Manipulation von NURBS-Kurven und Flächen in VR-Umgebungen

Oliver Sniehotta, Leibniz Universität Hannover, diploma thesis
01/1998

Der industrielle Konstruktionsprozeß hat sich im Laufe der Jahre immer stärker auf EDV-gestützte CAGD-Systeme verlagert und ist heute ohne ihren Einsatz nicht mehr denkbar. CAGD-Systeme bieten dem Anwender eine exakte mathematische Beschreibung der konstruierten Geometrien, gleichzeitig hohe Geschwindigkeit und schnellen Zugriff auf große Datenmengen. Darüber hinaus hat der Benutzer jederzeit die Möglichkeit, die erstellten Geometrien aus beliebigen Blickwinkeln zu betrachten.

Das entstehende Produkt ist also zu einem frühen Zeitpunkt sichtbar. So wird eine schnelle und effektive Konstruktionsphase innerhalb des Produktentstehungsprozesses ermöglicht. Dies hilft Zeit und Kosten zu sparen, denn je mehr Konstruktionsfehler im späteren Verlauf der Prozeßkette auftauchen, um so länger dauert es und um so teurer ist es, sie zu beseitigen. Neben diesen Vorteilen gegenüber dem klassischen Konstruieren am Zeichenbrett werden CAGD-Systeme nicht allen Anforderungen an den Konstruktionsprozeß gerecht. Die bearbeiteten Daten im Rechner sind dreidimensionale Daten, dem Anwender stehen in der Regel aber nur zweidimensionale Eingabegeräte und ein zweidimensionales Display zur Verfügung. Aufgrund der eingeschränkten Visualisierungsmöglichkeiten ist der Konstrukteur allenfalls durch seine persönlichen Erfahrungen in der Lage, Unstimmigkeiten im Design zu entdecken, den Montageprozeß zu simulieren oder die Erreichbarkeit von Bedienelementen zu analysieren. Um den Konstruktionsprozeß weiter zu verbessern und zu beschleunigen, setzt man VR-Systeme ein. Diese bieten dem Benutzer eine dreidimensionale Darstellung der erstellten Geometrien und dreidimensionale Interaktionsmöglichkeiten. Das macht das neue Produkt bereits vor der ersten Fertigung von Modellen für den Konstrukteur und Designer erlebbar. Er kann sich um das Produkt, zum Beispiel ein Automobil, herumbewegen und es dabei aus beliebigen Blickwinkeln betrachten, er kann sich virtuell hineinsetzen, um einen Eindruck vom Innenraum zu bekommen, oder er kann Montagemöglichkeiten testen. VR-Systeme haben allerdings den Nachteil, daß die dreidimensionale Darstellung sehr rechenintensiv ist und es somit schwierig ist, die geometrischen Objekte gleichzeitig zu manipulieren und schnell darzustellen. Die Szene wird deshalb aus Polygonen aufgebaut. Ein weiterer Nachteil besteht in der Auflösung der heutigen VR-Eingabegeräte. Die mit ihnen erreichbare Genauigkeit liegt weit unter der von CAGD-Systemen. Optimal wäre also eine Verbindung von CAGD und VR, so daß man die Vorteile beider Systeme nutzen kann. Das Ziel dieser Arbeit ist es, auf der Basis des VirtualDesign~II-Systems des Fraunhofer IGD ein Programm zu schaffen, das die direkte Manipulation von CAGD-Daten - speziell von NURBS-Geometrien - in einer VR-Umgebung ermöglicht.

Kontakt: Franz-Erich Wolter