선체 외판은 다양한 곡률을 가진 곡면으로 이루어져 있으므로 선박설계, 선각생산을 위한 선형의 기하하적 모델링에 있어서 순정작업은 시간이 많이 소요되는 일이나 피할 수 없는 작업이다. 본 논문에서는 교차순정법의 지루한 작업을 극복할 수 있는 수학적 순정법인 직접순정법을 제시하였다. 선체외판의 곡면표현을 위하여 3차의 B-spline 곡면식이 사용되었다. 순정작업은 외판의 변형에너지를 최소화하는 방법으로 수행되었다. 선체외판의 순정도 판정을 위하여 Gaussian 곡률과 판의 변형에너지의 값을 색상을 통하여 가시화 하였다. 순정작업에 의한 곡면모델로부터 산출된 선형의 기하학적 정보는 기본설계계산, 선각생산 등 선형과 관련된 전산시스템에 활용될 수 있도록 정보연계에 이용되었다.
선박설계에 있어 초기선형설계는 설계요구를 만족하는 초기선형 정의와 정의된 선형의 순정 과정을 거친다. 이 과정에서 선형의 3차원적 정의와 효과적인 순정방법이 동시에 요구된다. 본 논문에서는 곡선망 선형순정법의 결과로 얻어지는 곡선망 선형을 이용하여 곡면간 기하학적 연속($GC^1$)이 만족되는 곡면으로 선형을 정의하였다. 본 논문에서 제시된 방법은 곡선망의 생성과정에서 나타날 수 있는 불규칙한 다각형에 대해서도 곡면화가 가능한 방법이다. Hermite 혼합 Coons 면조각, Convex 조합, Gregory 면조각 보간방법을 선형곡면화에 적용시켜 선체를 3차원 곡면으로 표현했다. 생성된 곡면의 순정도에 대한 검증은 곡면간 교차를 통한 수치적인 방법을 적용하였으며, 실선에 작용한 결과를 예로서 보였다.
전산기를 이용한 순정작업은 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 첫번째는 단면곡선, 즉 2차원 곡선을 순정하고 다른 단면에서도 역시 부드러운가를 확인하는 전통적인 방법이다. 두번째는 곡면을 이용하는 것으로 전산기의 발달과 더불어 최근 많이 사용하고 있는 방법이다. 그러나 이 경우 먼저 선형을 곡면으로 정의하여야 하나 복잡한 선형의 경우 쉽지가 않다. 본 연구에서는 곡선의 순정기법을 확장하여 그물망 곡선(mesh curve)의 경우에 대해 비균일(non-uniform) B-Sp line 곡선을 이용한 Rong의 방법으로 선형의 순정작업을 행하였다. 그러나 Rong의 방법에는 곡선의 양 끝점에서의 기울기가 고정되어야 하는 제한이 있으며 곡면화 방법에 대한 기술이 명확하지 못하다. 본 연구에서는 곡선의 양끝의 기울기를 고정시키지 않고 순정작업을 할 수 있도록 하였으며, 순정된 결과를 곡면화하는 방법을 제안하였다.
본 연구에서는 선박의 기본설계 단계에서 정의된 선도를 입력 정보로 하여 순정도 높은 선형을 표현할 수 있는 기법을 개발하였다. 곡선모델링의 경우, de Casteljau (드 카스텔죠)알고리듬과 Bezier 조정점을 이용하여 자유곡선을 표현하였고, 이를 토대로 Non-Uniform B-Spline(NUB) 곡선, Spline곡선 등으로 서로 변환(Conversion)할 수 있는 Unified curve modeling( 곡선모델링 단일화) 기법을 정립하였다. 곡면모델링의 경우, 곡면정의를 위하여 입력되는 그물망 곡선(Mesh curve net)을 먼저 Unified curve modeling 기법에 의하여 Interpolation(보간)한 후, "Remeshing" (그물망 곡선의 재생성)기법에 의하여 Gregory surface patch(그레고리 곡면 patch)의 Mesh curve segment(경계 세그멘트 곡선)를 생성하고 이를 접속하여 순정도 높은 Composite surface(합성곡면)를 만드는 기법을 개발하였다.
In this paper a new technique of inverse fairing problem for ship hull is proposed. Recently Lu solved the inverse fairing problem for automobile's body that was made by one surface element. In this system however hull surface is constructed by Gregory's composite surface interpolation method. So reflection line at boundary position is used as a tool of solving inverse problem in surface fairing. But the results are not good. The new concepts of Normal vector line and Constrained reflection line are introduced as an alternative tool. Energy minimization method for Normal Vector Line curve net and the inverse method for Constrained Reflection Line by using optimization technique are examined And the final lines from this proposed surface fairing method shows good fairness.
이 논문에서는 periodic 균일 knot vector 뿐만아니라 open 균일 knot vector를 사용하여 선체형상을 Bi-cubic B-spline곡면으로 수식화하는 방법을 보인다. B-spline곡면을 형성하기 위한 B-spline control vertex는 기본 함수의 pseudoinverse matrix를 사용하여 결정된다. 주어진 offset과 형성된 선체곡면을 비교한 결과 잘 일치하였다. 곡면의 순정을 검토하기 위하여 Gaussian곡률을 많은 작은 곡면조각에 대해 계산하여 흑백의 농도 차이를 이용하여 도시화하였다.
이 논문에서는 화가의(Painter's) 알고리듬을 사용하여 3차원 자유형상곡면(Three dimensional free form surface)을 가시화하는 방법을 개발하였고, 특히 선체형상은 Open 균일 B-Spline 곡면으로 정의하였다. 컴퓨터그래픽스를 응용하여 와이어프레임, 숨은면제거, 묘영등의 가시화를 위한 프로그램을 완성하였다. 또한 선체곡면의 순정을 검토하기 위해 Gaussian 곡률값을 15등급으로 구분하여 등급별 색(color)처리 하였다.
In reverse engineering, existing products are digitized fur the computer modeling. Using the digitized data, surfaces are modeled for new products. However, in the digitizing process measuring errors or deviations can be happened often in practice. Thus, it is important to adjust such errors or deviations during the computer modeling. To adjust the errors, fairing of the modeled surfaces is performed. In this paper, we present a surface fairing algorithm based on various fairness metrics. Fairness metrics can be discrete. We adopt discrete metrics for fairing given 3D point set. The fairness metrics include discrete principal curvatures. In this paper, automatic fairing process is proposed for fairing given 3D point sets for surfaces. The process uses various fairness criteria so that it is adequate to adopt designers'intents.
This is describes the automatic mesh generation on the ship hull surface. At first ship hull is defined as a cillocation of composite surface patches which satisfy the geometic continuity between adjoining patches by using Gregory surface method. Node points that would be mesh points are ganerated by considering the surface curvature. The triangulation of the node points is by the combination of Ohtsubo's method and Choi's one. After triangulation, shape improvement and quadrilateralization is done with specific criterin. An application to the actual ship and the results are shown.
In the reverse engineering, surfaces are modeled for new products by interpolating the digitized data points obtained by measuring the existing shapes. However, many measuring or deviation errors are happened during the measuring process. If these errors are ignored, designers could get undesirable results. Therefore, it is important to handle such errors and fairing procedure with the esthetics criteria is needed during surface modeling process. This paper presents algorithms for the fairing of B-spline surfaces. The algorithms are based on automatic repositioning of control points for B-spline surfaces. New positions of the control points are determined by solving a non-linear programming of which the objective functions are derived variously using derived surfaces and constraints are established by distance measures between the original and the modified control points. Changes in surface shapes are analyzed by illustrations of their shapes and continuous plotting of gaussian and mean curvatures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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