Animation der Montage von CATIA-Bauteilen

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1 Animation der Montage von CATIA-Bauteilen KONZEPTION UND PROTOTYP PRÄSENTATION ZUM PRAXISPROJEKT SS 2007 VON TIM HERMANN BETREUER: PROF. DR. HORST STENZEL

2 Motivation Voraussetzungen Ziele Datenkonvertierung Animation Fazit Inhaltsübersicht 2

3 Motivation unzählige Produkte, Maschinen oder Gebäude werden mit CAD-Programmen (Computer Added Design) entworfen die Darstellungen sind meist nur für Ingenieure geeignet die vorhandenen Daten können genutzt werden, um sie für verschiedene Einsatzgebiete visuell aufzubereiten und zu animieren dem Kunden kann man eine bessere Vorstellung über das Endprodukt vermitteln Einsatzgebiete können virtuelle Bedienungsanleitungen, Gebäuderundgänge oder Imagefilme sein 3

4 Voraussetzungen Daten eines PKW-Armaturenbrettes CATIA (Computer Aided Three-Dimensional Interactive Application) CATIA wird u.a. im Automobilbau und in der Luftfahrtechnik eingesetzt Bauteil in CATIA aus Einzelflächen zusammengesetzt Bauteile im CATIA eigenen.model-dateiformat 4

5 Voraussetzungen 5 CATIA Bauteil

6 Voraussetzungen Animation der Daten mit dem Modellierungs- und Animationsprogramm Autodesk MAYA MAYA ist mit allen Werkzeugen ausgestattet, die man zur Erstellung Animationsprojekten benötigt. Modeling, Animation, Dynamics und Rendering. 6

7 Ziele Endprodukt dieses Projektes ist ein Imagefilm für die Firma bw engineering Erfahrungen und Wissen zu erlangen, die es ermöglichen, eine Schnittstelle zwischen Ingenieurwesen und Informatik zu bilden 7

8 Datenkonvertierung Mit Testdaten Realisierbarkeit überprüfen Export-/Importmöglichkeiten von CATIA und MAYA vergleichen Arbeitsplatz im Institut für Produktentwicklung, Produktion und Qualität IGES (Initial Graphics Exchange Specification) STL (SurfaceTesselationLanguage) STEP (Standard for Exchange of Product Data Model) 8

9 Datenkonvertierung 9 IGES ursprünglich für zweidimensionale Drahtmodelle entwickelt und später auf dreidimensionale Daten ausgedehnt definiert ein neutrales, herstellerunabhängiges Datenformat Die Daten werden in einzelnen Einheiten gespeichert und in beliebiger Hierarchie angeordnet Informationen können im ASCII-Code oder binär gespeichert werden IGES sieht auch Flächeninformationen vor, dies wurde aber von den meisten CAD-Herstellern nicht implementiert STEP Daher gehen Flächeninformationen verloren Manuelles Einfügen der Flächen nicht möglich, da ein Bauteil schnell aus über Flächen besteht

10 Datenkonvertierung 10

11 Datenkonvertierung 11 IGES

12 STL Datenkonvertierung Dateninterface dient hauptsächlich der Bereitstellung geometrischer Informationen Objekte werden als geschlossene Beschreibung mit Hilfe von Dreiecksfacetten abgespeichert Die Dreiecksfacette wird durch die drei Eckpunkte sowie die zugehörige Flächennormale charakterisiert Nachteile: ein Bauteil auch als ein homogenes Objekt abgespeichert, was bei der Animation unerwünscht sein kann zum Anderen gibt es mehrere Fehlerquellen wie Lücken, Überlappungen sowie Fehlorientierungen der Dreiecksfacetten keine direkte Umsetzung von gekrümmten Formelementen möglich Verzerrung von Formelementen durch den gewählten Approximationsgrad 12

13 Datenkonvertierung 13 STL

14 Datenkonvertierung 14 STL

15 STEP Datenkonvertierung 15 STEP-Format soll andere Datenaustauschstandards wie IGES, DXF oder VDAFS ersetzen Beschreibung umfasst neben den physischen auch funktionale Aspekte eines Produktes STEP ist formal in dem ISO-Standard definiert Aufgrund der Standardisierung ist STEP für den Datenaustausch zwischen verschiedenen Systemen geeignet Flächeninformationen als NURBS-Flächen (Non Uniform Rational B-Spline) gespeichert Hohe Genauigkeit Hohes Datenvolumen

16 Datenkonvertierung 16 STEP

17 Datenkonvertierung Deep Exploration direkte Schnittstelle zu CATIA hilfreiches Werkzeug für das Konvertieren verschiedenster 2D und 3D Inhalte unterstützt die meisten 2D und 3D Dateiformate, auch Formate die Animationen enthalten, so dass das Importieren und Exportieren von Dateien aus anderen Programmen leicht gemacht wird Plug-In für Maya vorhanden, allerdings nur für Vollversion Trial-Version bot OBJ-Format an 17

18 Datenkonvertierung 18 OBJ-Dateiformat (Wavefront Object) OBJ-Dateiformat unterstützt Linien, Polygone, Freiform-Kurven und Oberflächen Die meisten OBJ-Dateien enthalten ausschließlich polygonale Daten Flächen können einfach zusammengefasst werden ALLE DATEIFORMATE BEI KOMPLEXEN BAUTEILEN NICHT 100% FEHLERFREI

19 Datenkonvertierung 19

20 Animation 20 Storyboard

21 Animation 21 Storyboard

22 Animation 22 Storyboard

23 Animation Koordinatensystem anpassen Skalierung und Rotation der Bauteile Daten bereinigen Entfernen überflüssiger Informationen, z.b. importierte Materialien Keyframe-Animation Stammt aus der Zeit der Comicfilme Schlüsselbilder werden festgelegt Comiczeichner haben die Zwischenbilder gezeichnet übernimmt heute der Computer Geeignet für Kamerafahrten und Animation des Ausströmers 23

24 Animation Kameraflüge mit Motionpath-Animation Kamera fährt entlang eines B-Splines Höhere Kontrolle 24

25 Animation 25

26 Animation 26 Luft mit Hilfe von Partikeln Partikel sind die kleinsten Elemente, die im Raum platziert werden können Damit kann die Luft visualisiert werden Emitter-Objekt stößt Partikel aus Volumen-Emitter hinter Ausströmer Curve-Flow für Luftkanal

27 Materialien Für das Ende der Animation Beleuchtung 3 Punkt-Beleuchtung Rendering Animation Die Bildberechnung wird als Rendering bezeichnet Sehr zeitaufwendig Zusammensetzen der Einzelbilder Film- und Videoschnittprogramm 27

28 Animation 28 FILM

29 Fazit Animation erst teilweise fertiggestellt Rendern sehr zeitaufwändig Kein verwendetes Datenformat zufriedenstellend Entwicklungsbedarf Für kleinere Projekte Dateiformate nutzbar Sonst nur teure Tools 29 Animation wird noch fertiggestellt

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