Ευχαριστώ ιδιαίτερα τον καθηγητή κύριο Παντελή Αντωνιάδη, για τη στήριξη και τις πολύτιμες συμβουλές του, καθώς και τον εργαστηριακό συνεργάτη κύριο

Transcript

1 1

2 Περιεχόμενα Ρερίλθψθ / Abstract... 4 Κεφάλαιο 1 ο - Γενικι Ειςαγωγι: Ρωσ μπικαν ςτθν ηωι μασ οι τριςδιάςτατεσ τεχνολογίεσ απεικόνιςθσ Εξζλιξθ των Τριςδιάςτατων τεχνολογιϊν Θ τριςδιάςτατθ απεικόνιςθ ςυνάρτθςθ τθσ τεχνολογίασ Σκοπόσ τθσ Ρτυχιακισ Κεφάλαιο 2 ο - Χριςθ τριςδιάςτατων τεχνολογιϊν ςε εφαρμογζσ και τον επιςτθμονικό χϊρο τθσ Θλεκτρολογίασ Τεχνολογίεσ απεικόνιςθ υψθλισ ποιότθτασ και πιςτότθτασ Απεικόνιςθ κτιριακϊν υποδομϊν/μονάδων και καλωδιϊςεων Απεικόνιςθ θλεκτρικϊν μθχανϊν, βιομθχανικοφ εξοπλιςμοφ, γραμμϊν παραγωγισ, και προδιαγραφϊν αςφάλειασ Απεικόνιςθ ενςωματωμζνων ςυςτθμάτων ολοκλιρωςθσ τεχνολογιϊν Απεικόνιςθ ςτθν εκπαίδευςθ και κατάρτιςθ εξειδικευμζνου προςωπικοφ Κεφάλαιο 3 ο Διάκριςθ Εργαλείων και Ανάλυςθ Βαςικϊν Εννοιϊν 3D Mdelling Ταξινόμθςθ, ρόλοσ και δυνατότθτεσ τριςδιάςτατων εφαρμογϊν Βαςικζσ ζννοιεσ και λειτουργικζσ παράμετροι Τριςδιάςτατθσ Μοντελοποίθςθσ Κεφάλαιο 4 ο - Μεκοδολογία παραγωγισ μοντζλου ενςωματωμζνου ςυςτιματοσ παρακολοφκθςθσ, με το Sftimage SI τθσ Autdesk Κοιτϊντασ τα δεδομζνα Ρροετοιμαςία πριν τον μοντελιςμό και τθν οπτικοποίθςθ Ρεριγραφι μοντελοποίθςθσ Oracle Sun Sunspt Υλικά(materials)κριτιρια διαχωριςμοφ Ambient Occlusin Pass Τίτλοι ςτα ςτοιχεία Lcal Texture Crdinates Κεφάλαιο 5 ο - Τελικι Ραρουςίαςθ Μοντζλων που Σχεδιάςτθκαν Τεχνικζσ απεικόνιςθσ με κριτιριο το επίπεδο λεπτομζρειασ Ραρουςίαςθ τελικϊν mdels,τελικϊν οπτικοποιιςεων και ςυνκζςεων Σφνοψθ τθσ μεκοδολογίασ απεικόνιςθσ Κεφάλαιο 6 ο - Αξιολόγθςθ διαδικαςίασ μοντελοποίθςθσ και πορίςματα πτυχιακισ Αξιολόγθςθ Sftimage ωσ εργαλείο ευρφτερθσ τριςδιάςτατθσ απεικόνιςθσ Αξιολόγθςθ Sftimage για τθν απεικόνιςθ του ςχεδιαςτικοφ αντικειμζνου Μελλοντικζσ ερευνθτικζσ προκλιςεισ και κατευκφνςεισ αξιοποίθςθσ Επιςτθμονικι / Τεχνικι Βιβλιογραφία: Γλωςςάρι Τεχνικϊν Πρων

3 Ευχαριστώ ιδιαίτερα τον καθηγητή κύριο Παντελή Αντωνιάδη, για τη στήριξη και τις πολύτιμες συμβουλές του, καθώς και τον εργαστηριακό συνεργάτη κύριο Πέτρο Πιστοφίδη για την υπομονή του και την σχολαστικότητα που επέδειξε, κατά την επίβλεψη και την συγγραφή, του επιστημονικού αυτού συγγράμματος. Ευχαριστώ όλους όσους νοιάστηκαν για μένα και με ώθησαν στο παρελθόν με παραινέσεις τους για να προχωρήσω στην εκπαίδευση μου. Ιδιαίτερα ευχαριστώ την οικογένεια μου την μητέρα μου, τον αδερφό μου, τον θείο μου Αριστογένη, και τον θείο μου Στέφανο. Αφιερώνω αυτήν την πτυχιακή στη μνήμη του πατέρα μου, που έφυγε το

4 Περύληψη / Abstract Ρερίλθψθ (GR) Οι Τεχνολογίεσ Τριςδιάςτατθσ απεικόνιςθσ ζχουν εξελιχκεί ςε ιςχυρά εργαλεία, ικανά να παράγουν ψθφιακά μοντζλα με μεγάλθ ακρίβεια και υψθλι πιςτότθτα. Ραράλλθλα, οι τεχνικζσ και οι μεκοδολογίεσ 3D μοντελοποίθςθσ ζχουν αναβακμιςτεί, ϊςτε να μποροφν να εξυπθρετιςουν ζνα ςθμαντικά ευρφ φάςμα αναγκϊν και πεδίων εφαρμογισ. Ο χϊροσ τθσ Θλεκτρολογίασ τόςο ςε επιςτθμονικό όςο και ςε αναπτυξιακό επίπεδο υιοκζτθςε αρκετά νωρίσ τθν τακτικι αξιοποίθςθσ των τεχνολογιϊν αυτϊν. Τόςο ςτθ μακρο-κλίμακα των θλεκτρολογικϊν ςχεδίων όςο και ςτθν μικρο-κλίμακα των θλεκτρονικϊν ςυνκζςεων, τα 3D μοντζλα ζρχονται να προςφζρουν ςε όλα τα ςτάδια τθσ διαδικαςίασ ςχεδιαςμοφ και υλοποίθςθσ. Από το ςχζδιο τθσ πλακζτασ, όπου απαιτείται ακρίβεια ςτθν απόδοςθ των δομϊν ολοκλιρωςθσ, μζχρι το τελικό προϊόν, όπου κρίνεται απαραίτθτθ θ χριςθ ενόσ αιςκθτικά/οπτικά ανϊτερου μοντζλου, οι 3D τεχνολογίεσ ςυμμετζχουν παντοφ ςε κακοριςτικό βακμό. Θ παροφςα Ρτυχιακι κα ςτοιχειοκετιςει τθν χριςθ επαγγελματικοφ λογιςμικοφ (SftImage SI) ςτθν παραγωγι τριςδιάςτατων μοντζλων ςφγχρονων ενςωματωμζνων ςυςτθμάτων. Τα αντικείμενο που κα οδθγιςει τθν μοντελοποίθςθ τθσ υλοποίθςθσ είναι ο Αςφρματοσ Αιςκθτιριο Κόμβοσ Oracle SunSPOT. Ριο ςυγκεκριμζνα ςτο πλαίςιο τθσ παροφςθσ Ρτυχιακισ κα παραχκοφν μοντζλα για όλα τα ςτοιχεία που ςυνκζτουν τθν αρχιτεκτονικι των Κόμβων που βρίςκονται ςε ζνα Oracle SunSPOT Research KIT. Οι ευφυείσ αιςκθτιριοι κόμβοι αποτελοφν τθν αιχμι του δόρατοσ για τεχνολογίεσ όπωσ το IT (Internet f Things) τα Δ.Α.Α (Δίκτυα Αςφρματων Αιςκθτιρων), αλλά και για κάκε «ζξυπνο» περιβάλλον ( ζξυπνο ςπίτι, ευφυισ παραγωγι κ.α.). Στόχοσ τθσ Ρτυχιακισ είναι να παράγει ζνα λεπτομερζσ και ποιοτικό μοντζλο όλων των θλεκτρονικϊν ςτοιχείων που ςυνκζτουν τθν αρχιτεκτονικι ςε ςυςτιματα όπωσ το SunSPOT. Συςτιματα που χαρακτθρίηονται από υψθλό βακμό ολοκλιρωςθσ, ενϊ παράλλθλα προςφζρουν αξιοςθμείωτεσ επιδόςεισ και δυνατότθτεσ ςε ςχζςθ με το χαμθλό frm-factr τουσ. Ραράλλθλα κα οργανωκεί - ςε μορφι tutrial - όλθ θ διαδικαςία και τα ςτάδια παραγωγισ των μοντζλων, με ςτόχο τθν ανάλυςθ και επεξιγθςθ των τεχνικϊν, των εννοιϊν και των ειδικϊν λειτουργιϊν (του εργαλείου) που οδιγθςαν τθν υλοποίθςθ για το ςυγκεκριμζνο πεδίο εφαρμογισ. Abstract (ENG) 3D Technlgies have emerged as a pwerful tl that can create intuitive and highly explitable digital assets. The mdeling techniques and methdlgies have evlved t capture the needs fr a vast scpe f applicatin fields. The electrnics industry cnstitutes ne f the early adpters that facilitate 3D mdels in almst any phase f its cre prcesses. Starting frm the design stage, where circuit cmpnents have t be rganized in definitive and detailed bard layuts, up t the final prduct presentatin, where mdels address mstly marketing and prmtin requirements, 3D Technlgies are capable f supprting all intermediate tasks and drive their mdeling needs. This Thesis demnstrates the utilizatin f high-end 3D sftware tls (SftImage SI) in prducing mdels fr sphisticated electrnics. Our targeted mdeling bject is a Smart Sensr (Oracle SunSPOT). Smart sensrs cnstitute a milestne in the paradigm f Intelligent Systems and prvide the infrastructure fr the mdern system cntexts f IT (Internet f Things) and Smart Ambient Envirnments. Wireless Sensr Netwrks are cmprised by Ndes that exhibit significant integratin f electrnics and ne f the mst dense scaling f micrcntrllers and SC (System n a Chip) architectures. In ur study we prduce an elabrate 3D representatin fr all the cmpnents that participate in a WSN (Sensr Bard and Crdinatr) and we recrd the mdeling prcess with a detailed tutrial. Our gal is t assess the quality f the mdeling utcme, while als analyzing the enabling features, the cncepts and the techniques that drve its implementatin. 4

5 Κεφϊλαιο 1ο - Γενικό Ειςαγωγό: 1.1 Πωσ μπόκαν ςτην ζωό μασ οι τριςδιϊςτατεσ τεχνολογύεσ απεικόνιςησ Από τθν αρχι του χρόνου ο πρωτόγονοσ άνκρωποσ αντιλιφκθκε αςυνείδθτα τθν ςθμαντικότθτα του βάκουσ του οπτικοφ του πεδίου και κατζγραψε το βάκοσ και τθν προοπτικι ςτα βαςικά του ζνςτικτα για να επιβιϊςει. Ζπρεπε π.χ. να είναι ςε κζςθ να αντιλθφκεί τθν απόςταςθ του κθράματοσ (ι τθσ τροφισ). Πταν το αντικείμενο τθσ παρατιρθςθσ πλθςίαηε ταυτόχρονα μεγάλωνε ςτο οπτικό του πεδίο και μποροφςε να διακρίνει όλο και περιςςότερθ λεπτομζρεια ωσ που ιταν ςε κζςθ να το διεκδικιςει. Ο κίνδυνοσ ςτθν άγρια φφςθ ζπαιξε πρωτεφον ρόλο ςτθν εξζλιξθ τθσ παρατιρθςθσ θ οποία ζχει άμεςθ ςχζςθ με τθν απόςταςθ. Θ αντίλθψθ του χϊρου ιταν από πάντα ζνα πρωτεφων ηιτθμα όςο ςθμαντικό είναι και θ αναπνοι για τθν επιβίωςθ.[1]*ρείραμα τθσ EleanrGibsn 1960] Ζχει αποδειχκεί ότι θ ικανότθτα μασ να αντιλαμβανόμαςτε το φψοσ ενόσ χάςματοσ, είναι ζμφυτθ, βελτιϊνεται δε εκκετικά κατά τθν βρεφικι θλικία, και μετζπειτα ςταδιακά και τελειοποιείτε ωσ εμπειρία. Ωσ εκ τοφτου θ κατανόθςθ του βάκουσ τθσ προοπτικισ, ανικει ςτα βαςικά ζνςτικτα τθσ επιβίωςθσ και όπωσ και άλλα απαιτεί χρόνο μζχρι να αναπτυχκεί πλιρωσ. Ρζρα από τθν κλθρονομικότθτα του ενςτίκτου, το χρονικό ςθμείο που γίνεται το μεγάλο άλμα θ γνωριμία δθλαδι με το βάκοσ τθσ οπτικισ ςαν πολλαπλι ζννοια, γίνεται όταν ο ανκρϊπινοσ εγκζφαλοσ αναγκάηεται να δοκιμάςει νζεσ ανεξερεφνθτεσ δυνατότθτεσ. Αυτό λαμβάνει μζροσ ςε δφςκολεσ ςυνκικεσ, όταν δθλαδι ζχει τθν ευκαιρία να ςτραφεί ςτθν τζχνθ και ςυγκεκριμζνα ςτθ ηωγραφικι των ςπθλαίων. Εκεί γίνονται οι πρϊτεσ απεικονίςεισ και αναπαραςτάςεισ, το είδωλο ςτον τοίχο αναπαριςτά το πραγματικό, με τθν ηωγραφικι ο άνκρωποσ εξωτερικεφει τθν ςκζψθ του, κζλει και καταφζρνει τελικά να απεικονίςει τθν μνιμθ του και να παίξει με τθν φανταςία του. Σε κάποια χρονικι ςτιγμι ο άνκρωποσ αντιλαμβάνεται τθν προοπτικι ςτα ςχζδια του, πικανότατα από λάκοσ κάποιου ηωγράφου ςε δφο όμοια ςχζδια με διαφορετικό μζγεκοσ. Οι ηωγράφοι είναι οι πρϊτοι που μεταφράηουν τον τριςδιάςτατο κόςμο απευκείασ ςε ζνα διςδιάςτατο ςφςτθμα ςυντεταγμζνων (από 3D δθλαδι ςε 2D). Θ κατανόθςθ τθσ αναπαράςταςθσ του βάκουσ κζλει προςπάκεια, ταλζντο και φυςικά περνοφν πολλοί αιϊνεσ ϊςτε να βελτιωκοφν οι απεικονίςεισ προοπτικισ, εν τζλθ θ ηωγραφικι τζχνθ τθσ προοπτικισ υπόκειται ακόμθ και ςε μακθματικοφσ νόμουσ. [2]Ο Lenard da Vinci αντιλιφκθκε ότι τα αντικείμενα ςε διαφορετικζσ αποςτάςεισ από τα μάτια αποτυπϊνουν εικόνεσ που διαφζρουν ςτισ οριηόντιεσ τουσ κζςεισ ςτο χϊρο, ςυμπζρανε ότι: Αυτό είναι που κάνει αδφνατο για ζνα ηωγράφο να ηωγραφίςει μια ρεαλιςτικι απεικόνιςθ του βάκουσ ςε μια ςκθνι, ηωγραφίηοντασ ςε ζνα μόνο καμβά!. Ιταν ςαν να μασ λζει ότι, ποτζ δεν κα φαίνεται πραγματικά τριςδιάςτατο όπωσ το βλζπουν τα μάτια μασ πάνω ςε ζνα απλό πανί. Ρρϊτοσ ο Rene Descartes διατφπωςε τισ πρϊτεσ αρχζσ του Καρτεςιανιςμοφ δθλαδι τθσ φιλοςοφικισ αναηιτθςθσ τθσ αλικειασ μζςω τθσ παρατιρθςθσ του τριςδιάςτατου κόςμου. Αμζςωσ ο Gerge Berkeley τον διόρκωςε λζγοντασ πωσ ο άνκρωποσ ζχει μθχανιςμοφσ για να αντιλαμβάνεται το βάκοσ, επίςθσ ιταν ο πρϊτοσ που ςυςχζτιςε το βάκοσ με τισ διαφορζσ γωνίεσ των ματιϊν. Ρολφ αργότερα τουσ κυμικθκε θ επιςτιμθ. Το είδοσ τθσ ανκρϊπινθσ οπτικισ κατατάςςεται ςτθν διοπτρικι οπτικι, μαηί με πολλοφσ άλλουσ οργανιςμοφσ. Τα μάτια είναι προςαρμοςμζνα ςε ζνα περιβάλλον είδθ τριςδιάςτατο. Ο ανκρϊπινοσ εγκζφαλοσ εςτιάηει με 2 υποδοχείσ εικόνασ ςτο ίδιο ςθμείο ςχθματίηει ζνα τρίγωνο, και υπολογίηει εμπειρικά τθν απόςταςθ και τθν ταχφτθτα από τισ διαφορζσ ςτισ κλίςεισ των ματιϊν του ςτον άξονα Y.Θ εςτίαςθ επίςθσ παίηει ςθμαντικό ρόλο κακϊσ θ κολότθτα αυξάνει με τθν απόςταςθ από το εςτιαςμζνο βάκοσ. Εμπειρικά ο άνκρωποσ αντλεί πλθροφορίεσ και απο τθσ μθ εςτιαςμζνεσ περιοχζσ. 5

6 Εικόνα Διοπτρικι ι ςτερεοςκοπικι οπτικι. [2]Το αποτζλεςμα του ςυνδυαςμοφ από δφο εικόνεσ είναι θ ςτερεοςκοπικι οπτικι δθλαδι μια ψευδι εικόνα που δθμιουργεί ο εγκζφαλοσ και εμπεριζχει τθν πλθροφορία του βάκουσ. Θ αντίλθψθ του μεγζκουσ εξαρτάται και ςχετίηεται άμεςα με τθν αντίλθψθ του βάκουσ. Πταν το μζγεκοσ του αντικειμζνου ςτθν αμφιβλθςτροειδι εικόνα είναι ίςο με R, το βάκοσ του αντικειμζνου είναι D, το εςτιακό μικοσ *fcal length του ματιοφ είναι F, και το αντιλθπτό μζγεκοσ είναι S τότε όλα αυτά τα μεγζκθ υπακοφν ςτισ τριγωνομετρικζσ εξιςϊςεισ: 𝑆 𝑅 𝐷 =𝐹𝑆= 𝐷 𝑅 𝐹 *Οι εξιςϊςεισ αυτζσ είναι πολφ μεταγενζςτερεσ από τον davinci. Θ ταχφτθτα γίνετε αντιλθπτι από το μζγεκοσ των εναλλαγϊν τθσ κζςθσ τθσ απόςταςθσ και μζγεκουσ ενόσ αντικειμζνου παρατιρθςθσ με βάςθ τθν πάροδο του χρόνου. Ο Dali κατά τον 20 αιϊνα ζχει πλζον ξεπεράςει το αυςτθρά ορκό τριςδιάςτατο ςφςτθμα (το τρισορκογϊνιο), καμπυλϊνει τουσ άξονεσ παραμορφϊνει και φτιάχνει οπτικζσ μζςα ςε οπτικζσ. Αποδεικνφεται μετζπειτα ότι κάποια φαινομενικά περίπλοκα ςχιματα και παράδοξα των οπτικϊν κα εξθγθκοφν και μακθματικά πλζον. Με τθν βοικεια των τριςδιάςτατων επίςθσ επεξθγοφνται και τα παράδοξα των γραμμικϊν ιςομετρικϊν οπτικϊν (εικ 1.1.2)και τον πινάκων με πολλά οπτικά επίπεδα αναφοράσ. Εικόνα Ο καταρράκτθστου Μάουριτσ Κορνζλισ Ζςερ (ολλανδικά: Maurits Crnelis Escher). Διάςθμο οπτικό παράδοξο τθσ εποχισ (17 Ιουνίου Μαρτίου 1972). 6

7 1.2 Εξϋλιξη των Τριςδιϊςτατων τεχνολογιών Ππωσ ιταν αναπόφευκτο να κατανοιςουμε το βάκοσ μιασ εικόνασ ςαν ζννοια από τθν ςτιγμι που πρωτοδοκιμάςτθκε θ ηωγραφικι, ιταν τελικά αναπόφευκτθ και θ χριςθ μακθματικϊν για να το απεικονίςουμε με ακρίβεια τριςδιάςτατεσ αναπαραςτάςεισ. Θ πρόκλθςθ πλζον ιταν θ κζςπιςθ κανόνων για τθν τοποκζτθςθ ςτον χϊρο μζςα ςε ζνα εικονικά τριςδιάςτατο περιβάλλον. Τελικά ιταν αναπόφευκτθ θ χριςθ μακθματικϊν για να γίνει θ μετατροπι μετάφραςθ μεταξφ των δυο ςυςτθμάτων. Είναι αλικεια πωσ άργθςε πάρα πολφ να ενςωματωκεί θ γεωμετρία ςτθν απεικόνιςθ του βάκουσ. Οι προγραμματιςτζσ ξεκίνθςαν τθν υλοποίθςθ από μθδενικισ βάςθσ. T 1980 οι προγραμματιςτζσ κινικθκαν γριγορα κζλοντασ να εντυπωςιάςουν με καλφτερα γραφικά ζναντι των λογιςμικϊν με 2D. Αντιλιφκθκαν ότι κα μποροφςαν να φτιάξουν ζνα ψεφδο-τριςδιάςτατο περιβάλλον αρχικά με ευκείεσ που αναπαριςτοφν ακμζσ (edges 3D ςχθματιςμϊν). Αργότερα το 1990 πρωτοτφπθςαν με 2D εικόνεσ επάνω ςε επίπεδα τα οποία αναπαριςτοφν αντικείμενα ςτο χϊρο τθσ οκόνθσ, τα λεγόμενα sprites. Θ ιδζα ιταν απλι τα είδωλα όςο κα ζρχονται πιο κοντά ςτθν «κάμερα» κα μεγαλϊνουν, και όςο απομακρφνονται κα μικραίνουν. Το μόνο που ζμενε ιταν να βρουν τισ ςυναρτιςεισ για τθν υλοποίθςθ, ϊςτε τα είδωλα αυτά όλα μαηί να αναπαριςτοφν ζνα δεμζνο περιβάλλον. Θ υλοποίθςθ ζπρεπε να υπόκειται ςε οριςμζνεσ προδιαγραφζσ του πραγματικοφ κόςμου, πχ να προςομοιάηει μια κάμερα με ςυγκεκριμζνεσ προδιαγραφζσ (mm φακοφ). Και τα μοντζλα φυςικά να είναι τοποκετθμζνα με πλθροφορίεσ x, y, z. Αυτι ιταν θ ςτιγμι που οι προγραμματιςτζσ αντιλιφκθκαν ότι θ γεωμετρία είναι μια επιςτιμθ γεμάτθ με πλθροφορίεσ, που ιταν για πολλά χρόνια ανζγγιχτεσ.θ ςφνδεςθ αυτι ζμελλε να εκτοξεφςει αυτοφ του είδουσ τα γραφικά. Οι τεχνικζσ αυτζσ ζφεραν καινοφριεσ κατθγορίεσ λογιςμικοφ, που ιταν πλζον πρϊτου προςϊπου. Για παράδειγμα εξομοιωτζσ πτιςθσ -οπτικισ ςκοπευτι πρϊτου προςϊπου, αυτοκίνθςθσ. Ραράλλθλα ακολοφκθςε και το hardware θ εξζλιξθ ιταν ραγδαία. Θ εποχι με τα 2D γραφικά και τισ μικρζσ αναλφςεισ άρχιςε πλζον να γίνετε μια ευχάριςτθ ανάμνθςθ. Θ μεγάλθ καινοτομία ιταν θ περιιγθςθ ςτον χϊρο. Λίγο αργότερα όμωσ, ςτθ μζςθ των 90s, και το ςφςτθμα με τα Sprites με τθ ςειρά του κα ζφτανε ςτο τζλμα των δυνατοτιτων του και κα άρχιηε μια νζα εποχι. Με τα πολφγωνα τα οποία βρίςκονται ανάμεςα ςε ςθμεία τα οποία υπακοφν ςε 3D Καρτεςιανό ςφςτθμα ειςιχκθςαν τα πρϊτα πολυγωνικά γραφικά τα οποία ςυνιςτοφν ζνα πλιρωσ τριςδιάςτατο αντικείμενο περιςτρζψιμο. Αυτά αντικατζςτθςαν περιπτϊςεισ από sprites τα οποία κοιτοφςαν ςυνζχεια προσ τθν κάμερα. Μια μόνο λαμπρι εξαίρεςθ ςε αυτόν τον τομζα υπιρξε το 1983,( πριν τθν εποχι τθσ ) θ οποία ιταν το πρϊτο πολυγωνικό λογιςμικό που είχε ωσ βάςθ τθν απεικόνιςθ με τρίγωνα. Τα τρίγωνα αυτά τα γζμιηε με χρϊμα το πρόγραμμα τεχνικι filled plygns, αλλά δυςτυχϊσ δεν αντιγράφτθκε, και ξεχάςτθκε.( Ακόμθ και ςιμερα οι κάρτεσ γραφικϊν μετράνε το fill rate ). T 1996 ζγινε το μεγάλο εμπορικό άλμα που εδραίωςε το λεγόμενο 2.5D δθλαδι πολυγωνικό αποτζλεςμα με φωτιςμό, υφζσ, ςκιζσ με ελάχιςτθ χριςθ sprites. Το 2.5D είχε ζνα περιοριςμό όλθ θ περιιγθςθ λάμβανε μζροσ ςε ζναν «όροφο». Ππωσ και πριν θ επόμενθ τεχνολογία είχε είδθ ανακαλυφκεί αλλά είχε εδραιωκεί, το 1995 ζγινε το πρϊτο «ςχετικά» επιτυχθμζνο πλιρωσ 3D παίγνιο που ςαφζςτατα ανζδειξε τα μειονεκτιματα των υπολοίπων. Από εκεί και πζρα τα πλιρωσ πολυγωνικά (rasterized) πολυγωνικά real time renders και τα λογιςμικά που τα υποςτιριξαν εξελίχκθκαν και διαδόκθκαν με ραγδαίουσ ρυκμοφσ. Ακόμθ και ςιμερα ολόκλθρεσ βιομθχανίεσ βαςίηονται ςε αυτό το μεγάλο άλμα που ζκανε θ τεχνολογία. Θ πολυγωνικι realtime απεικόνιςθ με βάςθ τρίγωνα αναφζρετε με ςιμερα τθν επονομαςία Rasterized 3D. Ανάλογθ πορεία ανάπτυξθσ ζχουν τα τριςδιάςτατα και ςτον κινθματογράφο, μόνο που εδϊ ταυτίηονται με τθν ζννοια των C.G.I γραφικϊν, δθλαδι οπτικά εφζ και θ εξζλιξθ τουσ πζρνα ςταδιακά από ζνα ειςαγωγικό ςτάδιο. Το 1977 κιόλασ με ειςαγωγι Wire-frame τριςδιάςτατων γραφθμάτων, γραμματοςειρϊν, οχθμάτων κλπ ςε κλαςικζσ επιτυχθμζνεσ ςειρζσ και ταινίεσ (, αργότερα t 1981 παρουςιάςτθκε το 3D ςκανάριςμα ωσ υψθλι τεχνολογία του μζλλοντοσ. Ζπειτα όλοι ςτον χϊρο των ειδικϊν εφζ ανζμεναν μια τεράςτια εμπορικι επιτυχία θ οποία ιρκε το 1991 και 1993 επιβεβαιϊνοντασ τθν αλματϊδθ τεχνολογικι ανάπτυξθ. Εκεί ζγινε εκτενι χριςθ τριςδιάςτατων γραφικϊν με φωτορεαλιςμό, θ νζα τεχνολογία γνϊριςε τεράςτια αποδοχι και απζδειξε ςτο κοινό ότι μπορεί πλζον να απολαφςει κόςμουσ και ψθφιακζσ δθμιουργίεσ που είναι αποκλειςτικά C.G.I. Το οπτικό αποτζλεςμα εξζπλθξε τουσ πάντεσ οι τεχνολογίεσ αυτζσ ενςωματϊκθκαν και άνκθςαν μζςα από τισ ταινίεσ. Θ ςτζρεο προβολι από τθν άλλθ αποδεικνφει ότι το 3D ενυπάρχει και ςτον πραγματικό κόςμο και ςτα C.G.I. 7

8 1.3 Η τριςδιϊςτατη απεικόνιςη ςυνϊρτηςη τησ τεχνολογύασ. Τα C.G.I 3D γραφικά, τα φωτορεαλιςτικά (raytraced) ι όπωσ αλλιϊσ ςυνθκίηονται να λζγονται τα 3d renders, κακϊσ και τα rasterized γραφικά πραγματικοφ χρόνου απαιτοφν υπολογιςτικι ιςχφ. Τα εφζ του κινθματογράφου ςυνικωσ είναι όπωσ πάντα πολφ μπροςτά για τθν εποχι τουσ, γι αυτό και απαιτοφν ολόκλθρεσ ςυςτοιχίεσ υπολογιςτϊν για να παραχκοφν, μάλιςτα οι ςυςτοιχίεσ αυτζσ καλοφνται και «φάρμεσ» υπολογιςτϊν. Οι φάρμεσ αυτζσ αποτελοφν ςτθν ουςία ζνα περίπλοκο δίκτυο όπου γίνετε διαχωριςμόσ του φόρτου εργαςίασ ςε υπολογιςτζσ με πακζτα επεξεργαςίασ. Φυςικά όπωσ και ςτα δίκτυα απαιτείται ζνασ κεντρικόσ διακομιςτισ, ο οποίοσ κα κάνει μόνο αυτι τθν δουλειά: κα ςτζλνει πακζτα πρωτογενϊν δεδομζνων και κα λαμβάνει επεξεργαςμζνα πακζτα, ςυγκεντρϊνοντασ το τελικό αποτζλεςμα τθσ φωτοαπόδοςθσ. Στουσ ποιοτικοφσ ffline renderers γίνονται ανά Pixel περίπλοκεσ μακθματικζσ επεξεργαςίεσ ςε επίπεδο επεξεργαςτι C.P.U, με βάςθ τα μοντζλα, τουσ shaders, τουσ φωτιςμοφσ, τισ κάμερεσ και τισ παραμζτρουσ του ίδιου του renderer. Ζνα τρίγωνο δεν γεμίηει απλά με χρϊμα, κάκε του Pixel μπορεί περιζχει πολφ διαφορετικζσ μακθματικζσ επεξεργαςίεσ από το διπλανό του. Ολόκλθρθ θ ςκθνι μζςα ςτο πρόγραμμα είναι απλά θ βάςθ πάνω ςτθν οποία κα γίνει μια ανϊτερθ επεξεργαςία για να παραχκεί ζνα τελικό αποτζλεςμα. Το αποτζλεςμα αυτό ςαφζςτατα είναι ανϊτερο από τθν 3D rasterized οπτικοποίθςθ κακϊσ πρϊτα απ όλα δεν ζχει περιοριςμό ςε ταχφτθτα. Μπορεί για παράδειγμα 100 C.P.U να εργάηονται ταυτόχρονα για να τελειϊςουν ζνα μόνο φωτορεαλιςτικό καρζ μζςα ςε 8 ϊρεσ. Οι renderers με παραμζτρουσ μποροφν να απλοποιιςουν το αποτζλεςμα ι να το βελτιϊςουν ςε ταχφτθτα, αλλά εν τζλθ κρίνονται για τθν ανϊτερθ ποιότθτα του φωτιςμοφ που προςφζρουν. Στθν ανϊτερθ ποιότθτα τουσ οδθγοφνται με βάςθ τουσ φυςικοφσ νόμουσ του φωτόσ ( physically based lighting system). Στο glbal illuminatin δθμιουργοφνται ςκιζσ μόνο και μόνο από τθν ζλλειψθ φωτονίων ι επειδι αυτά χάςανε τθν ενζργεια τουσ μετά από τθν διάτρθςθ ενόσ χοντροφ θμιδιάφανου αντικειμζνου ι από διαδοχικά χτυπιματα ςε επιφάνειεσ. Καταλαβαίνουμε ότι θ εξομοίωςθ τθσ πραγματικότθτασ απαιτεί ιδιαίτερθ επεξεργαςτικι ιςχφ. Οι Offline renderers ςτισ μζρεσ μασ όμωσ επικεντρϊνουν ςτθν ταχφτθτα. Σιμερα το ffline rendering πλαιςιϊνεται με πολλζσ τεχνικζσ (ακόμθ και με G.P.U nly rendering) και είναι προςβάςιμθ τεχνολογία για απλοφσ χριςτεσ. Ο απλόσ χριςτθσ όμωσ ζχει περιοριςμοφσ ςε επεξεργαςτικι ιςχφ,και πρζπει να κινθκεί ζξυπνα. Τα real-time γραφικά ςτον αντίποδα ζχουν τθν GPU ωσ κφρια μονάδα επεξεργαςίασ και τθν CPU ςαν βοθκθτικι και ςτοχεφουν να παράγουν 30+ εικόνεσ το δευτερόλεπτο. Είναι ςτθν ουςία «πατζντεσ» που προςπακοφν να προςομοιάςουν (με τάχιςτεσ μεκόδουσ) το αποτζλεςμα των ffline renders, απαιτοφν απλά ζναν προςωπικό υπολογιςτι. Κακϊσ υπιρχε απαίτθςθ και ςτισ δυο μεκοδολογίεσ, ειςιχκθςαν όλο και πιο βελτιωμζνα, όλο και καλφτερα γραφικά ςε όλα τα επίπεδα. Οι καταςκευαςτζσ υπολογιςτϊν πιζςτθκαν ϊςτε μετά τθν ανακάλυψθ των διπολικϊν transistr B.J.T και ζπειτα των C.M.O.S, να φτιάξουν όλο και πιο ιςχυρά υπολογιςτικά ςυςτιματα. Σιμερα ςτουσ υπολογιςτζσ εφαρμόηονται όλο και πιο ικανζσ τεχνολογίεσ με πολυπφρθνουσ επεξεργαςτζσ και καλφτερθ διαχείριςθ τθσ ροισ των δεδομζνων. Οι κάρτεσ γραφικϊν εξειδικεφτθκαν από τθν δεκαετία του 90 ςτα πολφγωνα και οι αρχιτεκτονικζσ τουσ ζγιναν κατάλλθλεσ, ϊςτε να μποροφν ταυτόχρονα να τροφοδοτοφν τθν ζξοδο με πολφγωνα μζςα από πολλά Pipelines. Θ παράλλθλθ αυτι επεξεργαςία δεν υπιρχε παλαιότερα ςτουσ κεντρικοφσ επεξεργαςτζσ. Λόγω των πλεονεκτθμάτων του multithreading multi C.P.U θ αρχιτεκτονικι αυτι πλζον τείνει να κακιερωκεί ςε κάκε επεξεργαςτι. Σε πολλά ςφγχρονα ςυςτιματα εμφανίηονται πλζον δυνατότθτεσ GPU/CPU ςε ζνα chip. 8

9 Θ υπολογιςτικι ιςχφ και το οπτικό αποτζλεςμα ιταν ξεκάκαρο από πάντα ότι ςχετίηονται. Ραράλλθλα με τθν εκτίναξθ των δυνατοτιτων των υπολογιςτικϊν μονάδων οι προγραμματιςτζσ μπαίνουν ςε μια κοφρςα αξιοποίθςθσ των δυνατοτιτων των τριςδιάςτατων τεχνολογιϊν. Οι βιομθχανίεσ δουλεφουν από πολφ νωρίσ με ςχζδια που παράγονται με τθν βοικεια των υπολογιςτϊν. Τα C.G.I γραφικά δίνουν νζεσ προοπτικζσ για απεικονιςτικζσ εργαςίεσ και βελτιϊνουν τθν παρουςίαςθ προϊόντοσ και τθν διαδικαςία ςχεδίαςθσ του. Αμζςωσ δθμιουργοφνται προγράμματα ςχεδιαςτικά που χρθςιμοποιοφν εντολζσ για να ςχεδιάςουν. Ζνα απλό παράδειγμα είναι θ γλϊςςα προγραμματιςμοφ και ςχεδίαςθσ LOGO θ οποία διδαςκόταν και ςτα Ελλθνικά ςχόλια πριν από 15 περίπου χρόνια. Δεν αργοφν να εμφανιςτοφν τα πρϊτα προγράμματα C.A.D τα οποία ζρχονται πολφ δυναμικά και με τισ δυνατότθτεσ που παρζχουν, κρίνονται εξ αρχισ απαραίτθτα για κάκε ςχεδιαςτι. Επίςθσ ςθμαντικόσ τομζασ που εξελίχκθκε και υιοκζτθςε παράλλθλα τισ τεχνολογίεσ προγραμματιςτικισ ςχεδίαςθσ και μετζπειτα τριςδιάςτατθσ μοντελοποίθςθσ είναι χϊροσ τθσ βιομθχανικισ παραγωγισ. Οι διαδικαςίεσ αλλά και τα μζλθ που απαρτίηουν τισ γραμμζσ παραγωγισ χαρακτθρίηονται από πολυπλοκότθτα καταςκευισ και λειτουργικισ ςυμπεριφοράσ που ςε πολλζσ περιπτϊςεισ πρζπει να αναλυκεί και να ςτοιχειοκετθκεί με κάκε λεπτομζρεια. Κακϊσ οι τεχνολογίεσ ολοκλιρωςθσ των θλεκτρονικϊν που παρακολουκοφν και κακοδθγοφν τθν παραγωγι εξελίςςονται, οι καταςκευαςτζσ τουσ αναηιτθςαν εργαλεία και μοντζλα που να μποροφν να υποςτθρίξουν τθν απεικόνιςθ του ςχεδίου, των ςτοιχείων και τθσ αρχιτεκτονικισ των ςφγχρονων κυκλωμάτων. Θλεκτρονικζσ διατάξεισ αυτομάτου ελζγχου και μικροςυςτιματα ικανά να αποκθκεφουν χαρακτθριςτικά τθσ λειτουργίασ εξοπλιςμοφ και προςωπικοφ ζρχονται όλο και περιςςότερο ςτο προςκινιο των πιο ςφγχρονων τεχνολογιϊν Internet f Things. Θ εξζλιξθ των ςφγχρονων «ζξυπνων αιςκθτιρων» ςε ςυνδυαςμό με τισ χιλιάδεσ εφαρμογζσ ςε «ζξυπνο ςπίτι» και «ζξυπνθσ βιομθχανίασ» ζχουν κορυφϊςει τον αγϊνα για τον ςχεδιαςμό όλο και πιο μικροςκοπικϊν και ταυτόχρονα ικανϊν αυτόνομων ςυςτθμάτων. Σε κάκε ςτάδιο αυτισ τθσ εξελικτικισ πορείασ οι τεχνολογίεσ απεικόνιςθσ και ακόμα περιςςότερο οι τεχνολογίεσ τριςδιάςτατθσ απόδοςθσ ζχουν καταςτεί πολφτιμεσ για τθν αξιολόγθςθ τθσ εφικτότθτασ, τθσ αποτελεςματικότθτασ αλλά τισ τελικισ μορφισ προϊόντοσ για κάκε ολοκλθρωμζνο και για κάκε ςφςτθμα που ςυμμετζχει ςτο άμεςο αςτικό( urban mnitring sensrs )και προςωπικό μασ περιβάλλον (persnal wearable sensrs). 9

10 1.4 Σκοπόσ τησ Πτυχιακόσ Ο ςκοπόσ τθσ παροφςασ πτυχιακισ είναι να αναδείξει τισ τριςδιάςτατεσ τεχνολογίεσ απεικόνιςθσ, και να τονίςει τον βακμό ειςχϊρθςθσ τουσ ςε όλα τα παραγωγικά ςτάδια, ςτθν ςχεδίαςθ, ςτθν μελζτθ, ςτθν υλοποίθςθ, ςτθν ανάδειξθ ενόσ ζργου, που ςχεδιάηετε από βιομθχανικζσ ομάδεσ ι μεμονωμζνουσ μθχανικοφσ. Θ θλεκτρολογία, ςτον τομζα των τριςδιάςτατων, βρίςκει πάρα πολλζσ εφαρμογζσ ςε μια πλθκϊρα πεδίων( εκτενζςτερθ αναφορά ςε αυτζσ γίνεται ςτο (Κεφάλαιο 2 ). Ο αναγνϊςτθσ διαβάηοντασ αυτι τθν πτυχιακι μπορεί να ακολουκιςει τισ τρζχουςεσ τεχνολογίεσ. Μπορεί επίςθσ να απεικονίςει να αναδείξει ςυγκεκριμζνεσ υλοποιιςεισ ι ςυνολικζσ μελζτεσ, κακϊσ και να επιτφχει τθν απλοφςτευςθ κ κατανόθςθ προβλθμάτων ςε περίπλοκεσ διατάξεισ. Σε αντιπαράκεςθ με τθν κλαςικι διςδιάςτατθ γραμμικι ςχεδίαςθ τα τριςδιάςτατα παρζχουν κατανόθςθ τθσ παρατιρθςθσ από τθν πρϊτθ ςτιγμι. Στο ( Κεφάλαιο 1 ) γίνεται θ ςφνδεςθ τθσ ειςχϊρθςθσ των τεχνολογιϊν αυτϊν και ςε επιμζρουσ κλάδουσ άλλα και ςτθν κακθμερινότθτα τθσ ηωισ του ςφγχρονου ανκρϊπου. Η πτυχιακι κζλει να ειςάγει τον αναγνϊςτθ ςτισ δυνατότθτεσ του τριςδιάςτατου ψθφιακοφ κόςμου και να εςτιάςει ςτθν εφαρμογι τουσ ςτο χϊρο τθσ θλεκτρολογίασ και ακόμα πιο ςυγκεκριμζνα τθσ μικροθλεκτρονικισ. Για τθν ομαλι γνωριμία του αναγνϊςτθ με τισ τεχνολογίεσ αυτζσ κακαυτζσ γίνεται ειςαγωγι ςτισ βαςικζσ ζννοιεσ των 3d( Κεφάλαιο 3 ) και μετζπειτα μζςα από τθν ςταδιακι υλοποίθςθ βιμα-βιμα ςτο( Κεφάλαιο 4 ), ςκοπόσ μασ είναι να αποκτθκεί μια πιο «ςφαιρικι» άποψθ ολοκλιρωςθσ ενόσ θλεκτρικοφ ι θλεκτρονικοφ 3D prject από τθν αρχι μζχρι το πζρασ του. Το αντικείμενο μελζτθσ/μοντελοποίθςθσ τθσ πτυχιακισ είναι ζνασ ςφγχρονοσ ζξυπνοσ αιςκθτιριοσ κόμβοσ, ο οποίοσ προςφζρει εκτενείσ δυνατότθτεσ προγραμματιςμοφ και προςαρμογισ τθσ λειτουργίασ του. Ρρόκειται για τον αιςκθτιρα Sun SPOT τθσ Oracle. Ο προγραμματιςμόσ του τον ζχει καταςτιςει ζναν από τουσ πιο ευρζωσ διαδεδομζνουσ ερευνθτικά αιςκθτιρεσ, για τθν παρακολοφκθςθ καταγραφι και επεξεργαςία ποικίλων παραμζτρων του περιβάλλοντοσ ι και του ανκρϊπου. Οι υπολογιςτικζσ του δυνατότθτεσ βρίςκονται ςτο επίπεδο ενόσ επεξεργαςτι 400MHz και είναι ικανζσ να οδθγιςουν τθν προ-επεξεργαςία (επεξεργαςία ςτον κόμβο) ενόσ μεγάλου φάςματοσ αναλφςεων μετριςεων. Θ δομι του και θ ςχεδίαςθ του είναι «ανοικτισ αρχιτεκτονικισ» και χαρακτθρίηεται από ςθμαντικι πολυπλοκότθτα και υψθλό βακμό ολοκλιρωςθσ. Με το πζρασ τθσ πτυχιακισ κα γίνει ςαφζσ πόςο ικανζσ είναι οι 3D τεχνολογίεσ ςτον να απεικονίςουν λεπτομζρειεσ που απαιτοφν τρεισ διαςτάςεισ όπωσ τθν διαδρομι τθσ καλωδίωςθσ θ χωροταξικι τοποκζτθςθ και θ διαςφνδεςθ ολοκλθρωμζνων πάνω ςε μια ενςωματωμζνθ πλακζτα ενόσ πολυεπίπεδου πλαιςίου ςφγχρονου αιςκθτιριου κόμβου. Συγκεκριμζνα, κα μοντελοποιθκεί ςε τριςδιάςτατο ςχζδιο ο ελεγκτισ (πλακζτα που ελζγχει τθν κατάςταςθ λειτουργίασ του αιςκθτιρα) με ςαφι διάκριςθ ςτθν μεκοδολογία απόδοςθσ των ςυνδζςεων, τθσ πλακζτασ, των θμιαγωγικϊν ςτοιχείων, του πλαςτικοφ πλαιςίου. Κα μοντελοποιθκεί επίςθσ και θ προγραμματιηόμενθ βάςθ. Κα γίνει ςαφζσ ότι μποροφμε να απεικονίςουμε οποιαςδιποτε λεπτομζρειασ και πολυπλοκότθτα και αντικείμενα ςε ζνα ευκατανόθτο τριςδιάςτατο περιβάλλον που βαςίηει τθν ιδιαιτερότθτα του ςτο πλεονζκτθμα τθσ φυςικισ ικανότθτασ του ανκρϊπου να αντιλαμβάνεται το χϊρο. Σαφζσ πρζπει να είναι επίςθσ ότι οι τεχνολογίεσ τριςδιάςτατθσ απεικόνιςθσ δεν είναι ζνασ δευτερεφον τομζασ τελείωσ αποκομμζνοσ από τθν επιςτιμθ του μθχανικοφ αλλά ζνα εργαλείο που ςε πολλζσ περιπτϊςεισ μπορεί να είναι άρρθκτα ςυνδεδεμζνο με τον πρωτογενι τομζα. Σε άλλεσ περιπτϊςεισ μπορεί να αποτελζςει μζροσ τθσ ερευνθτικισ διαδικαςίασ, θ οποία κα οδθγιςει ςε ζνα τελικό προϊϊν. Μπορεί επίςθσ να γίνει το κομμάτι εκείνο που κα ςτοιχειοκετιςει, και κα κάνει ευκατανόθτθ, επαγγελματικι, και προςιτι μια παρουςίαςθ, ςε εκπροςϊπουσ τθσ παραγωγισ και του εμπορίου. Λαμβάνοντασ υπόψιν ότι μια καλι παρουςίαςθ μπορεί να είναι θ αφορμι ι το απαραίτθτο εκείνο ςκαλί που κα ανεβάςει το επίπεδο ϊςτε να επιτφχουμε μια ςυμφωνία, θ χριςθ τριςδιάςτατθσ απεικόνιςθσ κρίνεται αναγκαία ςε περιπτϊςεισ όπου θ παρουςίαςθ απαιτεί υψθλά standards. Οι δυνατότθτεσ των 3D τεχνολογιϊν εκτείνονται ςε όλα τα ςτάδια τθσ παραγωγισ και τθσ παρουςίαςθσ και προςαρμόηονται ανάλογα με τισ απαιτιςεισ. Αυτό κα γίνει ςαφζσ ςτον κορμό τθσ πτυχιακισ και με τθν παραγωγι των ςυμπεραςμάτων κακϊσ και με τον διαχωριςμό τον εξειδικευμζνων πακζτων από τα τριςδιάςτατα πακζτα γενικοφ ςκοποφ. Τζλοσ επιδιϊκουμε να τονίςουμε τθν αναγκαιότθτα τθσ χριςθσ τουσ με τθσ προςιτζσ τεχνικζσ που κα παρακζςουμε. 10

11 Κεφϊλαιο 2ο - Χρόςη τριςδιϊςτατων τεχνολογιών ςε εφαρμογϋσ και τον επιςτημονικό χώρο τησ Ηλεκτρολογύασ 2.1 Τεχνολογύεσ απεικόνιςη υψηλόσ ποιότητασ και πιςτότητασ. Θ θλεκτρολογία όπωσ και κάκε άλλθ επιςτιμθ υιοκετεί τισ ςφγχρονεσ απεικονιςτικζσ τεχνολογίεσ τθσ εποχισ, αυτό ςθμαίνει πρακτικά ότι κα πρζπει ςχεδιαςτικά να ακολουκεί τισ ίδιεσ επιτυχθμζνεσ λφςεισ που χρθςιμοποιοφν μεγάλεσ βιομθχανίεσ. Για να μασ δοκεί μια πρϊτθ κατεφκυνςθ, αρκεί να ανατρζξουμε ςτισ παρουςιάςεισ των βιομθχανικϊν προϊόντων μεγάλων βιομθχανιϊν του εξωτερικοφ. Εικόνα Audi κινθτιρασ 2.5-liter_tsfi_5-cyl Δεν είναι τυχαίο ότι πολλζσ βιομθχανίεσ βιοτεχνίεσ κλπ ενςωματϊνουν τριςδιάςτατεσ απεικονίςεισ και λειτουργικζσ επεξθγιςεισ μζςω εικόνων & Vide για αναδείξουν τθν λειτουργία των προϊόντων που ζχουν είδθ ςτθν αγορά. Επεξθγοφν επίςθσ τθ λειτουργία αυτϊν που βρίςκονται ςε ςτάδιο μελζτθσ (cncepts). Τα 3d που δεν γίνονται για υποβοθκθτικοφσ λόγουσ ςτο κλειςτό εςωτερικό περιβάλλον τθσ παραγωγισ, ςυνικωσ καταλιγουν ςε μεγάλεσ εκκζςεισ τεχνολογίασ ςε ζντυπα ι ςτο internet ι ςτθν τθλεόραςθ. Εικόνα Ebersprecher Ρρο-κερμαντιρασ αυτοκινιτου, ειδικόσ για τισ Βόρειεσ Χϊρεσ. (Τομι ςε προοπτικι, για επεξιγθςθ λειτουργίασ) Είναι πολφ πιο εφκολο για τον εκκζτθ να αναδείξει το προϊόν του μζςα από ζνα πιο φιλικό ςτο μάτι υλικό, ςε αντιπαράκεςθ με τα κλαςικά γραμμικά τεχνικά ςχζδια και τισ κλαςικζσ οπτικζσ γωνίεσ ςχεδίαςθσ. Είναι αποδεδειγμζνο πλζον πωσ θ φιλικι προσ το μάτι ευκατανόθτθ παρουςίαςθ, είναι ο πρϊτοσ πόλοσ ζλξθσ ενδιαφζροντοσ. Τα τριςδιάςτατα προγράμματα πλζον απλοποιικθκαν αρκετά και 11

12 επεκτάκθκαν ςτο ευρφ κοινό, φεφγοντασ από τον κλειςτό κφκλο των βιομθχανιϊν και των C.G.I studis. Αυτό ζγινε διότι επιλκε μια απλοποίθςθ ςτισ εφαρμογζσ, φυςικά και για λόγουσ διεφρυνςθσ του αγοραςτικοφ κοινοφ. Θ ποιότθτα και θ πιςτότθτα που προςφζρουν, ζχει πλζον ειςχωριςει μαηικά και ςτα Persnal Cmputers, όςο και ςτισ διεργαςίεσ των μεγάλων βιομθχανιϊν, με τον ίδιο τρόπο που ειςιχκθςαν τα ςχεδιαςτικά προγράμματα διςδιάςτατου ςχεδίου. Τα 3D προγράμματα γενικοφ τφπου βζβαια είναι πολφ πιο διαδεδομζνα (όπωσ είναι και αναμενόμενο) από τα κακαρά βιομθχανικά τα οποία εξοριςμοφ είναι και πιο εξειδικευμζνα. Η ποιότθτα ςτθν απεικόνιςθ που μπορεί να επιτευχκεί μζςω φωτορεαλιςτικϊν προγραμμάτων γενικοφ τφπου ζχει όριο μόνο τθν ικανότθτα του ςχεδιαςτι, και τθν επεξεργαςτικι ιςχφ που ζχει ςτθν διάκεςθ του. Τζλοσ όλων των ειδϊν τα τριςδιάςτατα προγράμματα ζχουν μεγάλθ ακρίβεια. το τριςορκογϊνιο ςφςτθμα ςυντεταγμζνων τουσ καλφπτετε από πολφ μεγάλο εφροσ τιμϊν. Ζτςι ζχουμε ακρίβεια ςτθν απεικόνιςθ, είτε κζλουμε να περιγράψουμε το μικρόκοςμο ενόσ τςιπ, είτε κζλουμε να απεικονίςουμε μια μεγάλθ βιομθχανικι εγκατάςταςθ μεγάλθσ κλίμακασ είτε κζλουμε να οδθγιςουμε ζνα ρομποτικό βραχίονα. Θ ακρίβεια ςτθν απεικόνιςθ και οι προδιαγραφζσ μποροφν να πιςτοποιιςουν το αντικείμενο τθσ απεικόνιςθσ. Οι 3D εφαρμογζσ εκτείνονται ςε ζνα μεγάλο φάςμα, ενδεικτικά αναφζρουμε αυτζσ που εξειδικεφονται αποκλειςτικά για θλεκτρικζσ εγκαταςτάςεισ και ςτόχοσ τουσ είναι θ διαρρφκμιςθ και θ χωροκζτθςθ ςε μεγάλουσ θλεκτρικοφσ πίνακεσ. 2.2 Απεικόνιςη κτιριακών υποδομών/μονϊδων και καλωδιώςεων Θ τριςδιάςτατεσ τεχνολογίεσ είναι προςαρμόςιμεσ, οι εκάςτοτε εφαρμογζσ είναι κυρίωσ γενικοφ ςκοποφ ι τφπου, που ςτοχεφουν ςε απεικόνιςθ οποιουδιποτε αντικειμζνου με επεκτάςιμεσ αρχιτεκτονικζσ και ειδικοφ τφπου ι ςκοποφ επικεντρωμζνα και προ εξοπλιςμζνα λογιςμικά που εξαντλοφν το αντικείμενο ςτο οποίο εξειδικεφονται. Για παράδειγμα μια από αυτζσ τισ πολφ εξειδικευμζνεσ υπο-εφαρμογζσ εξειδικεφεται ςτο να ελζγχει τον τρόπο ζκχυςθσ τθσ τθγμζνθσ μάηασ πρωτογενοφσ πλαςτικοφ (νιφάδεσ) ςε καλοφπια με εξομοίωςθ, και προςαρμόηεται ανάλογα με τισ μεταβλθτζσ, κερμοκραςία, είδοσ πλαςτικοφ κτλ. Όπωσ εξυπακοφεται οι εφαρμογζσ προςαρμόηουν τισ δυνατότθτεσ τουσ ςτισ ανάγκεσ τθσ βιομθχανίασ και των μθχανικϊν επιςτθμϊν και προςπακοφν να καλφψουν κάκε τουσ πτυχι. Μια από αυτζσ τισ ανάγκεσ που αφορά άμεςα τθν θλεκτρολογία είναι θ 3D χωροκζτθςθ και διαρρφκμιςθ των ςτοιχείων και καλωδιϊςεων μζςα ςε ζνα θλεκτρικό πίνακα ι ζξω από αυτόν ςε κτιριακζσ εγκαταςτάςεισ. Η ανάγκθ τισ κατανόθςθσ τθσ χωροκζτθςθσ θλεκτρικϊν διατάξεων ςε κλειςτά πλαίςια, δθμιοφργθςε προγράμματα πλιρωσ εξειδικευμζνα όπωσ π.χ. θ εφαρμογι Eplan. Τα προγράμματα αυτά ζχουν πιςτοποιθμζνεσ βιβλιοκικεσ εξαρτθμάτων, με εργοςταςιακά μεγζκθ, προδιαγραφζσ και περιοριςμοφσ που επιβάλλονται από νομοκεςίεσ για λόγουσ αςφαλείασ. Ραρόμοια είναι και τα autcad electric - Slidwrks electric, τα οποία είναι μζρθ μεγαλφτερων πακζτων. Με προγράμματα γενικοφ ςκοποφ φτάνουμε ςε πολφ ανϊτερο οπτικό αποτζλεςμα αφοφ πρϊτα αναπαράγουμε τισ εργοςταςιακζσ τιμζσ. Τα προγράμματα με animatin ζχουν και περιθγθτικό χαρακτιρα ςε ζναν μθ ςτατικό τριςδιάςτατο χϊρο. Δεδομζνο ότι τα θλεκτρονικά βαςίηονται ςε ςυμβάντα χρονικά και ςυνκικεσ, το animatin ςε οριςμζνεσ περιπτϊςεισ κρίνετε απαραίτθτο. Εικόνα Απεικόνιςθ εργοςταςιακϊν εγκαταςτάςεων με το AutdeskFactry Design Suite 2014και θλεκτρικόσ πίνακασ με το SlidwrksElectrnic. 12

13 2.3 Απεικόνιςη ηλεκτρικών μηχανών, βιομηχανικού εξοπλιςμού, γραμμών παραγωγόσ, και προδιαγραφών αςφϊλειασ. Θ ςχεδίαςθ κινθτιρων θλεκτρικϊν είναι περίπλοκθ περίπτωςθ μοντελοποίθςθσ όταν απαιτείτε εργοςταςιακι ακρίβεια όμωσ αυτό αφορά τουσ καταςκευαςτζσ. Πταν παρουςιάηεται ζνασ κινθτιρασ (βαςικι λειτουργία-κεωρία) π.χ. ςε ζνα εκπαιδευτικό ίδρυμα. Μπορεί να χρθςιμοποιθκεί ζνα πρόγραμμα 3d γενικισ χριςθσ, γιατί θ οπτικοποίθςθ επικεντρϊνετε ςτθν παρουςίαςθ. Θ επεξιγθςθ τθσ λειτουργίασ των κινθτιρων ςε αργι κίνθςθ γίνεται δυνατι μζςω 3d animatin, το οποίο ςε ζντυπθ μορφι δίδεται ςυνικωσ ςε ςτάδια. Εικόνα Τουρμπίνα ςε απεικόνιςθ με τον renderervray. Ζνα πολφ ενδιαφζρων κομμάτι προσ υλοποίθςθ το οποίο απαιτεί εκτεταμζνθ χριςθ animatin είναι ι προςομοίωςθ μιασ γραμμισ παραγωγισ. Τα προγράμματα γενικοφ τφπου ζχουν απεριόριςτεσ δυνατότθτεσ ςτο ςυγκεκριμζνο τομζα. Θ χριςθ character animatin είναι ςαφϊσ ζνα οπτικό πλεονζκτθμα αλλά κάνει τισ ςκθνζσ εκκετικά πιο περίπλοκεσ. Λόγω μεγζκουσ οι γραμμζσ παραγωγισ κα χρθςιμοποιοφνται ςυνικωσ απλοποιθμζνα μοντζλα, φςτερα αναπαρίςταται θ μετακίνθςθ ενόσ κομματιοφ πάνω ςε μια κυλιόμενθ ταινία κακϊσ και θ ςταδιακι του μετατροπι ςτθν τελικι του μορφι. Επιμζρουσ μποροφμε να δείξουμε ςε απομονωμζνεσ ςκθνζσ λοιπζσ επεξεργαςίεσ για να δϊςουμε ζμφαςθ. Επίςθσ κα μποροφςαμε να εςτιάςουμε ςτα ςθμεία κινδφνου ςτο χϊρο, ϊςτε να φαίνεται ξεκάκαρα εάν ζνασ άνκρωποσ είναι αςφαλισ ςε ςυγκεκριμζνα ςθμεία ι περάςματα, κακϊσ μπορεί να υπάρχουν κινθτά ςθμεία ςε ζνα εργοςτάςιο όπωσ πρζςεσ γερανοί μεταλλικοί βραχίονεσ, περιςτρεφόμενα μζρθ μθχανϊν κτλ. που ενζχουν κίνδυνο. Ζτςι μποροφμε να πλαιςιϊςουμε οπτικά τθν μελζτθ αποφυγισ ατυχθμάτων. Θ οποία κα μποροφςε να παρουςιάηεται ςε νζο εργατικό προςωπικό ωσ μζροσ ενόσ εκτενζςτερου vide για τθν λειτουργία και τθν αςφάλεια μζςα ςτουσ χϊρουσ εργαςίασ. Στθν εικόνα φαίνετε θ διαδικαςία χωροκζτθςθσ μιασ γραμμισ παραγωγισ με εξειδικευμζνο λογιςμικό. 2.4 Απεικόνιςη ενςωματωμϋνων ςυςτημϊτων ολοκλόρωςησ τεχνολογιών Με το δθμοφιλζσ 3D Studi κυρίωσ, κακϊσ και με τα υπόλοιπα προγράμματα, ζγινε ζνα άνοιγμα ςτο ευρφ κοινό, ϊςτε οι διαδικαςίεσ μιασ 3D απεικόνιςθσ να μθν κεωροφνται πλζον δφςχρθςτεσ. Τα λεγόμενα cncepts πλζον ζχουν αρχίςει να μπαίνουν ςτο λεξιλόγιο όλων εκείνων που αςχολοφνται με νζεσ καινοτόμεσ ςυςκευζσ. Θ λζξθ cncept παραπζμπει ςτισ μζρεσ μασ ςε ςχζδια ι ςε τριςδιάςτατα. Ραλαιότερα οι βιομθχανίεσ οχθμάτων χρθςιμοποιοφςαν κατά κόρων μακζτεσ και πιλινα μοντζλα ςε κλίμακα εν είδθ προςχεδίου οι τεχνικζσ αυτζσ ςιμερα είναι δευτερεφουςα λφςθ. Στισ περιςςότερεσ των περιπτϊςεων θ απόδοςθ των cncepts εξυπθρετείται από τριςδιάςτατα μοντζλα. Οποιαδιποτε νζα τεχνολογία κυκλοφορεί ςιμερα ςτο Internet και εμπεριζχει κάποιον μθχανιςμό - κίνθςθ ι ςτάδια, θ απλά 13

14 περίπλοκεσ χωροταξικά διατάξεισ, επεξθγείτε κυρίωσ με 3D. Λόγω τθσ φφςθσ του ςτο 3D είναι πολφ εφκολο να γίνει μια τομι ι μια μετακίνθςθ τθσ κάμερασ. Επιπλζον είναι ο πιο κατανοθτόσ τρόποσ για μια ςφαιρικι παρουςίαςθ κάκε τμιματοσ τθσ ςυςκευισ ςε ςχζςθ με τον χϊρο. Θ τομι και θ διαφάνεια κακϊσ και θ απάλειψθ κάποιου επιπζδου ςτθν πορεία του animatin, κάνει αυτι τθν τεχνολογία κατάλλθλθ για οτιδιποτε είναι ενςωματωμζνο ςε ζνα πλαίςιο θ ςε ζνα πλαίςιο που είναι μζροσ ενόσ μεγαλφτερου ακόμθ πιο περίπλοκου πλαιςίου κτλ. Θ τομι και θ διαφάνεια ςε μια ςυςκευι μπορεί να αποκαλφψει όλα τα επίπεδα Το ενςωματωμζνο αντικείμενο ι τον μθχανιςμό του (παράδειγμα ζνα ρολόι). Το 3D με απλό τρόπο αναδικνφει μια περίπλοκθ δομι, τθν χωροκζτθςθ τθσ, και τον τρόπο με τον οποίο είναι ςυνδεδεμζνα όλα τα επιμζρουσ τμιματα (μοντζλα). Πλα αυτά μποροφν να επιτευχκοφν με ζνα φιλικό προσ το μάτι ςχζδιο τομισ ι διαφάνειασ ι ενόσ animatin ςταδιακισ απάλειψθσ ςτρϊςεων. Συςκευζσ οι οποίεσ εμπεριζχονται ςε πλαίςια και ζχουν περίπλοκεσ δομζσ μποροφμε να ςυναντιςουμε εκτόσ από αυτζσ με κακαρά μθχανικι μορφι και : Στθν θλεκτρολογία (π.χ. θλεκτρικοί πίνακεσ, θλεκτρικζσ διατάξεισκ.λπ.). Στα θλεκτρονικά (π.χ. πλακζτα ενιςχυτι, ραδίουκ.λπ. ). Στα μικρο θλεκτρονικά (π.χ. αιςκθτιριοι κόμβοι CmputerPrcessingUnitsκ.λπ.). Είναι πολφ ςφνθκεσ φαινόμενο απλζσ και κατανοθτζσ (με τθν κακθμερινι ζννοια του απλοφ ) διατάξεισ πλαιςίων και θλεκτρονικϊν ςυςκευϊν, όπωσ πχ ζνασ ζνα rack ι ζνασ πφργοσ προςωπικοφ υπολογιςτι, να ζχουν πολφ περίπλοκεσ κατόψεισ κλπ. Αυτό κατατάςςεςτε ςτα μειονεκτιματα των διςδιάςτατων κλαςικϊν γραμμικϊν οπτικϊν. Συμβαίνει λόγω τθσ πολυεπίπεδθσ τοποκζτθςθσ τον επιμζρουσ ςυςκευϊν (όπωσ πλακζτεσ ςκλθροί δίςκοι - κακζτωσ οριηοντίωσ κτλ.), και ιδιαίτερα λόγω του πλαιςίου που τα περιβάλει και τον καλωδιϊςεων του τροφοδοτικοφ τθσ μθτρικισ κάρτασ, κλπ. Αντικζτωσ τζτοιεσ περίπλοκεσ διατάξεισ θλεκτρονικζσ μετατρζπονται ςε απλζσ και κατανοθτζσ όταν τισ δοφμε μπροςτά μασ ςτθν πραγματικότθτα ςαν αντικείμενα, ι όταν γίνει αναπαράςταςθ του αλθκινοφ μζςω μιασ τριςδιάςτατθσ απεικόνιςθσ. Θ κλίμακα θ ςχζςθ μεγζκουσ των θμιαγωγικϊν ςτοιχείων μιασ ςυςκευισ με μικρο-θλεκτρονικζσ διατάξεισ ςε ςχζςθ με το πραγματικό μζγεκοσ του πλαιςίου μπορεί μερικζσ φορζσ μπορεί να απζχουν πολφ. Για παράδειγμα ςε μια τθλεόραςθ μπορεί να υπάρχει ζνα chip ςε μια από τισ πλακζτεσ που να είναι επεξεργαςτισ με αρχιτεκτονικι νανομζτρων. Γίνεται απευκείασ κατανοθτό ότι όλα αυτά δεν μποροφν να τυπωκοφν ςε μια μόνο εικόνα. Οπότε θ παρουςίαςθ γίνετε τμθματικά ςτα manuals ςε πολλζσ ςελίδεσ. Ππωσ ςε διςδιάςτατα προγράμματα δίνεται θ δυνατότθτα zm ζτςι και ςτα τριςδιάςτατα όλα βρίςκονται ςε μια μόνο ςκθνι, θ κάμερα μπορεί να περιθγθκεί ανεξαρτιτωσ κλίμακασ και να επικεντρϊςει τθν παρουςίαςθ ςε οποιοδιποτε ςθμείο και βζβαια να παράγει βίντεο με τισ δυνατότθτεσ που δίνει το animatin και το rendering. Ζτςι θ παρουςίαςθ δεν γίνεται τμθματικά. Αυτό μασ επιτρζπει να κατανοοφμε τθν διαφορά ςτα μεγζκθ, κακϊσ και τθν τθν κλίμακα, ςυγκρίνοντασ ςτθν πορεία. Ζτςι εκμεταλλευόμαςτε ςε ζπακρο τθν αντιλθπτικι ικανότθτα του ανκρϊπου που ζχει από τθν φφςθ του. Δθλαδι τθν ικανότθτα του να αντιλαμβάνεται τον χϊρο. Το πάχοσ των τοιχωμάτων θ αντίλθψθ τθσ υπόςταςθσ και θ προςομοίωςθ φυςικοφ φωτιςμοφ επιπρόςκετα ενιςχφει τθν ανκρϊπινθ αντίλθψθ, ςε αντίκεςθ με τα γραμμικά ςχζδια. Σε πολυεπίπεδεσ θλεκτρονικζσ διατάξεισ με πολυεπίπεδα πλαίςια, όπωσ ο αςφρματοσ κόμβοσ Sun Spt ( τθσ Oracle Sun ), θ αντίλθψθ των τοιχωμάτων είναι καίριασ ςθμαςίασ για τθν άμεςθ κατανόθςθ τθσ δομισ. Θ κάμερα ςτα τριςδιάςτατα μπορεί να διαπεράςει τοιχϊματα και να αποκαλφψει θλεκτρονικζσ διατάξεισ που πριν δεν ιταν ορατζσ. Τα τοιχϊματα τα ίδια μποροφν να γίνουν διάφανα. Στθν διςδιάςτατθ κάκετθ γραμμικι ςχεδίαςθ δεν υπάρχει θ ζννοια κάμερα ςτο χϊρο υπάρχουν μόνο Layers εν είδθ ομαδοποίθςθσ. Σε περιπτϊςεισ όπου μια θλεκτρονικι ι θλεκτρολογικι διάταξθ πρζπει να ταιριάξει με μια άλλθ μζςω, π.χ. κθλυκόσ και αρςενικόσ υποδοχζασ, θ υπόςταςθ ακριβϊσ του αντικειμζνου ο φωτιςμόσ οι ςκιάςεισ τα υλικά κλπ. μποροφν να κάνουν πολφ κατανοθτι τθν αλλθλεπίδραςθ. Πλα αυτά τα πλεονεκτιματα ζχουν οδθγιςει τουσ ςχεδιαςτζσ περίπλοκων ενςωματωμζνων ςυςτθμάτων και όχι μόνο ςε τριςδιάςτατεσ λφςεισ γραμμικζσ για ςχεδιαςτικά φφλλα και με τοιχϊματα για ακόμθ πιο ςαφι απεικόνιςθ. 14

15 Εικόνα Ραράδειγμα φωτορεαλιςτικοφ explded view ενςωματωμζνων θλεκτρονικϊν ςυςτθμάτων. Θ χωροκζτθςθ με τισ κλαςικζσ οπτικζσ παλαιοφ τφπου με γραμμικά ςχζδια μπορεί να οδθγιςει ςε λάκθ ςυμβατότθτασ τοποκζτθςθσ θλεκτρικϊν προϊόντων και προςκζτων. Για παράδειγμα όταν κζλουμε να επιλζξουμε, μια μεγαλφτερθ ακόρυβθ ψυκτικι διάταξθ (με μεγάλο ανεμιςτιρα) για να τοποκετθκεί επάνω ςε ζναν επεξεργαςτι, είναι πολφ πιο εφκολο να ελζγξουμε εάν χτυπάνε τα μεταλλικά τθσ μζρθ ςε κάποιο μζροσ τθσ mtherbard (πχ ςωλθνϊςεισ αερόψυξθσ) με ςχεδίαςθ ςε τριςδιάςτατθ μορφι. Σιμερα με το γραμμικό ςχζδιο και τισ κλαςικζσ ςχεδιαςτικζσ οπτικζσ ςτα manuals των προϊόντων (κάτοψθ πλάγια όψθ κλπ.) λόγω τθσ περιπλοκότθτασ ζχουν παρατθρθκεί φαινόμενα, εξαρτιματα να μθν ζχουν ςυμβατότθτα ςτθν τοποκζτθςθ τουσ κατόπιν αγοράσ. Μάλιςτα εταιρείεσ ανακζτουν αυτόν τον περίπλοκο ζλεγχο ςτουσ ίδιουσ τουσ πελάτεσ, διότι αδυνατοφν να κάνουν ελζγχουσ. Θ αςυμβατότθτα αυτι μπορεί να οδθγιςει ακόμθ και ςε εξαπάτθςθ του καταναλωτικοφ κοινοφ και να οδθγιςει ςε αποςφρςεισ προϊόντων, επίςθσ αυξάνει το κόςτοσ τθσ μελζτθσ προτοφ τθν καταςκευι, για να αποφευχκοφν τζτοια φαινόμενα. Εάν από τθν άλλθ είχε κακιερωκεί ζνα standart τριςδιάςτατο πρότυπο ςχεδίαςθσ, απαραίτθτο και προαπαιτοφμενο για να βγει ζνα τζτοιο προϊϊν ςτθν αγορά, δεν κα υπιρχαν προβλιματα αςυμβατότθτασ τοποκζτθςθσ, κακϊσ οι ζλεγχοι κα ιταν προαπαιτοφμενοι και απλοί. Αλλά ακόμθ και ςε προςωπικά prjects με τθν τριςδιάςτατθ ςχεδίαςθ μποροφμε να υποςτθρίξουμε όλθ τθν διαδικαςία καταςκευισ του χωροταξικοφ ελζγχου και να πιςτοποιιςουμε τθν ςχεδίαςθ (πριν ακόμθ γίνει θ καταςκευι), ςε οποιοδιποτε ενςωματωμζνο ςφςτθμα. Τζλοσ οι τριςδιάςτατεσ εξομοιϊςεισ μασ δίνουν μια πολφ πιο εμπεριςτατωμζνθ και ξεκάκαρθ εικόνα διότι πραγματοποιοφν τισ μετριςεισ ςε τρεισ διαςτάςεισ, με δεδομζνθ τθν ευκολία παρουςίαςθσ αποτελεςμάτων ςε ζνα τζτοιο περιβάλλον, κρίνονται απαραίτθτα εργαλεία. 15

16 Εικόνα Ζλεγχοσ ροισ αζρα και απεικόνιςθ ςυγκζντρωςθσ κερμοκραςίασ ςτο πλαίςιο, με το Slidwrks - Flw Simulatin. 16

17 2.5 Απεικόνιςη ςτην εκπαύδευςη και κατϊρτιςη εξειδικευμϋνου προςωπικού Τα τριςδιάςτατα γραφικά κα μποροφςαν να ςυςχετιςτοφν και να γίνουν κομμάτι τθσ εκπαίδευςθσ από τθν αρχι τθσ. Ζτςι κα ιταν ςαφζσ και πολφ πιο άμεςα κατανοθτά απλά ςχιματα ι πιο περίπλοκα όπωσ π.χ θ δομι ενόσ ατόμου. Εξομοιϊςεισ πειραμάτων ςτθν φυςικι κα μποροφςαν να κάνουν ςαφζσ πϊσ επιδρά π.χ μια δφναμθ νζα δφναμθ θ όποια προςτίκεται, και όλα αυτά διαδραςτικά (με RT Dynamics). Θ οπτικι 3D επεξιγθςθ μπορεί να εμπλουτίςει όλα τα ςτάδια τθσ εκπαίδευςθσ, το κλαςικό μοντζλο τθσ διςδιάςτατθσ εικόνασ ςε ζντυπθ μορφι πολλζσ φορζσ δεν είναι ικανό να αποδϊςει με τθν ίδια ευκολία το αποτζλεςμα του τριςδιάςτατου. Σε επίπεδο ανϊτατων ιδρυμάτων όπωσ τοτελ ΚΑΒΑΛΑΣ και ςυγκεκριμζνα για τθν θλεκτρολογία είναι απαραίτθτα πάρα πολλά ςκίτςα μιασ και το αντικείμενο είναι τζτοιο που απαιτεί ςχθματικζσ αναπαραςτάςεισ λόγω περιπλοκότθτασ. Ενδεικτικά αναφζρω ότι κα μποροφςαν πλαιςιωκοφν με 3D μοντζλα ι 3D animatin: Επεξθγιςεισ τον βαςικϊν τθσ θλεκτρονικισ π.χ. TransistrBGT διπολικά, ροι θλεκτρονίων, κατάςταςθ θρεμίασ, φαινόμενο χιονοςτιβάδασ, ανάςτροφθ πόλωςθ, ορκι πόλωςθ κ.ο.κ. Επεξθγιςεισ λειτουργίασ κινθτιρων, εναλλαγζσ, φάςεισ, τομζσ, βλάβεσ, μθχανικά μζρθ κτλ. Στισ εγκαταςτάςεισ κα μποροφςαν να γίνουν ςχθματικζσ αναπαραςτάςεισ ζτςι ϊςτε ο φοιτθτισ να μπορεί να δει πωσ εξοπλίηετε ο χϊροσ μιασ οικιακισ εγκατάςταςθσ με βιματα, ςε πολλά παραδείγματα. Στα ςυςτιματα αυτομάτου ελζγχου κα μποροφςε να γίνει επεξιγθςθ τθσ λειτουργίασ μιασ μθχανισ ελζγχου (τι κάνει πρακτικά). Ρζρα από τθν εκπαίδευςθ το 3D ενδείκνυται και για κατάρτιςθ εξειδικευμζνου προςωπικοφ, ςε ειδικζσ ομάδεσ οι οποίεσ πριν οδθγθκοφν ςτθν παραγωγι κα λαμβάνουν μζροσ ςε ςεμινάρια με οπτικό υλικό και όχι μόνο. Εκεί μπορεί να γίνει χριςθ τριςδιάςτατων ϊςτε να είναι εξοικειωμζνοι με το αντικείμενο τουσ χϊρουσ τισ επικινδυνότθτεσ αλλά και τα υλικά και τισ ςυνκικεσ που κα ςυναντιςουν προτοφ ακόμα εργαςτοφν. Επίςθσ μζςα από αυτι τθν διαδικαςία κα μποροφςαν να επιςθμανκοφν οι κίνδυνοι αλλά και ο ςωςτόσ τρόποσ χειριςμοφ και επιςιμανςθ ειδικϊν χειριςμϊν ςε επικίνδυνεσ καταςτάςεισ. Αυτό ειςφζρει ταυτόχρονα ςτθν αςφάλεια και τθν αποφυγι ατυχθμάτων ωσ εκ τοφτου βελτιϊνεται θ αίςκθςθ αςφάλειασ και θ αποδοτικότθτα του εργατικοφ προςωπικοφ. Επίςθσ κεμιτό είναι ςε περίπλοκεσ εργοςταςιακζσ ομάδεσ να γίνεται τριςδιάςτατθ απεικόνιςθ ςτα κζντρα ελζγχου ϊςτε οι χειριςτζσ, οι υπεφκυνοι κακϊσ και το προςωπικό αςφαλείασ να ζχουν άμεςθ εικόνα του τι γίνετε ςτο εργοςτάςιο. Ειδικότερα ςε μζρθ που είναι αδφνατθ θ άμεςθ παρατιρθςθ, αλλά μποροφν να μπουν αιςκθτιριοι κόμβοι που κα ςτείλουν δεδομζνα για 3Dαπεικονίςεισ πραγματικοφ χρόνου. Ρ.χ. βαφεία, ςιλό, χυτιρια, υποβρφχιεσ εγκαταςτάςεισ, χϊροι με υπερβολικι πίεςθ, υγραςία, κερμότθτα κ.τ.λ. 17

18 Κεφϊλαιο 3ο Διϊκριςη Εργαλεύων και Ανϊλυςη Βαςικών Εννοιών 3D Mdelling 3.1 Ταξινόμηςη, ρόλοσ και δυνατότητεσ τριςδιϊςτατων εφαρμογών Παραμετρικϋσ εφαρμογϋσ τριςδιϊςτατων, καθαρϊ ςχεδιαςτικϊ προγρϊμματα. [8][9][10][11][12] Main Functinality Animatins & Rendering Cst Estimatin Dcumentatin Architectural Design Indented Use Electrical Mechanical Architects Engineers Intended User Industrial Designers Students / Casual Users AEC Aerspace AUTODESK Simulatin & Analysis CREO Parts & Assembly Mdeling SOLIDWORKS Εθαξκνγέο: N CATIA Σπγθξηηηθόο πίλαθαο παξακεηξηθώλ ζρεδηαζηηθώλ πξνγξακκάηωλ. Airline Apparel & Accessries Autmtive Carg Handling Cmputer Aircraft Industry 18

19 Cnstructin Cnsulting Cnsumer Prducts Installatin Maintenance Training Training Features Training Prgram 2D t 3D CAD Cnversin 3D Printing Cllabratin Features Multiple User Reviews Versin Cntrl 3D Viewing Tls Τα λογιςμικά αυτά ορίηονται ωσ παραμετρικά/ κακαρά ςχεδιαςτικά, διότι παράγουν ουςιαςτικάprceduralμοντζλα βαςιςμζνα ςε 2dςχιματα. Κυρίωσ ςκοπόσ τουσ είναι να αςτικοποιιςουν ςχεδιαςτικά φφλλα με υποβοικθςθ τθσ τριςδιάςτατθσ προοπτικισ. Επίςθσ μποροφν να παράγουν εξειδικευμζνεσ εξομοιϊςεισ. Είναι υπολογιςτικά απαιτθτικζσ εφαρμογζσ γιατί καλοφνται να παίξουν και τουσ τρείσ ρόλουσ αυτοφσ ταυτόχρονα υπακοφοντασ ταυτόχρονα ςε standards του εμπορίου. Οριςμζνα από αυτά τα προγράμματα μποροφν να εξάγουν εξειδικευμζνα frmats που είναι ςυμβατά ακόμθ και με προγράμματα οδιγθςθσ μθχανϊν ρομποτικοί βραχίονεσ CNC κλπ. Ορίηονται επίςθσ ωσ προγράμματα (CAD/CAM):(Cmputer Aided Design)(Cmputer Aided Manufacturing. Στο επίπεδο τθσ οπτικοποίθςθσ κάνουν πολφ βαςικζσ λειτουργίεσ όπωσ shaded mdeling και απλζσ οπτικοποιιςεισ, για να υποβοθκιςουν κυρίωσ τον ίδιο τον ςχεδιαςτι. Εικόνα Ραραμετρικι μοντελοποίθςθ Cnveyr belt feeder, απεικόνιςθ (Real Time). 19

20 Εικόνα Ραραμετρικι μοντελοποίθςθ Water centrifugal Pump KSB-ETA 80-20, ςε απλι ποιότθτασ απεικόνιςθ. Εικόνα Ραράδειγμα τελικοφ παραγόμενου ςχεδιαςτικοφ φφλλου, από παραμετρικό τριςδιάςτατο λογιςμικό ςχεδίαςθσ. 20

21 Τριςδιϊςτατεσ εφαρμογϋσ γενικού σκοπού Sοftimage SI-Το πακζτο Autdesk Sftimage είναι θ ςυνζχεια των επιτυχθμζνων πακζτων Sftimage 3D και Sftimage SI που τότε είχε αναλάβει να αναπτφξει θ AVID. Το λογιςμικό χρθςιμοποιείται για μοντελιςμό, animatin simulatin και παραγωγι υψθλισ ποιότθτασ 3D οπτικοποιιςεων. Ζχει ενςωματωμζνθ τθν μθχανι οπτικοποίθςθ Mental Ray. Ωσ μια πολυχρθςτικι πλατφόρμα ανάπτυξθσ τριςδιάςτατθσ απεικόνιςθσ υποςτθρίηει επεκταςιμότθτα και είναι δομθμζνο με αρχιτεκτονικι θ οποία αναπαριςτά τθν κλθρονομικότθτα τθν ιεράρχθςθ ςτα επιμζρουσ τμιματα του μζχρι και ςε πολφ lw level ςυςτατικά του. Το sftimage ιταν από τα πρϊτα που υποςτιριξαν Nn linear animatin mixer κλπ. Μπορεί να παράγει οποιοδιποτε πολυγωνικό ( απλό - subdivided ι nurbs ) μοντζλο. Επίςθσ πζρα από βαςικι κάλυψθ ςε όλα τα επίπεδα παραγωγισ (ακόμθ και ςτο cmpsiting), ξεχωρίηει για το ICE ( Intergrated cmputing envirment ) και γενικότερα για τα δενδρικά του ςυςτιματα (shaders cmpsiting κλπ). Λδιαίτερα features του είναι το FaceRbt για το Gatr, Simulatin, paticles, Hair, Crwd Cntrl και για τα animatin tls που προςφζρει γενικότερα. Υποςτθρίηετε από μια ευρεία γκάμα plugins και επεκτείνει τισ ικανότθτεσ του με Pythn javascript και C scripting μζςω του SDK του. Ππωσ και τα παρακάτω προγράμματα μπορεί να δεχτεί μια μεγάλθ γκάμα από renderers για να επεκτακοφν ακόμθ περιςςότερο οι δυνατότθτεσ του ςτον φωτορεαλιςμό. Χρθςιμοποιείται κυρίωσ για mdeling, Cmmercials, Cncept design, ArchViz, CGI mvies C.G.I Effects κ.α. [12][5] Lightwave- είναι ζνα λογιςμικό που χρθςιμοποιείται για rendering 3d, για παραγωγι ςτατικϊν ι animatin. Ρεριζχει μια μθχανι οπτικοποίθςθσ που υποςτθρίηει εξειδικευμζνεσ λειτουργίεσ που προςδίδουν ρεαλιςμό όπωσ, αντανάκλαςθ refractin, radicity,και caustics. Στο 3D μοντελιςμό του υποςτθρίηει και πολυγωνικι ςχεδίαςθ και subdivisin surfaces. Το animatin κομμάτι του υποςτθρίηει λειτουργίεσ όπωσ reverse και frward kinematics για animatin χαρακτιρων, ςυςτιματα particle και dynamic simulatins. Οι προγραμματιςτζσ μποροφν να επεκτείνουν τισ δυνατότθτεσ του Lightwave με το SDK που διακζτει LScript scripting (a prprietary scripting language) και ςυνθκιςμζνα C language interfaces. Με τθν ζκδοςθ 11 και ζπειτα προςτζκθκε και, Pythn υποςτιριξθ. Το Lightwave είναι γενικότερα ζνα όχι πολφ δθμοφιλζσ πρόγραμμα ςε απλοφσ χριςτεσ, παρόλα αυτά ςε επίπεδο βραβείων κινθματογράφου ζχει κερδίςει τα περιςςότερα (C.G.I οπτικά εφζ κλπ).[13] 3DS MA - Το προθγουμζνωσ γνωςτό και ωσ 3D Studi Max και παλαιότερα ωσ 3D Studi, είναι μια εφαρμογι παραγωγισ τριςδιάςτατων γραφικϊν για τθν δθμιουργία 3D animatins, μοντελιςμοφ και οπτικοποίθςθσ. Αναπτφχκθκε και παράχκθκε πρϊτα από τθν Autdesk Media and Entertainment. Ζχει δυνατότθτεσ μοντελιςμοφ, περιζχει δε μια plug-in αρχιτεκτονικι που μπορεί να χρθςιμοποιθκεί από τθν Micrsft Windws platfrm. Είναι επανειλθμμζνα χρθςιμοποιθμζνο για ανάπτυξθ vide games, δθμοφιλζσ για τθν χριςθ του ςε διαφθμιςτικά studis και για τθν χριςθ του για οπτικοποιιςεισ κτθρίων(συνθκίηεται να ςυνεργάηεται με το Vray). Χρθςιμοποιείτε επίςθσ για οπτικοποιιςεισ ταινιϊν και προεπιςκόπθςθσ ταινιϊν. Ρεριλαμβάνει επίςθσ εξειδικευμζνουσ shaders (ενδεικτικά να αναφζρουμε τα ambient cclusin και subsurface scaterring, αλλά και είναι ικανό να παράγει δυναμικζσ εξομοιϊςεισ, διακζτει particle system,, δθμιουργία nrmal map. Στθν οπτικοποίθςθ το 3DS περιλαμβάνει και τον default renderer και το mental ray ενςωματωμζνο. Διακζτει επίςθσ ζνα custmizable user interface, και μια δικιά του γλϊςςα scripting.[12] 21

22 Autdesk Maya - Είναι μια εφαρμογι παραγωγισ τριςδιάςτατων γραφικϊν θ οποία γεννικθκε ςτθν ουςία από τισ ανάγκεσ κινθματογραφικϊν studisκαι εξελίςςεται μζχρι ςιμερα πλζον ςαν ζνα πολυχρθςτικό εργαλείο. Τρζχει ςε Windws, Mac OS και Linux, πρϊτο αναπτφχκθκε από τθν Alias Systems Crpratin (γνωςτι και ωσ Alias Wavefrnt) ςιμερα αγοράςτθκε και αναπτφςςετε από τθν Autdesk, Inc. Συνθκίηεται να χρθςιμοποιείται για να δθμιουργεί διαδραςτικζσ 3D εφαρμογζσ, ςε αυτά περιλαμβάνονται vide games, animated films, ςειρζσ τθλεόραςθσ, και ςε visual effects ταινιϊν.τα πλεονεκτιματα τθσ αρχιτεκτονικισ του ομοιάηουν με το Sftimage. Ιταν το πρϊτο που ειςιγαγε εργαλεία όπωσ Paint Effects αναμφίβολα ανάμεςα ςτα πιο δυνατά πακζτα τθσ αγοράσ. [12] Cinema 4d - μια πλατφόρμα 3d μοντελοποίθςθσ, animatin και οπτικοποίθςθσ που αναπτφχκθκε από τθν MAON Cmputer GmbH f Friedrichsdrf, Germany. Είναι ικανό να παράγει prcedural και plygnal/subd μοντζλα, να παράγει animatin, φωτιςμό, υφζσ, οπτικοποίθςθ, και ςυνθκιςμζνεσ διεργαςίεσ που ςυναντϊνται ςε εφαρμογζσ 3d μοντελιςμοφ. Είναι ςαφζςτατα μια πιο απλι λφςθ τα τελευταία χρόνια όμωσ και αυτό αναπτφςςεται ραγδαία και είναι και πολυ δθμοφιλισ. [14] Blender Είναι μια ελεφκερθ ανοιχτοφ κϊδικα εφαρμογι παραγωγισ τριςδιάςτατων γραφικϊν, ζχει χρθςιμοποιθκεί κυρίωσ για animated films, visual effects, τζχνθ, 3D printed μοντζλα, και ςε διαδραςτικζσ 3D εφαρμογζσ, όπωσ vide games. Το Blender ζχει καταφζρει να αναπαράγει πολλά εργαλεία δυνατότερων πακζτων που αφοροφν : 3D mdeling, UV unwrapping, texturing, rigging and skinning, εξομοίωςθ υγρϊν καπνοφ, με ςυςτιματα particle, sftbdy εξομοίωςισ, sculpting, animating, matchmving, cameratracking, rendering, επεξεργαςία vide και cmpsiting. Επίςθσ υποςτθρίηει μια built-in μθχανι RT και ζχει επεκτάςιμθ αρχιτεκτονικι που μπορεί να δεχτεί μζχρι και εξειδικευμζνουσ renderers.[33] Τα περιςςότερα από τα παραπάνω πολυχρθςτικά τριςδιάςτατα προγράμματα (γενικοφ ςκοποφ) είναι ταυτόχρονα και επεκτάςιμα, δεν ζχουν τουσ περιοριςμοφσ των παραμετρικϊν, οφτε είναι εξειδικευμζνα ςε ζνα ςυγκεκριμζνο ςχεδιαςτικό αντικείμενο. Λόγω τθσ ευρείασ γκάμασ εναςχόλθςθσ τουσ μποροφν να αναφερκοφν και ωσ γενικοφ ςκοποφ. Ζνα άλλο κφριο χαρακτθριςτικό τουσ είναι ο πυρινασ τουσ που ςτθρίηετε απευκείασ ςτθν πολυγωνικι ςχεδίαςθ, ςυμφϊνα με αυτό το χαρακτθριςτικό τουσ μποροφν να ονομαςτοφν και πολυγωνικισ βάςθσ. Ωσ μθ εξειδικευμζνα προγράμματα γραμμικοφ ςχεδιαςμοφ, δεν ζχουν περιοριςμοφσ, καταλαβαίνουμε ότι είναι πολφ πιο ελεφκερα και ευζλικτα ςτθν δθμιουργία από τα ςχεδιαςτικά. Υποςτθρίηουν μια πλθκϊρα από plug ins, scripting, και επάνω τουσ προςαρμόηεται ζνα μεγάλο ςφνολο από τελικοφσ φωτοαποδϊτεσ. Είναι ευρζωσ γνωςτά για τισ φωτορεαλιςτικζσ τουσ αποδόςεισ για τα mdeling tls, για το animatin, για τα particleκαι για το simulatinsystems που διακζτουν. Λόγω του ανταγωνιςμοφ ζχουν αναπτφξει τα εργαλεία τουσ ϊςτε να είναι εφχρθςτα και κατανοθτά. Ωσ εκ τοφτου τα προγράμματα γενικοφ ςκοποφ ενδείκνυνται για cncept designs που επικεντρϊνουν ςτθν ποιότθτα τθσ τελικισ οπτικοποίθςθσ και επιδιϊκουν πζρα από τθν μοντελοποίθςθ και τθν πρόςβαςθ ςτον φωτορεαλιςμό. Τα προγράμματα γενικοφ τφπου ςε ανϊτερου επιπζδου φωτορεαλιςμοφσ, ςιμερα είναι εκείνα που δίνουν τθν πρϊτθ φλθ, δθλαδι ςειρζσ από καρζ, τα οποία ςυνικωσ επιδζχονται μια τελικι διςδιάςτατθ μετ επεξεργαςία. 22