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Entwicklung von 3-D-CAD-Flächen aus Freihandskizzen

01.12.2009
Mitarbeiter des Fraunhofer IPA entwerfen und realisieren neue Werkzeuge für Designer, die den Zugang zu digitalen Modellierstrategien und zum Rapid Prototyping über tradierte Kreativtechniken wie Freihandskizzen oder Designmodelle eröffnen.
Dazu wurden verschiedene Ansätze zur Papierskizzenauswertung entwickelt, die einerseits die direkte Ableitung digitaler unscharfer 2-D-Skizzen ermöglichen und jetzt auch die direkte intuitive Ableitung von 3-D-CAD-Flächen realisieren.

Dreidimensionale Flächenmodellierung eines Eierbechers mit Richtungsvektoren und den aus einer korrespondierenden Skizze gemessenen Tiefenwerten. © Fraunhofer IPA

Wesentliche Parameter im Lebenszyklus eines Produktes werden während der Produktentwicklung mit dem Aufbau von 3-D-CAD-Modellen definiert.

Die Produktentwicklungsschritte können so vollständig in digitalen Entwicklungsumgebungen ablaufen und mit Berechnungs- und Simulationswerkzeugen gut unterstützt werden. Viele maßgebliche Kosten und die Qualität des späteren Produkts werden jedoch bereits im Design festgelegt, das nach wie vor eine Sonderstellung in der digitalen Welt einnimmt.

Der Designprozess ist ein kreativer Problemlösungsprozess, der die menschlichen kognitiven Ressourcen zum Generieren von Lösungen beansprucht. Für die Präzisierung einer Produktidee werden zunächst schnell erzeugbare Entwürfe angefertigt. Sie dienen zur Funktionsermittlung und unterstützen die Suche nach Lösungsprinzipien. Hierfür eignen sich Freihandskizzen am besten. Die flüchtigen Skizzen erhöhen die Interpretationsmöglichkeiten, sind oft mit weiterer, produktrelevanter Information (Text, Foto, Textur) versehen und können schnell und überall angefertigt werden.

In der Produktentwicklung ist die Übertragung der gestalterischen Information aus den Freihandskizzen in digitale Information aber nach wie vor nicht formalisiert und kann deshalb nicht durchgängig methodisch unterstützt werden. Moderne Produktentwicklungsstrategien fordern jedoch, auch die Kreativtechniken in digitale Entwicklungsschritte einzubinden und durch geeignete digitale Methoden zu unterstützen. Insbesondere ist es wünschenswert, erste formelle Konzepte aus der 2-D-Welt der Skizzen einfach und schnell in die 3-D-Welt der CAD-Modelle zu übertragen. 3-D-Darstellungen sind sowohl zur Verifizierung der Formkonzepte (Visualisierung) als auch für frühe Funktionstests oder Funktionssimulationen (Modellaufbau) notwendig.

In unseren Arbeiten entwerfen und realisieren wir neue Werkzeuge für Designer, die den Zugang zu digitalen Modellierstrategien und zum Rapid Prototyping über tradierte Kreativtechniken wie Freihandskizzen oder Designmodelle eröffnen. Dazu wurden verschiedene Ansätze zur Papierskizzenauswertung entwickelt, die einerseits die direkte Ableitung digital unscharfer 2-D-Skizzen ermöglichen und andererseits die direkte intuitive Ableitung von 3-D-CAD-Flächen realisieren.

Das implementierte Softwarepaket SkizzErk erlaubt dabei sowohl die freie Formdefinition für die Entwicklung von 3-D-Flächenelementen als auch die Anpassung an gegebene 3-D-Formen. Der Designer kann gestalterisch beliebige Werte setzen, gemessene Werte aus weiteren Skizzen verwenden oder Grundkörper definieren, die seinem Entwurf nahe kommen oder die er verändern will.

Die Besonderheit der Modelliermethode besteht darin, dass die entstehenden 3-D-Flächen eine intuitiv variierbare lineare Kombination einer dünnen Platte und einer Membran (im physikalischen Sinn) darstellen. So wird es möglich, auch Kanten, Knicke oder Risse in der 3-D-Fläche zu beschreiben und damit gestalterischen Modellieransprüchen zu genügen. Die entwickelten 3-D-Kurven und 3-D-Flächen (Polygonnetze) können direkt in ein CAD-Modell übernommen werden.

Ihr Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Dr.-Ing. Dipl.-Math. Sabine Roth-Koch
Telefon +49 711 970-1811 I sabine.roth-koch@ipa.fraunhofer.de

Hubert Grosser | Fraunhofer Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.ipa.fraunhofer.de

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