Generative Design: Optimalizált topológiájú felületek integrálása CAD modellekbe

Térbeli modellek tervezése egy igen összetett folyamat, melyben az esetleges esztétikai szempontok mellett ügyelni kell különféle (tipikusan fizikai) megszorítások betartására is, és mindemellett
fontos lehet valamilyen jellemző – pl. a felhasznált anyagmennyiség – optimalizálása. Ebben segít
a Generative Design (GD). A GD egy modern iteratív módszer, ahol valamilyen AI algoritmus, a
megadott geometriai kényszereknek megfelelően optimalizál bizonyos mennyiségeket (tipikusan
az anyagmennyiséget), amelyek különböző fizikai sajátosságokat határoznak meg (mint pl. szilárdságtani vagy esetleg hőtani sajátosságok). A technológia igen jövőbemutató, hiszen az eddigi
módszerekkel ellentétben, itt már a tervezés korai szakaszában részt vesz aktívan a mesterséges
intelligencia és így számos különböző modell is létrejöhet.
A Generative Design algoritmusok általában valamilyen diszkrét modell reprezentációt (voxel grid, implicit távolságtér, sokszögháló) adnak, hiszen a különböző szimulációk ezeken végezhetőek jól. Számunkra a végső cél azonban, hogy egy CAD modellbe integrálható eredményt
kapjunk, amely így számos geometriai problémát is felvet. Kutatásom során ezeket a problémákat kívántam megismerni és ezekre megoldásokat találni.
Az alapvető feladat az, hogy a generálás során megkapott valamiféle diszkrét modellből egy
zárt, standard parametrikus felületekkel illesztett határfelület-reprezentációt hozzunk létre. Ez
egy összetett folyamat, mely számos lépésből áll: a megadott geometriai kényszerek detektálása,
eliminálása; a régiók találkozásának finomítása, javítása; az alakzat régiókra bontása (ehhez
quad-struktúra létrehozása); a régiók határainak illesztése görbékkel; az egyes régiók illesztése
4-oldalú B-spline felületekkel.
A munkát irodalomkutatással kezdtem, ahol igyekeztem megismerni magát a generativedesign algoritmust ill. az adott geometriai problémákat. Jelenleg viszonylag kevés olyan cikk
található, amely a teljes problémát összefogja. Az egyik ilyen az Autodesk csapata által írt publikáció [1]. Az itt leírt megoldás található meg a Fusion360 nevű, Autodesk programban, így az
irodalomkutatást követően ebben a keretrendszerben igyekeztem megismerkedni a problémával.
Ezt követően tértem rá az implementálásra, először egy 2D környezetben. Itt az előbb leírt lépések közül megvalósítottam a kényszerező alakzatok detektálását, a határok finomítását, ill.
különböző quadmesh generáló és particionáló algoritmusokat, majd ezeket teszteltem egyszerű példák segítségével. Ezen algoritmusok konstruálásánál további irodalomkutatást végeztem,
ahol igyekeztem a már meglévő megoldásokat megismerni. A végül elkészült programban bár az
egyes lépések elvégzésére implementált algoritmusok működnek, további fejlesztésre van szükség
a quadmesh generálás problémáját illetően. Amennyiben ezt sikeresen teljesítem, következhet a
probléma 3D-be ültetése, amely során a már meglévő algoritmusok egy része szintén használható
marad, azonban számos új nehézség vetődhet fel.

[1] Martin Marinov – Marco Amagliani – Tristan Barback – Jean Flower – Stephen Barley – Suguru Furuta – Peter Charrot – Iain Henley – Nanda Santhanam – G Thomas Finnigan
és mások: Generative Design conversion to editable and watertight boundary representation.
Computer-Aided Design, 115. évf. (2019), 194–205. p.

Horváth Ákos

2021/ 2/ 26.

Támogató: Shapr3D Zrt.

Be the first to comment

Leave a Reply

Your email address will not be published.




Ez az oldal az Akismet szolgáltatást használja a spam csökkentésére. Ismerje meg a hozzászólás adatainak feldolgozását .