ar chet EE beieg et cana emi aunt owt a an Mah Bet a mg h ss tat Rap a Ho oy ET I fe whch epee Tn Tag Fig 1 Sistemas de Natureza Gen rica AutoCAD e 3DS MAX Cap tulo 1 Introdu o ag E rena sin Fearr TE Fonesider 16 Piata checprnipliori Wigan C pomii O Top C fighi C Front z Dre Fig 2 Sistemas de Natureza Especializada Auto Furniture e Poser 1 2 Sistemas de CAD CAM Num ambiente industrial os sistemas de CAD s o utilizados na realiza o dos dese nhos t cnicos dos produtos acabados componentes a serem fabricados e os sistemas de CAM s o utilizados para automatizarem o processo de fabrico levando em conta pormeno res como a forma em bruto das pe as a fabricar os acabamentos das superf cies a optimi za o do emprego dos materiais o consumo de energia etc Os dois sistemas s o geralmente conjugados numa defini o comum denominada por CAD CAM porque o segundo termo uma actividade continuada do primeiro sendo ambos cruciais para o desenvolvimento do produto e para o seu fabrico Um sistema de CAD CAM realiza a integra o completa entre os procedim
47. agao Media 30604 15282 7587 100 50 25 Eliminagao Minima 2872 1420 656 100 49 23 Tabela 7 Compara o do n de vertices do modelo Kima entre o resultado obtido das vers es de simpli fica o por elimina o das componentes Elimina o M xima Detalhe M dia Detalhe e M nima Detalhe e das vers es de simplifica o da superf cie das componentes Multi Resolu o M ximo M nimo 72 Capitulo 6 Conclus es Os resultados obtidos para o modelo Kima foram semelhantes aos resultados ilustra dos na figura 33 parecendo satisfatorios ao nivel da geometria e estrutura do modelo Esta disponivel no Anexo os resultados obtidos da secretaria Ekeno e do Bloco Smile quanto aos dois processos de simplifica o a elimina o de componentes visualmente pou co significativos e a simplifica o geom trica da superf cie dos componentes 5 3 Conclus o da Avalia o de Resultados A avalia o de resultados permitiu concluir que poss vel simplificar razoavelmente a geometria de todos os modelos avaliados mantendo se ainda assim uma semelhan a apreci vel com a apar ncia original dos modelos Na primeira parte da avalia o correspondente aplica o da elimina o de com ponentes visualmente pouco significativos obtiveram se resultados visualmente satisfat rios at uma taxa de simplifica o de v rtices faces para os 25 relativamente ao modelo original A nica excep o consistiu
48. ao de Dados e Comunicacao em Projecto promove antecipadamente a colabo ra o com as equipas de fabrico e os clientes recorrendo as ferramentas de visualiza o 2D e 3D que melhoram a documenta o e comunica o do projecto e Ferramentas de Produtividade CAD 3D inclui ferramentas de produtividade e recur sos CAD para ajudar a tirar o m ximo partido do seu ambiente de Prototipagem Digi 40 Capitulo 4 An lise do Problema tal O Inventor permite a integra o com o AutoCAD e a interoperabilidade atrav s do formato DWG e Simula o do Produto permite optimizar e validar o desempenho do produto antes de ser fabricado e Projecto de Moldes e Ferramentas permite automatizar os principais aspectos do projecto de moldes de injec o para pe as de pl stico e Funcionalidades o sistema inclui todas as funcionalidades extra de projecto de tra ados de tubagens e cablagens cria o de ferramentas e simula o al m das funcio nalidades de base do Autodesk Inventor etc Como outros exemplos de sistemas CAD podem citar se um dos sistemas de CAD mais antigo e utilizados em todo o mundo desenvolvido pela Autodesk Inc em 1982 o Auto CAD httpAutoCad Utilizado inicialmente para o desenho t cnico em duas dimens es rapidamente evoluiu para a cria o de modelos 3D A linguagem nativa do AutoCAD o AutoLISP que possibilita a automatiza o de tarefas complexas Tal como sucede com o sistema AutoCAD o Solid
49. arametri za o de modelos 3D em tempo real de grande import ncia visto que constitui uma das interfaces potencialmente mais atractivas para a apresenta o do produto ao cliente Uma poss vel solu o para este problema consiste em gerar uma vers o geo metricamente simplificada modelo de visualiza o do modelo 3D original mantendo um aspecto visual semelhante ao de produ o Efectivamente quando a principal fina lidade de um determinado modelo consiste na sua visualiza o em tempo real ent o o n vel de detalhe geom trico n o necessita de ser muito elevado Nesta situa o os detalhes visualmente menos significativos poder o ser ignorados O processo de parametriza o pode ent o ser facilmente aplicado em tempo real aos modelos de visualiza o No entanto ap s a parametriza o existir o diferen as em termos de dimens es entre estes modelos e os seus cong neres de produ o Por uma quest o de coer ncia os modelos 3D de produ o dever o igualmente sofrer as mesmas alte ra es resultantes da parametriza o dos modelos simplificados A solu o encontrada permite que o utilizador simplifique e parametrize os modelos 3D sem comprometer a apar ncia visual e a integridade estrutural dos mes mos A Implementa o da solu o recorreu a linguagem nativa do 3DS MAX o MAXS cript e utilizou t cnicas de elimina o de componentes visualmente pouco significati vos e de multi resolu o baseadas
50. artografia Medicina Sistemas Multim dia Simula o e Anima o para Visualiza o Cient fica e Entretenimento Sistemas de CAD e Sistemas de Modela o 3D Capitulo 1 Introdu o 1 1 Sistemas de CAD versus Sistemas de Modelacao 3D O trabalho desenvolvido no contexto desta tese de mestrado enquadra se nos dois ltimos tipos de aplica es da lista anterior Realmente os sistemas de CAD e os sistemas de Modela o 3D consistem em ferramentas inform ticas orientadas para a cria o de modelos gr ficos tridimensionais com uma forte interven o do utilizador sendo que estes modelos s o utilizados em diversas reas como o Cinema a Publicidade a Arquitectura os Jogos de Computador a Multim dia a Realidade Virtual Aumentada etc Nos Sistemas de CAD os modelos 3D s o criados com um elevado rigor geom trico uma precis o consider vel em termos de dimens es e uma inequ voca identifica o das unidades de medida utilizadas Os modelos criados nestes sistemas possuem um detalhe extremamente elevado visto que todos os componentes que comp em o objecto real s o igualmente modelados mesmo que visualmente pouco significativos por exemplo um parafuso no interior de um arm rio Estas caracter sticas s o importantes sempre que o modelo 3D seja utilizado num contexto de um processo de concep o design e ou fabri co constru o Os sistemas de CAD est o intimamente associados a estes processos uma
51. as de modelos 3D No pr ximo cap tulo ser estudado o problema da simplifica o de modelos 3D e da sua parametriza o em tempo real num ambiente profissional associado a uma empresa do ramo industrial no dom nio do mobili rio de escrit rio usada como um caso de estudo 26 Capitulo III 3 Analise do Problema Os modelos 3D de produ o criados com o prop sito de servirem de refer ncia a um eventual processo de fabrico possuem geralmente um nivel de detalhe muito elevado visto que devem recriar todos os detalhes de natureza t cnica existentes no produto acaba do componente e que s o importantes para o respectivo processo de fabrico Infelizmente no panorama tecnol gico actual o elevado n vel de detalhe destes modelos limita a sua utiliza o noutro tipo de contextos nomeadamente naqueles que exi gem uma visualiza o manipula o em tempo real como por exemplo na Realidade Vir tual Numa organiza o que possua uma vasta colec o de modelos 3D altamente detalha dos e que pretenda utilizar os mesmos num contexto que exija uma visualiza o em tempo real faz todo o sentido tentar reutilizar os modelos j existentes em vez de criar manual mente novos modelos 3D equivalentes aos anteriores mas mais simplificados A cria o de novos modelos mesmo que simplificados uma tarefa demorada e propensa a inconsis t ncias entre os modelos detalhados e os simplificados Corseuil03 No entanto a utiliza
52. as no contexto deste trabalho sao constituidas por um conjunto de parametros sensiveis a seleccao de determinados elementos do painel de comandos ou seja a selec o de um dos bot es implica a redefini o parcial do conte do das janelas flu tuantes Figura 38 ra ton too ip H q Moche Amos AGA LOS TENS LAG ANIS Come MADOR Mem vem FRAP ILKOD INORENA o HHIHH z 1000000000 Open Latene oso s ressaca QS Fig 38 Janela Flutuante Elimina o De referir que os parametros disponibilizados pelas janelas flutuantes permitem ao utilizador manipular directamente os objectos presentes numa janela de visualizacao Sera efectuada uma breve descri o dos comandos disponibilizados para cada janela flutuante que respectivamente despoletada quando pressionado o respectivo bot o Representa o Gr fica da Janela Flutuante Simplifica o Elimina o A janela referente simplifica o por elimina o inclui comandos para a elimina o de componentes visualmente pouco significativos que constitui o modelo 3D A aplica o de um processo de simplifica o por elimina o de componentes adequado possibilita a obten o de modelos mais leves sob o ponto de vista de mem ria de computador necess ria para armazena lo O processo realizado atrav s da gest o e edi o de um mecanismo de filtragem de informa o Os comandos relacionados com um processo de filtragem de 91 Ane
53. ca o da Superf cie das Componentes s sssssessesssssecesececeseoeceosseososesosesesececeosoeoeeeoeossee 70 52 Modelo Maler sair as a aba dd na ad dp Asa na nn 70 2 2 Modelo NIM O Essa ria OD OO E ata ea wees obs RR eS ate E RR a E 72 5 3 Conclus o da Avalia o de RESUITAAOS ccscsecsccccsccccsceccsceccnceccnceccsceccnceccsceccscescsceccscescecess 73 6 CONCIUSOCS usasse E ds ence ic doen paso E dada 74 Refer ncias Bibliograficas ccccscscsssssccscscscsccccccccscscscesescccscccscscecescscescscscece 76 WY CROAT a OR POTRO ERAS O ERES ORDER RS ERES RE RR 79 PAINE Scania T E 82 ANEXO ESSA OMAN AE E CENA DON E ER GRADO RSRS RE PAP awe tats RENO N RAROS AR NZD NES O E MR DR MD 83 ANeCXO css torni aa da ca a Rana dna E E SO ic 88 Listas de Figuras Fig 1 Sistemas de Natureza Gen rica AutoCAD e 3DS MAX cccccssssseccecesesseeceecaeeseeeeeeauaeeeeeeeas 3 Fig 2 Sistemas de Natureza Especializada Auto Furniture e Poser c csccccceseccceseeeeaeececenseeeeees 4 Fig 3 Representa o do vector normal de um s lido ceeccccecssssscceceeesseeceeceuesecceeeaeeeeeeeeeas 10 Fig 4 Fronteira de um s lido constitu do por um conjunto de faces agregadas Casacurta99 11 Fig 5 Um s lido com uma fronteira 2 manifolds esquerda e um s lido sem uma fronteira 2 manifolds a dreta siie iai daca case US ET a US a 11 Fig 7 Poliedros com um n mero crescente de Holes e GENUS sssccccc
54. ca saidas id calls Cos tita saite niduliig este pcatieniidandada 49 4 2 Elimina o de Componentes Visualmente Pouco SignifiCatiVOS ccscsscsscesceccsccccecceccscceces 49 AD We Volume Relativo gas assess nant Ea dad E aa ed 50 WD DEG ea RC LAL enana pete unten o O CO Rd Sa CRS A a 52 4 3 Simplifica o Geom trica da Superf cie dos Componentes cescseccecsccsccscesceccsccsceccecceceeces 54 4 4 Defini o de Par metros e Planos de Corte ccscscccccsccsccscccceccsccscesceccsccscescescsccscescescecceces 56 HA Classe Paramelho asas espiao ati ba canes ad Ni LD ER a oan maa 58 4 5 Parametriza o do Modelo 3D sesesssessesscecececescseecececesesesoeceoececesesessecececececescsescececeseeescececeo 59 45 1 Classiicacao d Componentes Ventices adiadas Da Sa a ida 60 ds 2 Altera o dos Parametr OS qua da nba ni don its ds 63 4 6 Sincroniza o do Modelo de Produ o com o Modelo de Apresenta o sscsesscsesscscescees 63 AF Sumarno do CapiLUIO casais ion gas Desde asd assi o pal E caia asas ll Done doidas ss Dos ais paia saias aa dadas inn saias 64 5 Avalia o GOS Resultados sessessessessessessessesoessessesssssesoesoesoessessessesssssssseess 65 5 1 Elimina o de Componentes Visualmente Pouco SignificativosS s sesesessssssesesesecesesecececececee 67 ST LModedlo Mater iria a e ia Phat eases S A a a T O 67 5 L2 Modelo KIMO aa EE EAR RR RR E AA DE PR A 68 5 2 Simplifi
55. ces e componentes do Bloco Kima em tr s vers es de simplifica o de elimina o de componentes cceecccseccceececencceesceeeuseeeecseeesseeneeeenseteuseeens 69 Tabela 4 Compara o do n de faces v rtices e componentes do modelo secret ria Mater para duas vers es simplificadas da superf cie dos componentes para 50 e 25 do n mero OTISINA de TAC SS tados Essa A GS E ia 70 Tabela 5 Compara o do n de v rtices do modelo Mater entre o resultado obtido das vers es de simplifica o por elimina o das componentes Elimina o M xima M dia Detalhe e M nima Detalhe e das vers es de simplifica o da superf cie das componentes Multi Resolu o Maximo MINIO lessees do pena ga da Qu Sa dao a 71 Tabela 6 Compara o do n de faces v rtices e componentes do modelo Kima para duas vers es simplificadas da superf cie dos componentes para 50 e 25 do n mero original de Tabela 7 Compara o do n de v rtices do modelo Kima entre o resultado obtido das vers es de simplifica o por elimina o das componentes Elimina o M xima Detalhe M dia Detalhe e M nima Detalhe e das vers es de simplifica o da superf cie das componentes Multi Resolu o Maximo MINIO sacas aan Dan ariana US o E EOD 72 Tabela 8 Compara o do n de faces v rtices e componentes da secretaria Ekeno em tr s vers es de simplifica o de elimina o de COMPONENKES csecccsseccce
56. cessseeececeeeeseeeeecaaeeeceeeeaas 13 Fig 6 Poliedro com buracos aplicando a Generaliza o da F rmula de Euler 13 Fig 8 Malha Triangular lado esquerdo e Malha Poligonal lado direito 15 Fig 9 Malha de um coelho para diferentes tamanhos com tr s n veis de detalhe LOD Ei OI Po E a RR ce O CARUARU CE tea RR RE ARE PA tour 16 Fig 10 Cilindro sem informa o geom trica redundante esquerda e um cilindro equivalente com informa o geom trica redundante a Cireita ccccceeccsssessceecsceseseeesseeeeeeseueeseeeueeeeees 18 Fig 11 Altera o geom trica mas n o topol gica da esfera cccccceeeccceeseceeeecseeueceeeeeceseeeeeees 19 Fig 12 Simplifica o de uma malha poligonal com preserva o da topologia exemplo a e b e sem a preserva o da mesma exemplo a ec Luebke0O1 es eeeccseeeceseeeseseeeeeeeenseseees 20 Fig 13 Representa o antes e depois da t cnica de aglomera o de v rtices 23 Fig 14 Complexidade geom trica de um tampo de secret ria versus um parafuso 31 Fig 15 Representa o da base da secret ria Mater atrav s de Ilhargas ccccccesseceeeeeseeeees 33 Fig 16 Efeito de distor o provocado pelo factor de escalamento de uma secret ria 35 Fig 17 Representa o de um plano de corte horizontal posicionado no centro
57. cher os campos do grupo Par metro que ser descrito a seguir Quando se procede coloca o do ponteiro do rato sobre o bot o Novo Este adicionado automa ticamente na lista de informa o sobre os planos de corte encontrando se acima do grupo ac es Para alterar ou eliminar os planos definidos na lista o utiliza dor tem que seleccionar com o ponteiro do rato nas checkbox em seguida selec cionar o bot o Modificar ou Eliminar que pretende executar De referir qualquer altera o efectuada exige obrigatoriedade de um clique no bot o Modificar O grupo Par metro possibilita ao utilizador definir um conjunto de par metros que comp em um plano de corte Este grupo caracterizado por um conjunto de caracter sticas t cnicas que incluem Designa o possibilita atribuir um nome do par metro associado ao Plano de Corte No caso de o campo encontrar se vazio a aplica o des poleta uma janela com uma mensagem que informa o utilizador da obri gatoriedade do preenchimento do campo Tipo de Plano permite ao utilizador seleccionar o tipo de orienta o do plano que se encontra dividido em tr s planos XY Horizontal Paralelo ao Plano XY XZ Vertical Paralelo ao Plano XZ YZ Vertical Paralelo ao Plano YZ Distancia do Plano ao Centro permite definir a dist ncia em cm do plano ao Centro Geom trico da Bounding Box do conjunto de objectos
58. dO Modelo 3D na a aa an a a aaa eese 30 3 1 1 Elimina o dos Componentes Visualmente Pouco SignificativoS sssesesssesreeesrreeerrresrrrrerrrresrrrrerrrrreses 32 Sl le Volume Relativo do Componente aaea E eset 32 3 1 1 2 rea Relativa do COMPONENE cceesescesscessesscesccsccsececcescsscesesesssascesceascesecaueaecueeaseuseaseesseasereeaes 33 3 1 2 Simplifica o Geom trica dos Componentes N o ELIMINACOS essseesssesrssssrrressrrressrrrsrrrresrrrrerrrreeerrreeree 33 3 2 Parametriza o do Modelo 3D unia ida Dad na Tita ares edad 34 32 1 Planos de CONG scissor date S nal ode G T ESSE SGD a a LARA Rida ia 36 3 3 Sincroniza o do Modelo de Produ o com o Modelo de Apresenta o cccceeeseeees 38 3 4 Especifica o dalSOIU O ssa Dado aa Peso SS A RAL C En soR Snap sadia a Orc caC asia si gudada ca 39 3 9 SOIUCAO AG ODLAG a suando faia GSE a dada ata Sd 43 3 95 sistema de Modela o 3DS MAX ssenanaaa essa sina a Lestatactuniten Ena S S DESPESA ai e pat bag aa 44 3 5 2 Linguagem de Programa o MAXScript cccsssccccssssccccsseccccnseccccussescueusescuscssccceussecccuessescuesscenaussseuanssess 45 3 62 Sumariodo Capitulo cics cesmssas sci Sos posa isa icada an anais sassees o ceucateszacs susosasce cauaceencsnacGanececosswedueneeszuesens 47 4 Implementa o da SOLUCAO scscccavavscaverevccavavavavccavecccavevevacavavevasesevcceseses 4S 4 1 Importa o do Modelo SD asassaasias can ii
59. de produ o Uma vez que ambos os modelos representam o mesmo objecto real de extrema import ncia que as altera es introduzidas no primeiro modelo possam tamb m ser introduzidas no segundo modelo Visto que o modelo de apresenta o resultou de uma transforma o do modelo de produ o idealmente deveria tamb m existir um processo que realizasse uma transforma 38 Capitulo 4 An lise do Problema o inversa OU seja que transformasse o modelo de apresenta o alterado num modelo de produ o igualmente alterado Infelizmente essa transforma o inversa um processo de natureza muito complexa Um dos principais problemas consiste nas diferentes representa es utilizadas por cada modelo No caso de estudo o modelo de produ o utiliza uma representa o Constru tiva CSG Constructive Solid Geometry Requicha80 enquanto o modelo de apresenta o utiliza uma representa o pela Fronteira B Rep Mantyla88 O primeiro tipo de represen ta o possui um elevado n vel de informa o estrutural relativamente aos diferentes com ponentes que comp em o modelo e s suas rela es em termos de posicionamento dimen s es orienta es e at mesmo nas opera es que foram utilizadas para criar um determi nado componente Na convers o para a representa o pela fronteira toda essa informa o perdida visto que esta ltima representa o s armazena informa o relativamente superf cie
60. dimensional importa classificar todos os componentes quanto ao respectivo comportamen to relativamente a uma altera o do par metro dimensional Por exemplo se aumentar a largura de uma secret ria existem componentes como o tampo que tamb m aumentam a sua largura existem outros como as pernas que se deslocam na direc o da largura em sentidos opostos e finalmente existem alguns que n o sofrem qualquer tipo de transfor ma o 3 2 1 Planos de Corte Um m todo que permite determinar o comportamento de um determinado compo nente relativamente altera o de um par metro consiste na utiliza o de um ou mais planos de corte Um plano de corte consiste num plano cuja normal possui a mesma direc o do par metro dimensional a ele associado Por exemplo no caso do par metro altura o plano de corte seria um plano horizontal uma vez que o seu vector normal possui uma direc o vertical A posi o do plano de corte relativamente ao modelo 3D extremamente impor tante uma vez que define a origem do escalamento Geralmente a sua posi o coincide com o centro geom trico do modelo 3D mas poder ser qualquer posi o dentro do volu me envolvente do modelo em quest o Os componentes do modelo 3D poder o ou n o ser intersectados pelo plano de corte e esta intersec o ditar o comportamento do componente relativamente a altera o do par metro se o componente intersectado ent o ir alterar a su
61. do modelo e s o utilizadas principalmente para delimitar os valores m ximo ou m nimos dos respectivos par metros Assim as dimens es e as restri 25 Capitulo 2 Estado da Arte es param tricas controlam a geometria do modelo e na medida em que s o feitas altera es ao projecto os modelos s o actualizados automaticamente As restri es s o normalmente representadas por conjuntos de equa es Os siste mas de modela o fazem uso de tr s tipos de restri es num ricas geom tricas e alg bri cas As restri es num ricas s o aplicadas por exemplo s posi es x y z aos comprimen tos e aos di metros As restri es geom tricas incluem a rela o de paralelismo a de per pendicularidade e a de tang ncia entre outras As restri es alg bricas combinam as duas anteriores Losa94 2 6 Sum rio do Cap tulo O principal objectivo deste cap tulo consistiu em apresentar uma vis o geral sobre os conceitos mais importantes para a obten o dos objectivos propostos nomeadamente os s lidos a representa o de s lidos atrav s da fronteira B Rep a malha poligonal e a sim plifica o geom trica de modelos 3D Tamb m foi apresentado um resumo do estado da arte da simplifica o geom trica de modelos 3D que descreveu alguns dos algoritmos de simplifica o de malha poligonal mais utilizados Adicionalmente foi realizado um estudo sobre a parametriza o com restri es topol gic
62. e nesse caso a apar ncia visual do componente resultante poder n o ser semelhante do componente original Visto que o algoritmo de uma natureza n o topol gica determi nados aspectos como buracos e orif cios poder o desaparecer ap s a simplifica o Geral mente simplifica es at metade do n mero de v rtices do componente original n o alte ram de uma forma significativa a apar ncia visual do componente simplificado No entan to para valores progressivamente inferiores a apar ncia visual resultante come a a degra dar se apresentando cada vez menos semelhan as com o componente original A percenta gem de v rtices definida pelo utilizador podendo ser constante para todos os componen tes ou variar entre conjuntos de componentes Com este m dulo termina a primeira parte da solu o implementada a simplifica o geom trica do modelo 3D Nas duas pr ximas sec es ser descrita a implementa o da segunda parte da solu o a parametriza o do modelo 3D 4 4 Defini o de Par metros e Planos de Corte Elimina o de compo Simplifica o geom trica Defini o de par metros Parametriza o do nentes visualmente da superficie dos com e respectivos planos de modelo 3D pouco significativos ponentes corte Para parametrizar um modelo 3D necess rio antes de mais definir os v rios para metros e para cada um destes definir pelo menos um plano de corte Figura 27
63. e Euler generalizada para F rmula de Euler Poincar 2 tamb m conhecida como Generaliza o da F rmula de Euler Mantyla88 V A F H 2 C G 2 em que H Holes o n mero de buracos existente em cada uma das faces pol gonos do poliedro Co n mero de componentes distintos e independentes do poliedro e G Genus o n mero de buracos que atravessam o poliedro de lado a lado 2 E rae Sinks Leonhard Euler foi um matem tico su o que nasceu em 1707 em Basileia e morreu em 1783 em S o Petersbur go R ssia Foi aluno de Bernouilli e produziu a despeito de uma cegueira progressiva mais de 900 trabalhos de matem tica mec nica astronomia ptica ci ncia naval e m sica Struik87 12 Cap tulo 2 Estado da Arte Na figura 6 pode observar se um poliedro com buracos usando a formula 2 corres pondente a generalizacao da Formula de Euler obtendo se os seguintes resultados V rtices V 20 Arestas E 30 Faces F 12 Holes H Componentes C Genus G 1 20 30 12 2 2 1 1 0 0 Fig 6 Poliedro com buracos aplicando a Generaliza o da F rmula de Euler Alguns objectos como um cone ou um cubo possuem Holes e Genus iguais a zero ou seja n o existe nenhum buraco na sua superf cie outros objectos geralmente de nature za mais complexa possuem valores superiores A Figura 7 ilustra a defini o de Holes bura cos em faces e Genus buracos no s lido Holes 0 Holes 2
64. elmente mais simples modelos de apresenta o para que possam ser facilmente manipulados e visualizados em tempo real em aplica es de visuali Capitulo 1 Introdu o za o 3D com a finalidade de serem utilizados nas areas de marketing simplifi ca o do nivel de detalhe e Visualizar com diferentes parametriza es realizadas de forma expedita os modelos de apresenta o em ambiente de aplica o adequada visualiza o e parametriza o interactiva e Converter autom tica ou semi automaticamente os modelos de apresenta o modificados para os modelos de produ o inclus o de detalhe de fabrico As aplica es implementadas no contexto das metodologias anteriores ser o avalia das num ambiente profissional associado a uma empresa industrial no dom nio do mobili rio de escrit rio seleccionada no contexto desta tese como caso de estudo A empresa em causa designa se por FAMO Ind stria de Mobili rio de Escrit rio Lda httpFamo A FAMO uma empresa com mais de 60 anos de exist ncia de m dias dimens es sediada em Lousada no distrito do Porto e det m actualmente a maior quota de exporta o do mercado ib rico mais de 65 da sua produ o orientada para o merca do internacional 1 4 Estrutura da Tese Esta disserta o composta por um total de sete cap tulos que s o descritos resu midamente a seguir o primeiro cap tulo tem como objectivos enquadrar o te
65. entenas ou at mesmo os milhares de unidades A t tulo de exemplo um dos modelos 3D de secret ria utilizado durante a avalia o possui um total de 117 componentes Numa perspectiva de fabrico todos estes componentes s o importantes visto que representam objectos reais que consti tuem o produto acabado No entanto numa perspectiva de visualiza o e de parametriza o interactiva mui tos destes componentes s o dispens veis Devendo ser considerados somente os compo nentes visualmente significativos Efectivamente nestes modelos 3D uma parte dos com ponentes s o de pequenas dimens es por exemplo parafusos rebites porcas etc Adi cionalmente muitos desses mesmos componentes encontram se situados em zonas dificil mente vis veis do objecto real por exemplo no interior de uma gaveta na zona inferior de um tampo de mesa etc Dependendo da natureza do objecto real uma parte dos componentes que consti tuem o modelo 3D pode ser geometricamente muito complexa No exemplo dado existem componentes que podem ter mais de 5000 faces enquanto outros possuem menos de 20 faces Em muitos contextos existe a tend ncia de assumir que quanto mais visualmente significativo for um componente mais geometricamente complexo poder ser No entanto 30 Capitulo 4 An lise do Problema no caso dos modelos 3D de produ o n o se deve aplicar esta regra visto que a import n cia visual de um componente n o determina
66. entos de concep o e de fabrico Os processos de fabrico s o muitas vezes determinantes do tipo de modela o 3D pois em geral pretende se modelar os objectos de tal forma que a transforma o dos modelos em uma descri o dos processos de fabrico seja o mais directa e expl cita poss vel para al m de levar em conta outros aspectos importantes para esse processo tais como a fiabilidade a rapidez a economia no consumo da mat ria prima e outros recursos a seguran a no traba Iho etc Capitulo 1 Introdu o Segundo Kerry Kerry97 os sistemas de CAD CAM t m por objectivo satisfazer as necessidades de cria o interpreta o e execu o dos procedimentos de fabrico e possibili tam uma r pida reutiliza o desses procedimentos quando necess rio Utilizadas inicial mente para o desenho t cnico em duas dimens es rapidamente evolu ram para a cria o de modelos 3D A grande vantagem de conceber projectos atrav s da representa o tridi mensional sobre a representa o bidimensional que a primeira permite obter diferentes vistas do modelo o que auxilia e facilita a sua compreens o sem precisar de o interpretar a partir da representa o das vistas diminuindo a possibilidade de erros por incoer ncias principalmente quando os modelos possuem um elevado grau de detalhe ou complexidade Pode se afirmar que os sistemas de CAD CAM proporcionaram um enorme avan o no desenvolvimento do desenho t cnico d
67. eseceeeneeeeees 60 Fig 30 Diagrama da Matriz 2D do Vec plano Obj e reerreeerrrerarerenareraraneea 61 Fig 31 Diagrama da Matriz do Vec plano Obj vert e eeeerreeerrerenrerenarerananeea 62 Fig 32 Modelos 3D Originais da esquerda para a direita secret ria Mater secret ria Ekeno poco SHINES bloco KINA sas Ss SGD as T DL a a 65 Fig 33 Modelo de uma Secret ria Mater a partir dos quais foram gerados modelos SIM DIIICAdOS castas dadas do a oasis dd Dna odeia 6 Ea SA a a 67 Fig 34 Modelo de um Bloco Smile a partir dos quais foram gerados modelos simplificados 84 Fig 35 Vers es Simplificadas para dois n veis de detalhe do Bloco Smile nosece 86 Fig 36 Interface do sistema de Visualiza o 3DS MAX ccccccssssecccenseeceeensecceeeseeceeaseeeesanseeeeas 88 Fig 37 Painel de comandos da implementa o proposta cccccsecccssececssccceeececenceeeseeeeeeeeees 89 Fig lt 35 Janela Flutuante ElMINa O sms isa SRS UG aaa 89 XII Listas de Tabelas Tabela 1 Identifica o do n de faces v rtices e componentes que comp em os modelos ON BIAS ss nana Saad ak cee EE rs Bestia ante E EA ote cas acento 66 Tabela 2 Compara o do n de faces v rtices e componentes da secretaria Mater em tr s vers es de simplifica o de elimina o de COMPONENKES cccsecccsecccescceesecenseeeuseceeeeeseeeesens 67 Tabela 3 Compara o do n de faces v rti
68. este trabalho e da minha vida Ao lvaro cujas reflex es e sugest es s o uma inspira o continua pelo amor carinho e dedica o ao longo de todo este tempo A Empresa FAMO pelo tempo disponibilizado pelos modelos 3D cedidos e pelas documenta es relativas ao mobili rio de escrit rio Agrade o a todos aqueles que atrav s das suas sugest es d vidas e cr ticas ajudaram a tornar mais completa e clara a informa o presente nesta disserta o Resumo Este trabalho tem como principal objectivo encontrar uma solu o para o pro blema da visualiza o e parametriza o em tempo real de modelos 3D altamente detalhados modelos de produ o criados originalmente em um sistema de CAD Num contexto industrial os modelos 3D desenvolvidos s o normalmente muito complexos devido ao imperativo de representarem da forma mais fidedigna poss vel objectos reais altamente detalhados produtos acabados e componentes A comple xidade geom trica destes modelos exige um esfor o de processamento muito elevado que pelos padr es tecnol gicos actuais dificulta consideravelmente a sua visualiza o e parametriza o em tempo real Adicionalmente essa mesma complexidade tamb m contribui para um grande consumo de mem ria que pelos mesmos padr es complica a utiliza o destes modelos em ambientes de rede principalmente atrav s da Inter net No entanto apesar de todas as dificuldades descritas a visualiza o e p
69. evido possibilidade de se poder fabricar o pro duto a partir do seu modelo 3D o que significa uma enorme optimiza o do fluxo de traba lho no desenvolvimento de projectos Permitiram assim dar um salto qualitativo em termos de rigor e de tempo despendido na cria o e concretiza o dos projectos sendo capazes de auxiliar na supera o de penosas rotinas de representa o redundante gra as as possibili dades de automa o de diversas etapas do processo de design fabrico Uma das tend ncias mais recentes no mercado de sistemas de CAD CAM consiste na crescente necessidade destes serem especializados no dom nio de uma determinada ind s tria No caso espec fico do trabalho efectuado no mbito desta tese optou se pelo dom nio da ind stria do mobili rio de escrit rio Actualmente o processo de fabrico de mobili rio de escrit rio exige que a concep o da sua gama seja baseada em sistemas de CAD Como j foi referido este tipo de siste mas oferece um conjunto completo de ferramentas que permitem modelar em 3D com um detalhe geom trico consider vel Deste modo os modelos resultantes possuem todos os detalhes importantes para o fabrico dos seus cong neres do mundo real 1 es 4 e 4 e Representa o atrav s das vistas ortogr ficas Capitulo 1 Introdu o Em conjun o com estes sistemas habitual a utiliza o de aplica es de visualiza o em tempo real dos modelos 3D desses produtos e que em
70. geom trico da Secretaria Mater aiii iai a ai id di E a AU ies aia ai 37 Fig 18 Identifica o do lado do plano de corte onde ocorre a transforma o exemplo a Resultado da transformacao exemplo Dhonn sata lona GOD GLOSS ieee eae 37 Fig 19 Representa o de uma regi o central que n o sofre altera o ccccseseeceseeeeeeneeeeees 38 XI Fig 20 Ferramentas de Planifica o 3D Navigram e Home Ikea PIANNEL o oo 43 Fig 21 Interface do sistema de Visualiza o 3DS MAX ccccsscccsseccecssceeensceceeeceeeesceeseneeeeeeeeess 44 Fig 22 Interface do editor de MAXSCIIpt ss smsisas eens ate ier dae eee 46 Fig 23 Interface da aplica o de simplifica o de elimina o de componentes visualmente POUCO SIONICATIVOS iee si A a 50 Fig 24 Representa o do paralelep pedo envolvente Bounding Box de um parafuso 52 Fig 25 Representa o da face mais significativa de um paralelep pedo envolvente Bounding Box pace Uim com DOME NLC aaa sentou iara dO ECO O RSO DEU t tes deca PAS IR Sa gia 53 Fig 26 Interface da aplica o de simplifica o geom trica da superf cie dos componentes 55 Fig 27 Interface da aplica o de defini o de par metros e planos de corte 57 Fig 28 Defini o de planos de Core sig ceccscsdeo panic a ea aeaea eoria ia 57 Fig 29 Interface da aplica o de parametriza o do modelo 3D ceccceesececesecee
71. ghlightColor orange width 100 height 20 pos 30 30 checkbutton bt_MultResolucac Multi Resolu o pos 30 60 width 100 height 20 groupBox group Parametriza o pos 5 100 width 150 hesght 80 checkbutton bt prepara o Defini o de Planos highlightColor orange pos 30 120 midth 100 hesgl checkbutton bt para Dimensionamento pos 20 150 width 100 hesght 20 checkbutton bt simplifica Elimina o highkghtColor orange width 100 height 20 checkbulton bt MultiRasolucao Miulti R s g Tir width 100 henght 20 checkbutton bt Materias Materias heghligh plaka red weit 100 height 20 on bt smpihca changed state do if TelaR undefineo than closeRolloutFloater THaR if TelaP undefined then closeRolloutFloater Tela f co 60 offpet 232 INS CRLF Fig 22 Interface do editor de MAXScript No tocante as necessidades espec ficas da aplica o a desenvolver a MAXScript dis ponibiliza funcionalidades para a simplifica o geom trica da malha poligonal altera o global da malha sendo poss vel trabalhar ao n vel de v rtices arestas e faces do modelo 3D e todo um vasto conjunto de modificadores de geometria Infelizmente a linguagem MAXScript demonstrou possuir um volume de bibliografia impressa muito limitada e em parte tendencialmente obsoleta Nesse sentido as principais refer ncias bibliogr ficas relativas a esta linguagem consistiram no manual de refer ncia on line do MAXSc
72. ifica o a redu o do n mero de v rtices atingiu os 50 Como se pode igualmente verificar o algoritmo mant m a forma global do modelo onde apenas alguns detalhes de forma se v o perdendo em cada simplifica o Na tabela 5 que representa os dados obtidos das vers es de simplifica o por elimi na o das componentes com as respectivas vers es de simplifica o da superf cie das com ponentes verifica se que continua a diminuir significativamente o n mero de v rtices e faces relativamente a malha original 71 5 2 2 Modelo Kima a Modelo Original Fig 33 Vers es Simplificadas para dois n veis de detalhe do Bloco Kima i TSA a b M ximo Detalhe Modelo Original N HES ie g Cap tulo 6 Conclus es al il s ne 4 E i hier i gas Fi DRE HA H c M nimo Detalhe M ximo Detalhe M nimo Detalhe 62914 26969 12839 N Faces 100 43 20 a 6 254 33613 16806 N V rtices 100 50 25 100 100 100 N de Componentes 100 100 100 Tabela 6 Compara o do n de faces v rtices e componentes do modelo Kima para duas vers es simpli ficadas da superf cie dos componentes para 50 e 25 do n mero original de faces N de V rtices Modelo Original ul solu o Muntisseso o aximo Minimo Modelo Original 67254 33613 16806 100 50 25 Eliminagao Maxima 51404 25682 12840 100 50 25 Elimin
73. ima apresentados possuem uma complexidade geom trica apreci vel Os modelos Ekeno Smile e Kima possuem um n mero total de v rtices faces na ordem das dezenas de milhares enquanto o modelo Mater possui um total na ordem das centenas de milhares No 65 Capitulo 6 Conclus es tocante ao numero de componentes todos os modelos possuem valores proximos de uma centena com a excep o do modelo Ekeno que possui um numero de componentes ligei ramente inferior 80 componentes Este nivel de complexidade relativamente elevado principalmente quando se trata de integrar os modelos em sistemas de visualiza o Modelos Faces V rtices N de Componentes Secret ria Mater 251416 201222 117 Secret ria Ekeno 22478 26810 80 Bloco Smile 49488 59071 116 Bloco Kima 62914 67254 100 Tabela 1 Identifica o do n de faces v rtices e componentes que comp em os modelos originais Em seguida s o apresentados os resultados do desempenho dos dois processos de simplifica o descritos nas sec es 4 2 e 4 3 a elimina o de componentes visualmente pouco significativos e a simplifica o geom trica da superf cie dos componentes Para analisar o desempenho do processo de simplifica o por elimina o de compo nentes visualmente pouco significativos foram criados para cada um dos quatro modelos originais figura 32 tr s modelos simplificados considerando tr s n veis de simplifica o poss veis M ximo Detalhe M
74. iva do modelo 3D que consiste na rea de maior face do para lelep pedo envolvente Se essa raz o for inferior a um limiar definido pelo utilizador o com ponente eliminado Fig 25 Representa o da face mais significativa de um paralelep pedo envolvente Bounding Box de um componente A utiliza o desta abordagem produz resultados globalmente aceit veis se bem que geralmente inferiores ao c lculo exacto da rea de projec o do componente na sua vista mais significativa 53 Capitulo 4 Implementa o da Solu o 4 3 Simplifica o Geom trica da Superf cie dos Componentes Elimina o de compo Simplifica o geom trica Defini o de par metros Parametriza o do nentes visualmente da superf cie dos com e respectivos planos de modelo 3D pouco significativos ponentes corte Ap s a elimina o dos componentes visualmente pouco significativos o processo de simplifica o do modelo 3D incide na simplifica o geom trica da superf cie dos componen tes ver sec o 2 4 3 que n o foram eliminados pela primeira aplica o Figura 26 Esta desenvolve se ao longo de duas fases remo o de toda a geometria de natureza redundan te e simplifica o atrav s da utiliza o de um algoritmo de simplifica o que remover uma percentagem dos v rtices tentando manter o mais poss vel a apar ncia visual original do componente Como j foi referido na An lise do Problema a
75. j aplica um BitArray que indica se cada componente existente no mode lo 3D indiferente ao par metro ou n o sentido escala indica se as transforma es resultantes da altera o do para metro afectam os componentes de ambos os lados do plano de corte ou s de um dos lados este par metro s aplic vel caso exista um s plano de corte associado a este par metro Toda a informa o contida nos diversos objectos da classe parametro armaze nada num ficheiro em formato ASCII com a mesma designa o do ficheiro que cont m o modelo 3D mas com a extens o PMT Este ficheiro serve de interface para a quarta apli ca o 4 5 Parametriza o do Modelo 3D Elimina o de compo Simplifica o geom trica Defini o de par metros Parametriza o do nentes visualmente da superf cie dos com e respectivos planos de modelo 3D pouco significativos ponentes corte A quarta aplica o Figura 29 possibilita a parametriza o do modelo 3D segundo os par metros que foram definidos na terceira aplica o Para que a quarta aplica o possa ser executada necess rio que o ficheiro de parametriza o do modelo 3D j tenha sido criado pela aplica o anterior Se tal n o sucedeu a execu o da aplica o de parametriza o interrompida com a respectiva mensagem de erro 8 RR Vector de valores bin rios 59 Capitulo 4 Implementa o da Solu o 1
76. jecto posicionado mais pr ximo do observador ou a regi o da imagem ocupada por este se torna mais significativa s o utilizadas malhas cada vez mais detalhadas Pode se concluir que quando a dist ncia ao observador aumenta o tamanho relativo do objecto na imagem diminui pelo que conveniente diminuir a reso lu o da respectiva malha j que a perda de detalhe se torna mais impercept vel podendo ser utilizadas vers es progressivamente simplificadas como se ilustra na Figura 9 amp amp ee a 69473 faces b 36767 faces c 11229 faces Fig 9 Malha de um coelho para diferentes tamanhos com tr s n veis de detalhe LOD Silva05 16 Capitulo 2 Estado da Arte Em termos pr ticos o nivel de detalhe relaciona se directamente com o numero de faces arestas e v rtices que constituem o objecto Assim sendo quanto maior for o n mero de faces mais perfeitas s o as aproxima es das superf cies curvilineas existentes nos objectos e consequentemente maior ser o consumo de mem ria e de esfor o computacio nal Green amp Sun95 Um LOD elevado torna o objecto visualmente mais realista e agrad vel ao olhar Por outro lado um objecto com um LOD reduzido consome menos mem ria e exi ge um menor esfor o de processamento mas possui um aspecto visual mais pobre e menos realista caso seja visualizado a curta dist ncia Pela observa o da Figura 9 pode concluir se que para uma dist ncia reduzida as
77. lmente signifi cativos 4 2 2 rea Relativa Tal como foi descrito na An lise do Problema a rea representativa de cada compo nente consiste na rea da sua projec o na vista mais significativa a que possui a projec o de maior rea O c lculo desta rea um processo relativamente complexo e uma vez que dever ser realizado para cada um dos componentes do modelo 3D tamb m ser conside ravelmente lento Tal como j foi referido na sec o anterior este c lculo poderia ser reali 52 Cap tulo 4 Implementa o da Solu o zado na fase de arranque da aplica o No entanto no caso concreto da rea esta solu o tamb m possui as duas desvantagens atr s enunciadas Uma abordagem mais eficiente consiste em recorrer mais uma vez aos paralelepi pedos envolventes dos componentes Nesta abordagem a rea representativa do compo nente consiste na rea da maior face do paralelep pedo que o envolve Figura 25 Tal como sucedeu no c lculo do volume o c lculo da rea segundo esta abordagem consiste numa aproxima o grosseira a rea exacta da projec o do componente na sua vista mais signifi cativa No entanto visto que o c lculo dessa rea extremamente simples consiste na mul tiplica o de duas das dimens es do paralelep pedo envolvente a rapidez de todo o pro cesso muito elevada Para cada componente calculada a raz o entre a sua rea repre sentativa e a rea representat
78. m poss vel identificar caso seja necess rio quais s o os componentes que n o s o afectados pelo par metro em quest o Em termos de implementa o toda a informa o relativa a um par metro e ao seu plano de corte armazenada na classe parametro Esta classe crucial para o funciona mento do terceiro e quarto m dulos e ser descrita a seguir 4 4 1 Classe Par metro Em termos de implementa o cada par metro representado por um objecto da classe parametro que constitu da pelos seguintes atributos desig designa o do par metro por exemplo a altura id TipoPlano identifica o tipo de plano consoante paralelo ao plano XY XZ ou YZ dist PlanoAoCentro vector que quantifica as dist ncias ao centro geom trico do modelo 3D dos v rios planos de corte limites vector que define o intervalo de valores m nimo e m ximo no qual o par metro pode variar valor original quantifica o valor original do par metro antes de sofrer qual quer altera o valor actual quantifica o valor actual do par metro ap s a ltima altera o ob plano vector que armazena as primitivas gr ficas do tipo Box que represen tam visualmente os v rios planos de corte 58 Capitulo 4 Implementa o da Solu o n obj n aplica quantifica o n mero de componentes que s o indiferentes ao par metro se este n mero for nulo ent o o pr ximo atributo obj aplica ignorado ob
79. m engenharia de Produ o Universidade Federal de Santa Catarina Florian polis 2001 Struik87 Struik D Hist ria Concisa das Matem ticas Tradu o de Jo o Cosme Santos Guerreiro Lisboa Gradiva 1987 Suzuki00O H Suzuki Y Sakurai T Kanai F Kimura Interactive Mesh Dragging with an Adaptive Remeshing Technique The Visual Computer Vol 16 no 3 4 pp 159 176 2000 Zorin97 D Zorin P Schroder and W Sweldens Interactive Multiresolution Mesh Editing Computer Graphics In Proceedings of Siggraph pp 259 268 1997 Webgrafia http3DRunway Site oficial optitex 3D Runway Design vers o 6 http www optitex com en products 3DRunway Tools 3d Runway Designer http3DS 3DS MAX 2009 Reference On line Guide help http3DSMAX Site oficial 3DS MAX vers o 2009 Autodesk lt http usa autodesk com adsk servlet index id 5659302 amp sitelD 123112 http3DSMAX Site oficial Autodesk 3DS MAX vers o 2010 http usa autodesk com adsk servlet index id 5659302 amp sitelD 123112 http3DSMaya Site oficial Autodesk Maya vers o 2010 http usa autodesk com adsk servlet pc index id 13577897 amp sitelD 123112 httpAutocad Site oficial Autodesk Autocad vers o 2010 http www autodesk pt adsk servlet index sitelD 459664 amp id 12306811 79 Refer ncias Bibliograficas httpAutoFurniture Site oficial Auto Furniture http www furnituresoft software com auto htm httpBlender Site oficial
80. m que esta solu o tornaria o processo de simplifica o consideravelmen te mais r pido visto que os volumes de cada componente j estariam calculados tem ainda assim duas importantes desvantagens Em primeiro lugar o tempo de arranque da aplica o poderia ser demasiado longo consoante a complexidade e o n mero de componentes exis tentes Geralmente esta situa o produz uma sensa o de frustra o no utilizador que dever ser tendencialmente evitada Em segundo lugar existe a limita o de que nenhum componente do modelo 3D poder sofrer qualquer tipo de altera o do seu volume ap s o processo de c lculo inicial visto que se tal sucedesse os c lculos efectuados inicialmente ficariam imediatamente desactualizados A aplica o desenvolvida funciona paralelamente ao viewport do 3DS MAX e por conseguinte nada impede o utilizador de realizar qualquer tipo de altera o aos modelos 3D que possa eventualmente afectar o volume de alguns componentes Por outro lado impedir que o utilizador possa modificar o modelo 3D atra v s do viewport e durante a execu o da aplica o viola o princ pio de paralelismo inerente arquitectura do 3DS MAX Uma alternativa mais eficiente e menos limitativa consiste em calcular o volume do paralelep pedo envolvente do componente Bounding Box em vez de calcular o volume do pr prio Figura 24 O c lculo de volume do paralelep pedo envolvente pode ser considera do como uma aproxim
81. ma escolhido e apresentar a principal motiva o para a sua realiza o Adicionalmente descreve os princi pais objectivos do trabalho desenvolvido No segundo capitulo realiza se uma descri o dos principais conceitos e t cnicas uti lizadas na simplifica o geom trica e parametriza o de modelos 3D No terceiro cap tulo estudado o problema da simplifica o de modelos 3D e da sua parametriza o em tempo real tanto numa perspectiva geral como no contexto mais espe Capitulo 1 Introdu o cifico do mobiliario de escritorio relativo a empresa usada como caso de estudo Adicional mente especificada uma solu o para o problema analisado que tenta sempre que possi vel tirar o Maximo partido das plataformas tecnol gicas j utilizadas pela empresa Nesse sentido realizada uma descri o sum ria de todas as plataformas seleccionadas para a implementa o da solu o No quarto cap tulo procede se a uma descri o pormenorizada do processo de implementa o da solu o proposta salientando se as principais dificuldades encontradas durante o seu desenvolvimento O quinto cap tulo consiste na avalia o de resultados onde realizada uma an lise do desempenho da solu o desenvolvida quer nos seus aspectos mais qualitativos ou visuais quer nos aspectos de efici ncia dos resultados obtidos No sexto cap tulo s o apresentadas as principais conclus es retiradas da realiza o deste trabalh
82. muitos casos tamb m fun cionam em rede Normalmente estas aplica es s o baseadas em Sistemas de Modela o 3D j dispon veis no mercado A rea de marketing directo a potenciais clientes apresenta v rias necessidades a este n vel como por exemplo a eventual altera o de pormenor de alguns elementos constituintes dos produtos de forma a satisfazer as necessidades especifi cas de cada cliente 1 2 1 Detalhe Elevado versus Visualiza o em Tempo Real Devido ao elevado n vel de detalhe dos modelos 3D criados em sistemas de CAD quando estes ltimos s o exportados para as aplica es de visualiza o acabam por exigir um elevado volume de recursos computacionais que dificultam a sua visualiza o e parame triza o em tempo real Infelizmente nesta situa o muitas empresas optam ainda assim por utilizar os mesmos modelos 3D para ambos os fins o que implica resultados mediocres na visualiza o em tempo real Uma solu o comum se bem que trabalhosa e demorada consiste em desenvolver atrav s de um processo muitas vezes manual vers es simplifica das dos modelos 3D originais 1 3 Objectivos O presente trabalho prop e uma solu o alternativa para este problema que consis te num conjunto de metodologias que cumpram os seguintes objectivos e Converter automaticamente os modelos 3D altamente detalhados de mobili rio modelos de produ o desenvolvidos em sistemas de CAD para modelos consi derav
83. n lise de Multi resolu o de Malhas Arbitr rias Multiresolution Analysis of Arbitrary Meshes Eck95 O m todo de an lise em multi resolu o MRA baseado numa proposta de multi resolu o por wavelets isto sobre o uso de uma malha base simples mais uma sequ ncia de termos de correc o local chama dos de coeficientes wavelets os quais capturam em diferentes resolu es os detalhes pre sentes no objecto representado Eck et al descreveram como a MRA pode ser aplicada para 21 Capitulo 2 Estado da Arte a aproxima o de uma malha qualquer e constr i as aproxima es MRA garantindo erro M ximo limitado C T cnicas de Dizima o Decimation Techniques Os mecanismos desta categoria removem iterativamente v rtices da malha Por cada v rtice removido gerado um novo conjunto de faces triangulares que colmatar o o buraco resultante da remo o A maioria destes mecanismos realiza altera es a malha de uma forma muito localizada o que contribui para preserva o da topologia do objecto original Nos casos em que absolutamente imperativo preservar a topologia o v rtice e os respec tivos tri ngulos que o partilham s s o removidos se essa remo o n o afectar a topologia Estes mecanismos s o relativamente f ceis de implementar podem ser muito r pidos e s o particularmente adequados para a remo o de geometria redundante Um dos primeiros trabalhos de simplifica o de malhas foi p
84. n multi resolution and the real time constraint parameterization of the simplified 3D models The resulting process of simplification and parameterization of 3D models can be easily integrated on a Virtual Reality environment and become the basis for a fu ture interface with potential customers Keywords 3D Modeling CAD Virtual Reality Geometric Simplification and Constraint Parameterization VII Indice APradecIimentOS iscriere oaae Tosa d adaga osso madss ais dadas cias nana dass aad III Listas de FIGURAS scecciscassewninaisesineumcsacinensedegutaeGuneu E E A Lsos o nendsaiossnEndi XI Listas de Tabelas ssesessessessosssessessssossosssesoessecsessesoecosssessessessessessessesoesoseseeo XIII GIOSSANO a sn ceeacotinnatce var A A E A ondas sis Saia XV DOT OGUE AO DRESS O RR ERR a ERES EO JE RI MIRROR RO 1 1 1 Sistemas de CAD versus Sistemas de Modela o 3D scecssceccecscccceccccnccecsccscnccscncescnccecsccecns 2 4 2 Sistemas de CAD CAM asus nani ada RIU Ei RO dada 4 1 2 1 Detalhe Elevado versus Visualiza o em Tempo Real ccccceseccceeseececeescceceessceecuueececsueecceeeeeceeeeneeeeesagers 6 4 RE ODIO CUM OS gere RAR RR ERRO RD ANDAM RAD RR AR PRE GRAN RA NR RSRS RR RE AR 6 14 Estrutura da Teseu aaa sois asas R Gia dean dU Ga SO DORES ECO A cescacadacclarccesnsecsnccunncens 7 2 Estado dI AM CC asas sisa noso aros GnsS o Rs an EIGin cea satacuduansaeteeesiauiaeudeavevacesabestensaeesess 9 2 1 M
85. na simplifica o geom trica da superf cie dos modelos 3D o que tornou mais r pido e eficiente o processo de simplifica o dos modelos 3D Adicionalmente o recurso parametriza o com restri es possibilita a realiza o de altera es dimensionais aos modelos 3D sem comprometer a integrida de estrutural do objecto real correspondente O modelo 3D resultante do processo de simplifica o parametriza o poder ser facilmente integrado num ambiente de Realidade Virtual que funcione como inter face com potenciais clientes Palavras Chave Modela o 3D CAD Realidade Virtual Simplifica o Geom trica e Parametriza o com Restri es Abstract The aim of this work is to find a solution for the problem of real time visualiza tion and parameterization of highly detailed 3D models known as production models originally created in CAD systems The 3D models developed in an industrial context are usually geometrically complex because they must represent as closely as possible their real world counter parts finished products and components The geometrical complexity of these 3D models demands a huge processing power which by the current technological stan dards difficult their real time visualization and parameterization Furthermore such complexity also contributes to a large memory usage which also complicates the use of these models over the Internet However in spite of these difficulties the real time
86. ncionalida des de visualiza o 3D e interac o em tempo real com modelos geometricamente comple xos e que por outro disponibilizasse uma linguagem de programa o suficientemente robusta est vel e poderosa 43 Cap tulo 4 An lise do Problema A escolha baseou se essencialmente nas capacidades de modela o 3D nas facilida des de exporta o de ficheiros nas capacidades da linguagem nativa n o s na simplifica o geom trica e na parametriza o de modelos 3D mas tamb m no desenvolvimento das interfaces e no sistema de visualiza o utilizada pela empresa em caso de estudo a FAMO A escolha recaiu no sistema de modela o 3DS MAX por preencher todos os requisi tos mencionados para al m de ser um dos mais utilizados a n vel mundial Adicionalmente o sistema de modela o escolhido tamb m uma das tecnologias utilizadas pela empresa em causa 3 5 1 Sistema de Modela o 3DS MAX O 3DS MAX um sistema de modela o que possui um vasto leque de funcionalida des o que o torna uma ferramenta poderosa na cria o visualiza o e modifica o de modelos 3D Estas qualidades s o respons veis pela sua utiliza o em larga escala Sendo normalmente usado na modela o e anima o 3D orientada para os dom nios dos jogos de computador filmes spots publicit rios videoclips e na cria o de mundos virtuais Figura 21 Este sistema tamb m possibilita a automatiza o de tarefas complexas
87. nentes escondidos O Permite ao utilizar optar por visualizar componentes que v o ser eliminados activa se a op o Escondidos ou o modelo 3D simplificado activa se a op o Resultado Final recorrendo a s ntese de imagem disponibilizadas pelo siste ma 3D O Permite aplicar definitivamente o processo de simplifica o de elimina o aos componentes seleccionados na lista 93 Anexos Representa o Gr fica da Janela Flutuante Simplifica o Multi Resolu o A janela referente simplifica o por Multi Resolu o inclui comandos para a altera o ao n vel da malha dos componentes que comp e o modelo 3D Permite reduzir o n me ro das faces em termos de percentagem do n mero total de v rtices mantendo uma quali dade consider vel em visualiza o realista A interface da simplifica o Multi Resolu o encontra se dispon vel atrav s do bot o Multi Resolu o muito semelhante anterior constitu da por uma lista de componentes que comp em a janela de visualiza o e que se define por seis grupos JX Simplifica o Multi Resolu o imp i Ela ts O 03 1 006 01 REBITE C CILINDRICA M10 FTT 1 C 03 1 008 01 REBITE C CILINDRICA M10 FTT 2 C 03 1 00 01 REBITE C CILINDRICA M10 FTT 3 00 03 1 008 01 REBITE C CILINDRICA M10 FTT 4 O 03 1 046 01 PARAFUSO C CILINDRICA UMBRAKO O 03 1 046 01 PARAFUSO C CILINDRICA UMBRAKO CI 03 1 046 01 P
88. nteira B Rep Os s lidos podem ser representados atrav s de diferentes tipos de representa es das quais se salienta a Representa o pela Fronteira tamb m conhecida por B Rep abrevia tura de Boundary Representation que uma das mais utilizadas Tal como o nome indica o volume do s lido delimitado pela sua fronteira que corresponde a superf cie do objecto Associada a cada face da superf cie existe um vector normal que aponta para o exterior do objecto Hoffmann8g9 Figura 3 Fig 3 Representa o do vector normal de um s lido Os s lidos representados atrav s da B Rep possuem fronteiras do tipo 2 manifold A palavra manifold do ingl s arcaico significa algo que possui muitas partes muitos elemen tos ou formas Por defini o as fronteiras do tipo 2 manifold s o aquelas nas quais cada uma das arestas existentes dever ser partilhada obrigatoriamente por duas faces Hoff mann89 Figura 4 Se esta condi o n o for respeitada a identifica o do volume do objecto poder tornar se amb gua o que implica que j n o poder ser considerado um s lido 10 Capitulo 2 Estado da Arte Fig 4 Fronteira de um solido constituido por um conjunto de faces agregadas Casacurta99 Ainda segundo M ntyl Mantyla88 uma fronteira 2 manifold um espa o topol gico onde cada ponto tem uma vizinhan a topologicamente equivalente a uma regi o do espa o Euclidiano bidimensional Assim
89. o n vel de complexidade geom trica necess rio para O representar No mesmo exemplo um parafuso geometricamente mais complexo 1700 faces do que o tampo da mesa 340 faces Figura 14 Numa perspectiva de fabrico a complexidade geom trica de alguns componentes perfeitamente justific vel pelo facto de servirem de refer ncia produ o do componente real principalmente em sistemas CAD CAM pn SING Fig 14 Complexidade geom trica de um tampo de secretaria versus um parafuso Numa perspectiva de visualiza o o elevado nivel de complexidade geom trica dos modelos 3D dispens vel Nesta situa o a geometria dos modelos pode ser substancial mente simplificada sem que a sua apar ncia visual sofra altera es que sejam facilmente percept veis Para que o processo global de simplifica o do modelo 3D possa ser verdadeiramen te eficiente dever englobar as duas vertentes de simplifica o descritas a elimina o dos componentes visualmente pouco significativos e a simplifica o geom trica dos componen tes n o eliminados 31 Cap tulo 4 An lise do Problema 3 1 1 Elimina o dos Componentes Visualmente Pouco Significa tivos Para que a elimina o de componentes possa ser realizada necess rio antes de mais definir o que se entende por um componente visualmente pouco significativo Um componente visualmente pouco significativo aquele que se removido do modelo 3D a que
90. o para 13 do seu n mero de compo nentes para 2 do n mero de faces e para 3 do n mero de v rtices relativamente ao modelo original como se pode observar o aspecto visual do modelo 3D preservado desde que este possua uma percentagem do n mero de componentes superior a 13 relativa mente ao n mero original 5 1 2 Modelo Kima b M ximo Detalhe b M dio Detalhe c M nimo Detalhe Fig 31 Modelo de um Bloco Kima a partir dos quais foram gerados modelos simplificados 68 Capitulo 6 Conclus es Maximo detalhe M dio Detalhe M nimo Detalhe 48320 31328 2524 N Faces 77 50 4 um 51404 30604 28 2 Vertices 76 46 4 51 18 5 N de Componentes 51 18 5 Tabela 3 Compara o do n de faces v rtices e componentes do Bloco Kima em tr s vers es de simplifi ca o de elimina o de componentes Pela an lise da tabela 3 podem se obter as seguintes conclus es o n vel m ximo detalhe permitiu simplificar consideravelmente a complexidade geom trica do modelo efectuando uma redu o para 51 do n mero de componentes para 77 do n mero de faces e para 46 do n mero de v rtices relativamente ao modelo original sem existir uma perda not ria de qualidade visual do modelo 3D o n vel m dio detalhe permitiu uma redu o para 18 no total dos seus componentes possuindo aproximadamente entre 49 do n mero de faces e 46 do n mero de v rtices relativamente ao modelo o
91. o que incluem um resumo dos objectivos atingidos e uma lista de desenvolvi mentos futuros O s timo e ltimo cap tulo consiste nos anexos que apresentam os resultados obti dos sobre os processos de simplifica o em dois modelos 3D e um breve manual de utiliza o das aplica es desenvolvidas no contexto desta tese Capitulo Il 2 Estado da Arte Este cap tulo come a por uma introdu o a tem tica da Modela o 3D apresentan do alguns conceitos fundamentais Em seguida efectua um resumo do estado da arte relati vamente simplifica o geom trica de modelos 3D e a respectiva parametriza o geom trica com restri es topol gicas 2 1 Modelo 3D Objecto 3D e S lido A crescente utiliza o de modelos tridimensionais para representar objectos reais ou imagin rios impulsionou o desenvolvimento de sistemas de modela o cada vez mais vers teis e abrangentes Um sistema de modela o possibilita a cria o manipula o e a visuali za o de modelos 3D compostos por diversos objectos Um objecto 3D pode ser classificado como um s lido se o seu volume o espa o interior delimitado pela superf cie do objecto for identific vel sem qualquer tipo de ambiguidade A complexidade de um modelo 3D pode variar de um simples cubo at objectos extremamente complexos como por exemplo um avi o um navio um edif cio ou at mesmo toda uma cidade Capitulo 2 Estado da Arte 2 2 Representa o por Fro
92. objecto que faz uso da grande maioria das funcionalidades disponibilizadas pelo 3DS MAX httpIBD Esta linguagem semelhante linguagem de programa o BASIC e assim sendo uma lingua gem f cil de utilizar possui uma sintaxe definida por um conjunto organizado e coerente de instru es e regras pelo qual se expressam as v rias tarefas execut veis Figura 22 i A linguagem BASIC foi criada com fins did cticos pelos professores John G Kemeny e T Kurtz em 1963 no Dart mouth College O BASIC uma linguagem de programa o simples e largamente dispon vel que resume o essencial para a descri o de algoritmos e permite uma f cil extens o natural a grande parte das outras linguagens mais elaboradas FORTRAN por exemplo 45 Capitulo 4 An lise do Problema A linguagem de programa o MAXScript permite desenvolver uma interface gr fica do tipo WIMPS GUI Windows Icons Menus and Pointer System Graphic User Interface integrada na interface do 3DS MAX que possibilita ao utilizador uma facil e r pida interac o com as aplica es desenvolvidas Fie Edit Search View Toots Options Lengquese Windows Help Iscoptinaims 2dimensionsmentoms Jdefnicaoplanosms 4eimmacooms 5 Untied global Tala global TelaPA global TelaR global Tela ubhty ut Simplifica o Simplifica o groupBox groupi Simplhca o pos 5 10 width 150 herght B0 checkbutton bt simplifica Elimina o hi
93. odelo 3D Objecto 3D e S lido uia essinssse sois a nie add SE qUadis dede aa dd 9 2 2 Representa o por Fronteira B Rep ccccccsscscssscsccssccsccsccecceccecceccescusccsccesseccsccscceccesceccescs 10 2 3 Representa o por PoliedroS suis saias creio arandos inca di DT UC CO ico DOR DATENA DURE Dias etnies 12 2 4 Malhas POISONAIS 5 cases aesisasss a ruas das ib asas ead casas sucocasce E 14 2 41 Modelo de Malha Poligonal assis sina ad nadas aaa nad a voseundsncssadoosdaatece tone 14 24 2 Malha PONSONAI Seussdssisaesas ariana a aa da de eaniie r 14 24 3 9implitica o de Malha e LOD saias ienes Dans s NS a a E Sadus Redes LADEN suar add Mace suede 15 2 4 4 Classifica o dos Algoritmos de Simplifica o de Malha cccccccsssssececeeeesseececeaeeeeeceeeeeeseeeeeseeegeeeeeeees 17 DAN WO DOIOC Ia aii setae ae tees ED ad a ca DE Madi O a DU O aa a ea 19 2 4 4 2 Mecanismos de Remo o de Pol gonos ssseeecccceeessccecceeeescceceeeeessececeeuueeccceseuceceesseeeaeceesseaegesss 20 ZAA SS TiO Ge Simpliica o sai si ential a ia in da aa na 24 2 5 Parametriza o com Restri es sessesscecececesesescececececescesecececeseseseecececececeseseececesesesescececesesese 24 VIII 2 6 Sumario do Capitulo Saunas seia bn erccootsviecececsscaitecuetesvesawara E a aot 26 3 Analise do ProblemMa sssssseccscccsesssccsscsocccecsccccsesescosssoseccscesesessccesssssesssse 27 3 1 lt Simpliticacae
94. os sa ser utilizado no sistema de modela o 3DS MAX o respectivo ficheiro necessita de ser importado Tal como j foi salientado na Especifica o da Solu o o 3DS MAX capaz de importar ficheiros nos mais diversificados formatos entre os quais se encontra o formato AIM Os modelos importados encontram se representados atrav s da representa o da Fronteira B Rep Esta representa o particularmente adequada para a aplica o de algo ritmos de simplifica o tal com j foi referido anteriormente 4 2 Elimina o de Componentes Visualmente Pouco Significati VOS Elimina o de compo implifica o geom trica Defini o de par metros Parametriza o do nentes visualmente da superf cie dos com e respectivos planos de modelo 3D pouco significativos ponentes corte gt O AIM Autodesk Inventor Model o formato nativo do sistema de CAD Autodesk Inventor para o armazenamen to de modelos 3D 49 Cap tulo 4 Implementa o da Solu o A primeira fase da simplifica o tem como objectivo eliminar todos os componentes do modelo 3D que n o contribuem significativamente para a apar ncia visual deste ltimo Os componentes podem ser eliminados segundo dois crit rios o volume relativo e a rea relativa Figura 23 4 2 1 Volume Relativo O c lculo do volume de um componente pode ser uma tarefa particularmente com plexa e demorada Fundamentalmente a complexidade deste processo m
95. pertence n o afecta a apar ncia visual deste ltimo Para determinar se um componente ou n o visualmente significativo pode optar se por duas poss veis abordagens 3 1 1 1 Volume Relativo do Componente Uma das abordagens para o problema consiste em calcular a raz o entre o volume do componente e o volume do modelo 3D a que pertence Esta raz o permite identificar os componentes cujo volume demasiado pequeno relativamente ao volume do modelo 3D Geralmente os componentes identificados atrav s desta abordagem s o visualmente pouco significativos No entanto existem componentes que possuem um volume percentualmente insignificante mas que n o s o necessariamente visualmente pouco significativos Um bom exemplo desses componentes consiste numa ilharga que pelo facto de ser fina possui um volume reduzido mas que devido sua rea exposta nunca poder ser considerada como visualmente pouco significativa Figura 15 32 Capitulo 4 An lise do Problema Ilhargas Fig 15 Representa o da base da secret ria Mater atrav s de Ilhargas 3 1 1 2 rea Relativa do Componente Uma outra abordagem para identificar componentes visualmente pouco significati vos consiste em recorrer a area da sua superficie em detrimento do seu volume Uma vez que os componentes s o objectos tridimensionais importa identificar em que consiste esta rea Uma poss vel op o a rea total da superf cie do componente
96. progressivamente simplificadas e criadas em pr processamento Uma simplifica o desta natureza possui a vantagem de possibilitar uma varia o cont nua no n vel de detalhe que visualmente mais agrad vel e realista do que a varia o de detalhe do caso anterior na qual existem transi es abruptas de um LOD para o seguinte 2 5 Parametriza o com Restri es Segundo Speck Speck01 o processo de modela o baseada em restri es permite criar modelos 3D de produtos com dimens es variadas Neste m todo as liga es bidirec cionais entre o modelo e o esquema de dimensionamento permitem a regenera o auto 24 Capitulo 2 Estado da Arte matica de modelos depois da altera o das dimens es e consequente actualiza o automa tica das dimens es relacionadas O desenvolvimento de um novo produto muitas vezes realizado a partir de produ tos j existentes Se ap s um modelo ter sido criado modelo manipulado em sistemas de CAD o utilizador verifica a necessidade de efectuar uma altera o todos os elementos associados a essa altera o devem ser actualizados automaticamente reduzindo horas de trabalho e eliminando ambiguidades Desta forma o utilizador tem uma liberdade conside r vel para testar diferentes configura es utilizando um nico modelo com o intuito de se ajustarem as suas necessidades espec ficas Este processo permite dar assim um salto quali tativo em termos de rigor e de
97. pt que realiza um escalamento uniforme ou n o uniforme a um determinado modelo 3D 61 Cap tulo 4 Implementa o da Solu o em 20 cm ap s este escalamento a dist ncia entre as pernas e as extremidades do tampo j n o seria igual aos 10 cm originais Para evitar este tipo de situa es necess rio que as restri es de posicionamento sejam respeitadas durante a parametriza o para que o posicionamento relativo dos v rti ces seja preservado Nesse sentido cada v rtice pertencente a um componente intersecta do pelo plano de corte dever ser deslocado na direc o da normal do plano de corte e no sentido determinado pelo aumento ou diminui o do par metro e pelo lado do plano em que o v rtice se encontra Esta ultima informa o obtida durante a segunda fase do pro cesso de classifica o Assim sendo no caso de o par metro aumentar os v rtices afastam se do plano de corte e caso contr rio aproximam se Os resultados da segunda fase da classifica o s o armazenados num conjunto de bitArrays designado por vec plano obj vert Neste conjunto para cada plano de cor te e componente armazenado um bitArray que identifica o lado em que cada v rtice do componente se encontra relativamente ao plano de corte em quest o Cada bitArray possui um n mero de elementos igual ao n mero de v rtices existentes no componente associado Figura 31 a VV A eee Vv oe o VERTICE
98. remo o de pol gonos utilizado s e quanto sua natureza que poder ser est tica ou din mica 2 4 4 1 Topologia No presente contexto a topologia consiste na estrutura de conex es existente entre os diversos pol gonos que constituem a malha do objecto 3D a ser simplificado Para distin guir entre a topologia e a geometria do objecto 3D podemos levar em considera o o exemplo da transforma o de uma esfera numa elips ide atrav s de um escalamento no eixo do Z Esta transforma o n o altera a topologia do objecto mas em contrapartida altera a sua geometria Figura 11 Luebke01 Fig 11 Altera o geom trica mas n o topol gica da esfera Os algoritmos de simplifica o podem preservar ou n o a topologia do objecto a ser simplificado Os algoritmos que preservam a topologia produzem resultados muito bons no tocante apar ncia do objecto simplificado que nestes algoritmos mais semelhante apar ncia original Os algoritmos que n o preservam a topologia t m mais liberdade para 19 Capitulo 2 Estado da Arte alterar a geometria do objecto o que implica uma maior aptidao para a simplificacao Infe lizmente a n o preserva o da topologia tamb m contribui para que a apar ncia do objecto resultante seja menos semelhante apar ncia do objecto original Um elemento importante para a caracteriza o da topologia de um determinado objecto consiste no seu Genus O Genus como j foi
99. riginal mantendo uma semelhan a apreci vel com a apar ncia do modelo original O resultado obtido do n vel m nimo foi visualmente mais fraco que o modelo Mater tal como se pode ver na figura 31 verifica se uma perda de alguns componentes visualmente significativos por exemplo a remo o dos componentes que comp em a base p s do modelo colocando em causa a estrutura do modelo 69 Capitulo 6 Conclus es Nas tabelas 4 e 6 s o apresentados o desempenho do processo de simplifica o geom trica da superf cie dos componentes em termos da redu o do n mero de v rtices Para um conjunto diferenciado de objectos em que o n mero de faces v rtices varia consi deravelmente o n mero de v rtices diminui aproximadamente para metade de um n vel multi resolu o para o seguinte durante o processo de simplifica o As tabelas 5 e 7 permitem comparar a geometria das malhas o n de v rtices e ter uma maior percep o dos valores obtidos com a simplifica o por elimina o de componen tes nas diferentes vers es de simplifica o da superf cie das componentes 5 2 Simplifica o da Superf cie das Componentes 5 2 1 Modelo Mater a Modelo b M ximo Detalhe c M nimo Detalhe Original Fig 32 Vers es Simplificadas para dois n veis de detalhe da secret ria Mater Modelo Original M ximo Detalhe M nimo Detalhe 251416 116788 54256 N Faces 100 46 22 o 201222 100619 50316 N V
100. ript disponibilizado atrav s do menu Help do 3DS MAX 46 Cap tulo 4 An lise do Problema 3 6 Sum rio do Cap tulo O objectivo deste cap tulo consistiu na an lise e na descri o detalhada dos problemas que dever o ser solucionados para que os objectivos desta tese possam ser atingidos Adi cionalmente foram apresentadas um conjunto de poss veis solu es tecnol gicas para estes problemas Sempre que poss vel tentou se tirar o m ximo partido das solu es exis tente no actual estado da arte e realizando tamb m o melhor aproveitamento poss vel dos recursos tecnol gicos que a empresa possui No pr ximo cap tulo ser descrita detalhadamente a implementa o das solu es que foram avan adas neste cap tulo 47 Capitulo IV 4 Implementacao da Solucao As solu es para os problemas analisados no cap tulo 3 foram implementadas na linguagem nativa do 3DS MAX o MAXScript No cap tulo anterior optou se por dividir o problema em tr s partes principais a simplifica o geom trica dos modelos 3D a sua parametriza o e a sincroniza o entre o modelo de apresenta o e o seu cong nere de produ o A primeira parte desenvolve se em duas etapas a elimina o de componentes visualmente pouco significativos e a simplifica o geom trica das superf cies dos compo nentes n o eliminados ver sec o 3 1 A segunda parte desenvolve se igualmente em duas etapas a saber defini o dos par metro
101. roposto por Schroeder em 1992 Schroeder92 e designava se por algoritmo de Dizima o da Malha Triangular Triangle Mesh Decimation Neste trabalho a remo o dos v rtices feita atrav s da elimi na o de arestas e faces adjacentes a esse v rtice que depois preenchido por um proces so de re triangulac o A topologia preservada e a sua geometria aproximada em rela o ao modelo original O algoritmo realiza m ltiplos passos sobre todos os v rtices da malha usando informa es de geometria e topologia locais para eleger a remo o de um v rtice O v rtice e os tri ngulos adjacentes s s o retirados se isso n o afectar a topologia local ou se a superf cie simplificada estiver abaixo de uma determinada dist ncia da n o simplifica o C Esquemas de Fus o de V rtices Vertex Merging Schemes Estes algoritmos simplificam a malha atrav s da fus o de dois ou mais v rtices num s repetindo esta opera o at atingir o n vel de simplifica o desejado Normalmente no caso de simplifica es elevadas estes algoritmos produzem aproxima es muito grosseiras do modelo porque n o preservam a topologia nem a geometria do mesmo 22 Capitulo 2 Estado da Arte As abordagens baseadas no Colapso de Arestas Edge Collapsing simplificam a malha atrav s da fus o de v rtices pertencentes a mesma aresta Estas abordagens ao contr rio do caso anterior tendem a manter a topologia local do modelo Ou
102. rrespondente coluna for intersectado pelo plano de corte correspondente a linha a que essa c lula pertence Se a c lula contiver um valor diferente de zero ent o o compo 60 Cap tulo 4 Implementa o da Solu o nente n o foi intersectado pelo plano de corte e o valor absoluto contido nessa c lula iden tifica a dist ncia do centro do componente ao plano de corte O sinal do valor armazenado na c lula identifica o lado em que o componente se encontra relativamente ao plano de corte Figura 30 OBJECTO 3D PLANO DE CORTE B objecto interceptado pelo plano de corte Fa objecto nao interceptado pelo plano de corte Fig 30 Diagrama da Matriz 2D do Vec plano obj A segunda fase da classifica o mencionada importante para o processo de altera o da dimens o dos componentes intersectados A solu o mais comum para alterar a dimens o de um componente que utiliza o modificador de escalamento o Scale apre senta uma importante desvantagem que consiste no seguinte ap s a transforma o as posi es relativas dos v rtices que constituem o componente n o s o preservadas o que implica a altera o da estrutura morfol gica do mesmo Um exemplo dessa situa o consis te numa secret ria cujas pernas se encontram a 10 cm das extremidades do tampo a qual aplicado um modificador de escalamento com o intuito de aumentar a largura da secret ria O Scale um modificador do 3DS MAX MAXScri
103. s dimensionais e respectivos planos de corte e parametriza o do modelo 3D ver sec o 3 2 No presente est gio de desenvolvimento a terceira parte resume se a uma implementa o provis ria de natureza essencialmente manual ver sec o 3 3 Na implementa o da solu o optou se por dividi la em quatro aplica es interliga das de acordo com as partes identificadas anteriormente na An lise do Problema e 12 Elimina o de componentes visualmente pouco significativos e 22 Simplifica o geom trica da superf cie dos componentes e 32 Defini o de par metros e respectivos planos de corte 48 Capitulo 4 Implementa o da Solu o e 42 Parametriza o do modelo 3D Estas aplica es utilizadas sequencialmente possibilitam um fluxo de trabalho que transforma um modelo 3D de produ o num modelo 3D de apresenta o pass vel de ser parametrizado dimensionalmente As aplica es implementadas s o funcionalmente inde pendentes mas encontram se interligadas atrav s do modelo 3D existente e da informa o relativa aos par metros e respectivos planos de cortes que partilhada entre a 32 e 42 apli ca o 4 1 Importa o do Modelo 3D Os modelos de produ o s o originalmente desenvolvidos no sistema de CAD Auto desk Inventor Estes modelos est o armazenados na mem ria auxiliar em ficheiros no for mato AIM que o formato nativo do Autodesk Inventor Portanto para que o modelo p
104. s disponibilizados pela linguagem MAXScript o Optimize eoMultiRes No contexto deste trabalho o modificador Optimize utilizado unica e exclusi vamente para a remo o de geometria redundante que porventura possa existir na superfi cie do componente O modificador MultiRes simplifica a geometria da superf cie de um determinado componente atrav s da aplica o de um algoritmo de simplifica o da malha poligonal so Optimize um modificador do 3DS MAX MAXScript que realiza a optimiza o de uma malha B Rep de um modelo 3D sendo capaz de remover toda a geometria redundante que porventura possa existir O MultiRes um modificador do 3DS MAX MAXScript que realiza a simplifica o de uma malha B Rep de um modelo 3D Esta simplifica o pode reduzir consideravelmente a complexidade geom trica do modelo 3D mas possui o inconveniente de poder alterar substancialmente a apar ncia visual do modelo simplificado relativamente ao original 55 Capitulo 4 Implementa o da Solu o baseado no m todo de Aglomera o de V rtices Vertex Clustering Um dos par metros mais importantes deste modificador consiste no VertexPercentage que permite esti pular qual ser aproximadamente a percentagem de v rtices no componente resultante do processo de simplifica o relativamente ao n mero de v rtices originais Apesar de este modificador aceitar percentagens muito baixas na ordem do 1 importante salientar qu
105. s e par metros escritos numa determinada linguagem de pro grama o geralmente interpretada para a execu o autom tica de tarefas 89 Anexos 2 Passos para executar os Scripts 1 Abrir o Script 2 File gt Evaluate All ou tecla de atalho Ctrl E A interface desenvolvida constitu da por um conjunto de dois grupos Simplifica o Neste grupo o utilizador poder aplicar processos de elimina o de um conjunto de componentes assim como a simplifica o da sua malha Parametriza o Neste grupo o utilizador poder definir um conjunto de par me tros dimensionais e respectivos planos de corte que permitem a posterior parametri za o do modelo 3D Lighting Analysis Customize MAXScript Help Tentacles Pis Fics dino SI 8316 Be JAROT E o 6 GUS E O GQ ee zj Giid 1000m o eea riam Q EE ID Add Time Tag SetKey J KeyFiters 4 0 1B D gt AE Fig 37 Painel de comandos da implementa o proposta Quando se procede coloca o do ponteiro do rato sobre os bot es Elimina o Multi Resolu o Defini o de Planos e Dimensionamento permitem aceder a uma janela flutuante onde poss vel aceder a um conjunto de op es que representam o ambiente de trabalho ao utilizador As janelas flutuantes consistem em janelas de posicio 90 Anexos namento livre e que se encontram numa camada superior relativamente ao restante inter face As janelas criad
106. ssa efec tuar manualmente as altera es correspondentes ao modelo de produ o Futuramente pretende se implementar uma solu o autom tica para este problema e que j foi descrita de forma resumida na An lise do Problema 63 Capitulo 4 Implementa o da Solu o 4 7 Sum rio do Cap tulo O objectivo deste cap tulo consistiu na descri o detalhada da implementa o das solu es descritas no terceiro cap tulo A implementa o das solu es consistiu no desen volvimento de quatro aplica es que funcionam em ambiente 3DS MAX e foram escritas na linguagem MAXScript No pr ximo cap tulo ser realizada a avalia o das solu es implementadas 64 Capitulo V 5 Avalia o dos Resultados Para realizar a avalia o dos resultados obtidos pela solu o desenvolvida foram uti lizados quatro modelos distintos relativos a quatro pe as de mobili rio produzidas pela empresa em caso de estudo Os quatro modelos consistem respectivamente em duas secret rias Mater e Ekeno e dois blocos Smile e Kima que se podem observar na Figura 32 Estes modelos foram escolhidos pelo facto de serem bons representantes da gama de mobili rio produzido pela empresa em caso de estudo Fig 32 Modelos 3D Originais da esquerda para a direita secret ria Mater secret ria Ekeno bloco Smile e bloco Kima Pela observa o dos valores contidos na tabela 1 poss vel concluir que os modelos 3D ac
107. ssario Sigla AIM ASCII BASIC B REP CAD CAM CSG GUI ISO LOD MIT WIMPS Significado Autodesk Inventor Model American Standard Code for Information Interchange Beginners All purpose Symbolic Instruction Code Boundary Representation Computer Aided Design Computer Aided Manufacturing Constructive Solid Geometry Graphic User Interface International Standardization Organization Level Of Detail Massachusetts Institute of Technology Windows Icons Menus and Pointer System XV Capitulo 1 Introdu o A Computa o Gr fica um ramo da ci ncia da computa o que se dedica ao estudo de teorias t cnicas e m todos que possibilitam a sintese de imagens recorrendo ao uso de computadores McGrawHill02 Poder alternativamente ser definida de uma forma mais abrangente segundo a ISO como sendo m todos e t cnicas para convers o de dados para dispositivos gr ficos atrav s do computador Figueiras87 Adicionalmente segundo Foley Foley95 as aplica es da Computa o Gr fica estendem se para al m deste campo relativamente especializado Na sua curta hist ria atraiu algumas das pessoas mais criativas do mundo da Inform tica e n o s para este dom nio Estes emergem de todas as reas desde a arte at ci ncia passando pela musi ca a dan a e o cinema A sua lista de aplica es enorme destacando se segundo o mes mo autor Foley95 as seguintes Ci ncia e Tecnologia C
108. ssccceeececeseceeeeceeeeneeeauaces 84 Tabela 9 Compara o do n de faces v rtices e componentes do Bloco Smile em tr s vers es de simplifica o de elimina o de componentes ceecccseccceecscescceenseeeuseeeecceeuseeeneeeeseteusenens 85 Tabela 10 Compara o do n de faces v rtices e componentes do modelo Ekeno para duas vers es simplificadas da superf cie dos componentes para 50 e 25 do n mero original de XIII Tabela 11 Compara o do n de v rtices do modelo Ekeno entre o resultado obtido das vers es de simplifica o por elimina o das componentes Elimina o M xima Detalhe M dia Detalhe e M nima Detalhe e das vers es de simplifica o da superf cie das componentes Multi Resolu o M ximo M nimo cccccceeecccceeccceeecsccssseeeessseeeeseuceseeueeeeeeceseenseseeueeeeenesees 86 Tabela 12 Compara o do n de faces v rtices e componentes do modelo Smile para duas vers es simplificadas da superf cie dos componentes para 50 e 25 do n mero original de Tabela 13 Compara o do n de v rtices do modelo Smile entre o resultado obtido das vers es de simplifica o por elimina o das componentes Elimina o M xima Detalhe M dia Detalhe e M nima Detalhe e das vers es de simplifica o da superf cie das componentes Multi Resolu ao Maxima MINIMA sas issnioia seas ros salarios leanuieieiiasodatea won apdasteateioaaa a pad 87 XIV Glo
109. t o o plano de corte s poder afectar os componen tes existentes do lado do plano oposto ao lado no qual exista o bloco Figura 18 a b Fig 18 Identifica o do lado do plano de corte onde ocorre a transforma o exemplo a Resultado da transforma o exemplo b 37 Capitulo 4 An lise do Problema Outro tipo de excep es ocorre quando um componente intersectado pelo plano de corte mant m as suas dimens es ao contr rio do que seria esperado Um exemplo desta situa o consiste num parafuso que seja intersectado pelo plano de corte Isto sucede por que existem determinados componentes cuja dimens o nunca poder ser alterada mesmo que sejam intersectados Geralmente um par metro dimensional possui um nico plano de corte associado No entanto existem situa es em que faz sentido associar dois ou mais planos de corte ao par metro dimensional Dois planos de corte dividem o objecto em tr s regi es Neste con texto temos duas regi es nas extremidades nas quais os componentes podem ser altera dos em dimens o e posi o e uma regi o central constante na qual n o sofrem qualquer tipo de altera o Figura 19 Fig 19 Representa o de uma regi o central que n o sofre altera o 3 3 Sincroniza o do Modelo de Produ o com o Modelo de Apresenta o O processo de parametriza o do modelo de apresenta o introduz altera es que o tornam diferente do modelo
110. tamb m sens vel ao posicionamento da matriz relativamente a 23 Capitulo 2 Estado da Arte malha a ser simplificada O uso desta t cnica mais adequada para malhas extremamente densas e quando o grau de simplifica o exigido n o muito alto 2 4 4 3 Tipo de Simplifica o Os algoritmos de simplifica o podem ser de natureza est tica ou din mica A simpli fica o est tica consiste em criar na fase de pr processamento v rias vers es do modelo 3D com um n vel de detalhe progressivo Cada uma delas encontra se associada a um inter valo de dist ncias c mara dentro do qual essa vers o deve ser utilizada Durante a visuali za o O algoritmo calcula a dist ncia da c mara ao modelo 3D e avalia qual dos diferentes n veis de detalhe deve ser utilizado medida que a dist ncia aumenta o modelo actual substitu do por um outro menos detalhado e assim sucessivamente Este tipo de simplifica o pode ser muito vantajoso porque reduz consideravelmente o esfor o de processamento necess rio para visualizar o modelo 3D num ambiente virtual din mico e interactivo Na simplifica o din mica os n veis de detalhe s o gerados em tempo real ou seja aplicado um processo de simplifica o da malha ao modelo 3D em tempo real segundo um determinado crit rio Este crit rio tal como no caso anterior poder ser a dist ncia do modelo 3D c mara No entanto n o existe um conjunto de vers es
111. tante ferramenta no marketing directo e no pr prio processo de venda O processo de parametriza o acima descrito para al m de exigir uma visualiza o em tempo real tamb m implica transforma es geom tricas nos modelos 3D dos produtos comercializados que podem ser em certos casos particularmente complexas Portanto imperativo que nesta situa o os modelos 3D originais modelos de produ o sejam sim plificados antes de poderem ser parametrizados Adicionalmente o processo de parametri za o deve ser aplicado a um modelo 3D j existente e que foi criado manualmente em contraste com o processo mais habitual de estabelecer os par metros desejados e s depois gerar automaticamente o modelo 3D segundo os par metros pr estabelecidos A cria o autom tica de um modelo 3D cujos par metros s o conhecidos de ante m o um processo que apresenta uma importante vantagem no tocante sua parametri za o Esta vantagem consiste no facto das rela es de posicionamento dimens o e orien ta o existentes entre os diversos componentes que constituem o modelo 3D restri es serem obrigatoriamente conhecidas por exemplo saber que a dimens o do tampo de uma secret ria n o influ ncia a dimens o das respectivas pernas mas influ ncia a posi o destas 28 Capitulo 4 An lise do Problema ltimas relativamente ao centro do tampo Estas restri es definem a estrutura morfol gi ca do modelo 3D
112. tempo de cria o e altera o autom tica dos projectos per mitindo uma maior produtividade e efici ncia Especialmente em projectos cujos modelos 3D possuem um elevado detalhe a alte ra o de um par metro de um componente deve produzir o ajuste autom tico de todo o conjunto Este processo designado por parametriza o geom trica Actualmente muitos sistemas CAD possibilitam a parametriza o dos modelos durante a sua cria o facilitando futuras altera es A parametriza o permite que ao alterar uma cota por exemplo a geo metria de um s lido ou conjunto seja actualizada automaticamente Os sistemas que utilizam a parametriza o geom trica devem possuir na represen ta o do modelo informa o sobre os par metros dimensionais de cada componente assim como as rela es geom tricas e topol gicas entre eles de modo a garantir a gera o de configura es alternativas resultantes das altera es dos seus par metros Uma forma de implementar as rela es geom tricas a utiliza o de restri es Uma restri o descreve uma rela o que deve ser mantida FrMa90 Por exemplo a restri o de um objecto que deve ser paralelo a outro ou de uma linha que deve ser vertical Ao impor restri es entre componentes de um modelo poss vel gerar automaticamente variantes desse modelo que verifiquem essas restri es por altera es de par metros As restri es ajudam a controlar a geometria
113. tmo de simplifi ca o de objectos baseada em Voxels Voxel based object simplification He95 Este algo ritmo pode ser descrito como um processo de amostragem atrav s de uma representa o volum trica do modelo com o objectivo de obter uma melhor compreens o da estrutura contida nos dados volum tricos Este conjunto de dados definido numa matriz 3D Cada um dos elementos de volume uniforme dessa matriz s o denominados de voxels a cada voxel atribui se o valor 1 se este pertencer malha do objecto e o valor O se n o pertencer No final do processo os dados s o reconstru dos gerando uma representa o volum trica do objecto com menor resolu o B Algoritmos por Subdivis o Adaptativa Adaptative Subdivision Algorithms Estes mecanismos partem de uma simples malha de base que ap s subdivis es sucessivas se aproxima progressivamente do modelo original A sua utiliza o s adequa da quando a malha base facilmente encontrada por exemplo um terreno para o qual a malha de base seria neste caso concreto de forma rectangular Esta categoria possui ainda a vantagem de preservar a topologia do objecto Importa salientar que ao contr rio do que o procedimento habitual na simplifica o de malhas parte se de uma malha simples que ap s cada itera o ganha um n vel de detalhe progressivamente superior e cada vez mais aproximado da malha original n o simplificada Um exemplo consiste no algoritmo de A
114. tra t cnica proposta em 1993 por Rossignac e Borrel Rossignac amp Borrel93 baseada na Aglomera o de V rtices Vertex Clustering Esta t cnica come a por identificar o espa o envolvente Bounding Box do objecto original Essa regi o subdividida num con junto de c lulas voxels de tamanho uniforme e de forma c bica dispostos ao longo de uma matriz 3D Para cada c lula s o identificados todos os v rtices que se encontram locali zados dentro da mesma Em seguida todos esses v rtices s o substitu dos por um s v rtice localizado no centro geom trico da c lula a que pertencem figura 13 A A o Antes Depois Fig 13 Representa o antes e depois da t cnica de aglomera o de v rtices Ap s a simplifica o a malha resultante pode ser topologicamente diferente da malha original Adicionalmente todos os elementos que sejam inferiores em tamanho a c lula a que pertencem tendem a ser eliminados durante o processo Esse facto pode ser interessante pois garante um controlo expl cito do erro cometido durante a simplifica o que limitado pelo tamanho da c lula utilizada Por outro lado as matrizes 3D com uma resolu o muito baixa c lulas de tamanhos elevados que podem ser utilizadas para simpli fica es mais extremas tendem a produzir erros elevados degradando o resultado final Outro factor importante relativamente ao uso de uma matriz 3D que o resultado final da simplifica o
115. ue este ltimo possui uma geometria optimizada sem geometria redundante Esta situa o poder variar consoante o desenhador e a f brica A segunda etapa de simplifica o da superf cie do modelo 3D visa remover geometria que adiciona algum n vel de detalhe sua apar ncia visual Esta etapa afecta sempre a apa r ncia visual do modelo simplificado No entanto desej vel que as altera es apar ncia resultantes desta simplifica o sejam sempre impercept veis ou insignificantes Mas mesmo com esta limita o poss vel obter uma simplifica o consider vel da geometria Importa salientar que a segunda etapa do processo de simplifica o da superf cie exigir uma interven o cuidadosa do utilizador na escolha do n vel de detalhe desejado O modelo ap s o processo de simplifica o dever manter uma apar ncia visual semelhante ao modelo original e cabe ao utilizador decidir se essa apar ncia suficientemente seme lhante A escolha do n vel de detalhe por parte do utilizador um processo de natureza ite rativa no qual este ltimo dever escolher um nivel de detalhe que consiga por um lado preservar a apar ncia visual e por outro simplificar substancialmente a complexidade geom trica do modelo 3D 3 2 Parametriza o do Modelo 3D Uma das principais dificuldades em parametrizar modelos 3D j existentes e que neste caso foram criados manualmente consiste no facto de n o se conhecer sua a
116. uito dependente da morfologia desse componente Como j foi referido na An lise do Problema os modelos de produ o possuem normalmente um n mero muito elevado de componentes Nesse sentido realizar o c lculo do volume de todos os componentes de um modelo 3D desta natureza consiste num processo demorado e que exige um elevado esfor o de processa mento C 02 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 1 C 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 1 C 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 1 C 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 1 C 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 1 C 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 1 C 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 2 C 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 2 C 03 1 006 01 REBITE C EMBEBER M6 FTR 2 p Totais r Selec o de Componentes r Nome DE 3 TE Maemo a r Volume M imo 0T Adicionar Componentes da Viewport r Previs o Esconder Seleccionados r Visualiza o Detalhada Resultado Final Fig 23 Interface da aplica o de simplifica o de elimina o de componentes visual mente pouco significativos 50 Capitulo 4 Implementa o da Solu o Uma poss vel solu o passaria por realizar este esfor o de processamento na fase de arranque da aplica o em vez de o realizar durante o processo de simplifica o propria mente dito Se be
117. v s das janelas de visualizacao A selec o por nome efectuada atrav s dos nomes dos componentes Escre vendo o nome do componente ou componentes pretendidos no campo designa do por Nome s o seleccionados todos os componentes que cont m a palavra digitada A selec o de componentes por rea ou por volume desencadeada atrav s do valor introduzido pelo utilizador no spinner Automaticamente todos os compo nentes que est o dentro desse limite s o seleccionados Adicionalmente pode se acrescentar lista os componentes seleccionados a partir da janela de visuali za o pressionando no bot o Adicionar Componentes da Viewport em seguida seleccionar os componentes com o aux lio do rato O bot o Limpar retira a selec o de todos os componentes Antes de aplicar a elimina o definitiva dos componentes poss vel pr visualizar o resultado final quando se activa o bot o Esconder Seleccionados os objectos ficam invis veis e tem um reflexo imediato nas janelas de visualiza o Adicionalmente possivel obter informa o sobre o n mero de faces v rti ces e o n mero de componentes antes e depois do processo de aplica o da simplifica o por elimina o grupo 2 Igualmente poss vel identificar quais os componentes a serem eliminados pela indica o da letra E na coluna Inf da respectiva lista grupo 1 O bot o Mostrar anula o passo anterior mostra os compo
118. vez que s o muito utilizados nos dom nios da Arquitectura da Engenharia Naval e Aeron u tica da Ind stria Autom vel Electrodom sticos Mobili rio etc Os Sistemas de Modela o 3D s o muito semelhantes aos Sistemas de CAD mas em contrapartida colocam pouco nfase no elevado rigor geom trico na alta precis o em ter mos de dimens es com que os modelos 3D s o criados mesmo em termos de unidades utili zadas apresentam uma certa tend ncia para as unidades gen ricas evitando dessa forma as unidades reais como o mil metro ou o metro Adicionalmente os modelos criados s o geralmente menos detalhados do que os modelos de um Sistema de CAD uma vez que os componentes visualmente pouco significativos n o s o modelados ou s o representados atrav s do uso de texturas Em suma estes modelos n o s o destinados a servir de refer n cia para um posterior processo de fabrico ou constru o Habitualmente s o utilizados em Cap tulo 1 Introdu o contextos estritamente virtuais por exemplo nos Jogos de Computador no Cinema na Publicidade na Realidade Virtual e Aumentada etc Ambos os sistemas de CAD e de Modela o 3D podem ser de uma natureza gen ri ca preparados para modelar qualquer tipo de objecto por exemplo AutoCAD httpAuto cad Inventor httpInventor SolidWorks httpSolidWorks 3DS MAX http3DSMAX Maya http3DSMayal Blender httpBlender etc Figura 1 ou de uma natureza especializ
119. xos informa o encontram se dispon veis atrav s do bot o Elimina o do grupo de simplifi ca o que despoleta a seguinte janela flutuante O 03 1 008 01 REBITE C CILINDRICA MI0FTT 1 1712 C 03 1 008 01 REBITE C CILINDRICA M10 FTT 2 1712 C 03 1 008 01 REBITE C CILINDRICA M10 FTT 3 1712 C 03 1 008 01 REBITE C CILINDRICA M10 FTT 4 1712 C 03 1 046 01 PARAFUSO C7 CILINDRICA UMB 918 O 03 1 046 01 PARAFUSO C CILINDRICA UMB 918 C 03 1 046 01 PARAFUSO C7 CILINDRICA UMB 918 C 03 1 046 01 PARAFUSO CY CILINDRICA UMB 918 C 03 1 046 01 PARAFUSO C7 CILINDRICA UMB 918 Totais O Cont m uma lista de todos componentes identificados pelos seus nomes que comp em o modelo 3D Tamb m apresenta Informa es sobre o n mero de v r tices e faces que constitui cada componente O rea de informa o que indica a quantidade total de faces e v rtices que consti tui o modelo 3D e o n mero de componentes seleccionados Antes de realizar qualquer transforma o ou modifica o necess rio seleccio nar um ou mais componentes para estes possam ser transformados ou elimina dos A aplica o do processo de elimina o de componentes poder ser efectuada atrav s de diferentes processos 92 Anexos posicionamento com o ponteiro do rato nas checkbox da lista dos com ponentes seleccao de componentes por nome por area por volume e por selec cao de componentes atra

4.5. Parametrização do Modelo 3D

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