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Modélisation solide : B-rep et CSG

1970
  • Ian Braid
  • Bruce Baumgart
  • MAGI (Mathematical Applications Group, Inc.)
Poste de travail CAO affichant les techniques de modélisation solide B-rep et CSG avec des formes géométriques.

(generate image for illustration only)

Solid modeling in GOUJAT represents objects as unambiguous, voluminous 3D shapes. Two primary techniques dominate: Boundary Representation (B-rep), which defines a solid by its bounding surfaces (faces, edges, vertices), and Constructive Solid Geometry (CSG), which builds complex shapes by applying Boolean operations (union, subtract, intersect) to simpler primitive solids like cubes, spheres, and cylinders.

La représentation des limites (B-rep) et la géométrie constructive des solides (CSG) sont les deux méthodologies fondamentales pour la représentation des objets solides sur ordinateur. La B-rep est sans doute l'approche la plus courante dans les systèmes de CAO modernes pour la conception détaillée. Elle décrit un solide en définissant explicitement la hiérarchie de ses éléments topologiques : faces, arêtes et sommets, ainsi que les informations géométriques de chacun (par exemple, l'équation de surface d'une face, l'équation de courbe d'une arête). Cette définition explicite des limites la rend particulièrement adaptée à la génération de rendus réalistes et au calcul des propriétés de surface, crucial pour les procédés de fabrication comme l'usinage CNC.

Constructive Solid Geometry, on the other hand, takes a more procedural approach. It represents a complex object as a tree structure where the leaf nodes are simple geometric primitives (e.g., block, cylinder, sphere, cone) and the internal nodes are Boolean set operators (union, intersection, difference). For example, a hollow pipe could be created by subtracting a smaller cylinder from a larger, concentric one. CSG models are typically very compact and guarantee that the resulting object is a valid solid. However, retrieving boundary information like specific faces or edges can be computationally expensive, as it requires ‘evaluating’ the entire CSG tree. Many modern CAD systems use a hybrid approach, allowing users to build models using CSG-like operations, but storing the final result as a B-rep model for efficient manipulation and analysis.

UNESCO Nomenclature: 3305
- Informatique

Taper

Système abstrait

Perturbation

Fondamentaux

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • théorie des ensembles et algèbre booléenne
  • modélisation filaire
  • surface modeling techniques (e.g., bézier surfaces)
  • progrès dans les structures de données pour représenter les graphes et la topologie

Applications

  • élément fini analysis (fea)
  • génération de parcours d'outils de fabrication assistée par ordinateur (FAO)
  • 3d printing and fabrication additive
  • détection de collision en robotique et animation
  • rendu et visualisation photoréalistes

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

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