KR20000032763A - Geometric constraint solution for parametric design - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A geometric solution for parametric design is disclosed is to minimize the numerical instability in designing CAD models by concentrating on the constructive approach and the numerical approach. CONSTITUTION: A parametric design's geometric solution method is composed of graph generation(100), construction plan generation(200), plan evaluation(300), and model modification(400). The CAD model input(11), based on geometric entities and constraints is processed by supervised input(c1)(100). A new graph is generated and processed through (11), (c1), second supervised input(c2), graph reduction and classification(M2), rule reasoning method(M1) and results in the creation and classification of design history(200). Design history is then processed by (11), (c1), (M1), and cluster analysis algorithm (M3), and the evaluation of system and output of variable model design is made(300). Based on the (300)'s variable model design, a new measurement and constraints is created by API calls system and evaluated by (300), and a new variable model design is created.

Description

파라메트릭 설계용 기하학적 제약조건 해결방법Geometric Constraints Solution for Parametric Design

본 발명은 파라메트릭 설계용 기하학적 제약조건을 효과적으로 해결하기 위한 방법에 관한 것으로, 특히 다양한 기하학적 제약조건(Geometric Constraint) 문제를 효과적이며 짧은 시간에 해결할 수 있는 파라메트릭 설계에 관한 새로운 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for effectively solving geometrical constraints for parametric design, and more particularly to a new method for parametric design that can solve various geometrical constraint problems in an effective and short time.

파라메트릭 설계는 형상요소들간의 기하학적 제약조건을 해결하는 방법론이다. 즉, 파라메트릭 설계란 형상을 정의하는 기본 단위인 점, 선, 곡선, 면 등과 같은 기하학적 요소들간의 일정한 관계를 치수에 관한 함수로 나타내어 형상을 정의하는 CAD의 한 방법이다.Parametric design is a methodology for solving geometrical constraints between geometric elements. In other words, parametric design is a method of CAD that defines a shape by expressing a constant relationship between geometric elements such as points, lines, curves, and faces, which are the basic units for defining the shape, as a function of dimensions.

따라서 이렇게 정의된 형상은 기존의 형상정의와는 달리 형상요소의 위치관계를 부여하는 치수의 값에 따라 여러 가지의 유사형상으로 변형될 수 있다. 기존의 CAD 시스템은 설계과정 중 설계변수가 확정된 후 도면작성이나 형상 모델링에 이용되었지만, 파라메트릭 설계에서는 설계자의 개념적인 형상만으로 형상을 모델링하고, 제약조건이 점차 구체적으로 정해지면서 설계변수들이 확정되는 과정을 그대로 반영할 수 있는 방법으로 인식되었다.Therefore, the shape defined in this way can be transformed into various similar shapes according to the value of the dimension giving the positional relationship of the shape elements, unlike the existing shape definitions. Conventional CAD systems were used for drawing or shape modeling after design variables were determined during the design process.However, in parametric design, the model is modeled only with the conceptual shape of the designer, and the design variables are determined as constraints are gradually specified. It was recognized as a way to reflect the process as it is.

도 6는 파라메트릭 설계기법에 의해 설계된 형상과 치수값 변경에 따른 수정된 형상을 보여주고 있다. 도 6에서 볼 수 있듯이 디자인 수정과정이 단순한 치수값 변경에 의해서 이루어지기 때문에 이러한 접근방법은 수정이 많이 요구되는 초기 설계 단계에 유용하게 사용될 수 있다. 앞으로도 이에 관한 연구는 보다 활발히 진행되어 제품설계, 시뮬레이션, 건축 구조물 설계 등에 다양하게 응용될 전망이다.FIG. 6 shows a shape designed by a parametric design technique and a modified shape according to a dimension value change. As shown in FIG. 6, this approach can be usefully used in the initial design stage, which requires a lot of modifications because the design modification process is performed by a simple dimension value change. In the future, this research will be actively conducted and applied to various products such as product design, simulation and building structure design.

종래의 파라메트릭 해결방법에는 크게 두 가지가 있다.There are two conventional parametric solutions.

1) 수치적 접근방법(Numerical approach)과1) Numerical approach and

2) 해석적 접근방법(Constructive approach) 이 있다.2) There is a constructive approach.

수치적 접근방법은 형상을 구속시키는 제약조건을 방정식의 형태로 나타내고 이 연립방정식의 해를 구하여 형상을 정의하는 방법이다. 주된 장점은 이론적으로는 방정식으로 표현할 수 있는 다양한 형태의 제약조건 문제를 해결할 수 있다. 하지만 다음과 같은 커다란 단점이 있다.The numerical approach is to define the shape by constraining the shape constraints in the form of an equation and solving the system of equations. The main advantage is that, in theory, it can solve various types of constraint problems that can be expressed as equations. However, there are big disadvantages as follows.

첫째, 대부분의 제약식이 고차원 방정식으로 표현되어 해를 찾는 과정에서 수치적 불안정(Numerical Instability)을 야기시키고 찾은 해도 일관성(Solution Consistency)이 없다. 둘째, 수치적 방법은 고차원 방정식의 복잡성으로 인해 비효율적이다. 세째, 수치적 방법은 복수 해를 구할 수 없기 때문에 사용자의 의도에 적합한 해를 구할 수 없다.First, most constraints are expressed as high-dimensional equations, causing numerical instability in finding solutions, and there is no solution consistency. Second, numerical methods are inefficient due to the complexity of high-dimensional equations. Third, since the numerical method cannot obtain a plurality of solutions, it is impossible to obtain a solution suitable for the user's intention.

이러한 문제점 때문에 대부분의 파라메트릭 설계시스템은 기하학적 문제를 해결하기 위해서 해석적 접근방법을 따른다.Because of this problem, most parametric design systems follow an analytical approach to solving geometric problems.

해석적 접근방법은 일련의 제약조건을 그래프나 서술 심볼(Predicate Symbol)과 같은 지식으로 표현하고, 표현된 지식을 처리하여 일련의 디자인 히스토리를 생성시킨다. 그리고, 생성된 히스토리를 순차적으로 풀어서 기하학적 요소들의 자유도를 점진적으로 구속시키는 방법이다. 이 접근방법은 심볼릭하게 제약조건을 처리하기 때문에 수치적 접근방법의 커다란 단점인 수치적 불안정을 최소화시킬 수 있다.The analytic approach expresses a set of constraints as knowledge, such as graphs or predicate symbols, and processes the expressed knowledge to produce a series of design histories. Then, the generated history is sequentially solved to gradually restrict the degrees of freedom of the geometric elements. This approach symbolically handles constraints, which minimizes the numerical instability of the numerical approach.

그러나, 처리할 수 있는 제약조건 문제들이 제한적이며 디자인 히스토리를 생성시키는데 비효율적이다.However, constraint problems that can be handled are limited and inefficient in generating design history.

본 발명은 수치적 불안정을 최소화하면서 다양한 기하학적인 문제들을 효율적으로 처리할 수 있는 파라메트릭 설계용 기하학적 제약조건 해결방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a geometric constraint solving method for parametric design that can efficiently handle various geometric problems while minimizing numerical instability.

본 발명은 전체적으로는 해석적 접근방법(Constructive approach)에 기반을 두고 부분적으로는 수치적 접근방법(Numerical Approach)에 기반을 두고 있다. 해석적 접근방법은 자와 컴퍼스로 작도 가능한(Ruler-and-compass Constructible) 형상들을 해결하고, 수치적 접근방법은 자와 컴퍼스로 작도 불가능한 (Ruler-and-compass Non-constructible) 형상들을 해결한다.The present invention is based, in part, on a constructive approach and partly based on a numerical approach. The analytical approach solves the Ruler-and-compass Constructible shapes, and the numerical approach solves the Ruler-and-compass Non-constructible shapes.

따라서, 해석적 접근방법의 효율성과 수치적 접근방법의 보편성을 결합하여 기하학적 해결자의 성능을 극대화 시킬 수 있다.Thus, the efficiency of the geometric solver can be maximized by combining the efficiency of the analytical approach with the universality of the numerical approach.

도 1은 본 발명에서 제시된 기하학적 제약조건 해결방법의 기능적 다이어그램.1 is a functional diagram of a geometric constraint solution proposed in the present invention.

도 2는 도 1에 근거한 CAD 모델의 제약그래프 생성.2 is a constraint graph generation of the CAD model based on FIG.

도 3은 본 발명에 의한 기하학적 제약조건을 효율적으로 해결하기 위해서 자유도에 근거한 그래프 클러스터 분류도.3 is a graph cluster classification diagram based on degrees of freedom in order to efficiently solve geometrical constraints according to the present invention.

도 4는 도 2의 모델에 관한 플랜생성과정.4 is a plan generation process for the model of FIG.

도 5는 도 3에 분류된 그래프 클러스터의 해결방법을 보인 분류도.5 is a classification diagram illustrating a solution of a graph cluster classified in FIG. 3.

도 6는 본 발명에 의해 해결될 수 있는 간단한 예시도.Figure 6 is a simple illustration that can be solved by the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>

10 : CAD모델 입력부 20 : 기준 제약 조건부10: CAD model input part 20: reference constraint part

30 : 처리 알고리즘부 40 : 사용자 입력부30: processing algorithm unit 40: user input unit

50 : 출력부 100 : 제약 그래프 생성부50: output unit 100: constraint graph generation unit

200 : 제약플랜 생성부 300 : 플랜 평가부200: pharmaceutical plan generation unit 300: plan evaluation unit

400 : 형상수정부400: Shape Correction

기하학적 제약조건 문제는 기하학적 요소와 제약조건으로 표현된다. 본 발명에서 사용되는 기하학적 요소는 점, 선, 반지름을 지닌 원, 선분, 그리고 원호로 구성되어 있다. 제약조건에는 거리(Distance), 각도(Angle), 평행관계(Parallelism), 중심일치(Concentricity), 접촉관계(Tangency), 수직관계(Perpendicularity), 일치(Incidence) 등이 있다. 기하학적 요소는 모양, 크기, 위치, 자세 등을 나타내는 자유도를 지니고 있다. 직선과 점은 2-자유도를 가지며 원은 3-자유도를 지닌다. 강체(Rigid Body)도 또한 3-자유도를 지닌다.Geometric constraints problems are expressed in terms of geometric elements and constraints. The geometric elements used in the present invention are composed of points, lines, circles with radius, line segments, and arcs. Constraints include Distance, Angle, Parallelism, Concentricity, Tangency, Perpendicularity, and Incidence. Geometric elements have degrees of freedom that indicate their shape, size, position, posture, and so on. Lines and points have two degrees of freedom and circles have three degrees of freedom. Rigid bodies also have three degrees of freedom.

반면에 기하학적 제약조건은 이런 자유도를 제거하는 역할을 한다. 대부분의 제약조건은 1-자유도를 제거하지만, 몇몇의 예외가 있다. 두 직선간의 거리는 평행관계 및 거리를 동시에 만족시켜야 하기 때문에 2-자유도를 제거한다. 그리고, 중심일치관계도 2-자유도를 제거한다. 따라서, 기하학적 제약조건 문제를 해결하기 위해서는 제약조건들이 주어진 기하학적 요소들의 자유도를 모두 제거해야 한다.Geometric constraints, on the other hand, serve to remove this degree of freedom. Most constraints remove 1-degree of freedom, with some exceptions. The distance between the two straight lines eliminates two degrees of freedom because they must satisfy the parallelism and distance at the same time. And, the central coincidence relationship also eliminates two degrees of freedom. Therefore, in order to solve the geometric constraint problem, constraints must remove all degrees of freedom of a given geometric element.

본 발명에서 기하학적 제약조건 해결과정의 구성 및 작용은 도 1에 도시된 바와 같이, 크게 2 과정을 거친다. 기하학적 요소와 제약조건으로부터 디자인 히스터리(클러스터)를 생성하고 분류하는 플랜 생성과정과; 생성된 디자인 히스토리를 평가하여 가변 디자인 모델을 출력하는 평과과정을 거치도록 되어 있다. 플랜 생성과정(200)과 플랜 평가과정(300)을 수행하기 위해서는, 전처리 과정으로 제약 그래프 생성과정(100)을 수행한다. 그리고, 형상수정과정(400)은 제1과정∼제3과정을 거쳐서 제약조건이 완전히 해결된 CAD 모델을 수정하는데 이용된다.Configuration and operation of the geometric constraint solving process in the present invention is largely two steps, as shown in FIG. A plan generation process of generating and classifying design histories (clusters) from geometric elements and constraints; This course is designed to evaluate the generated design history and output the variable design model. In order to perform the plan generation process 200 and the plan evaluation process 300, the constraint graph generation process 100 is performed as a preprocessing process. The shape modification process 400 is used to modify the CAD model in which the constraints are completely solved through the first to third processes.

따라서, 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 기하학적 요소들(Geometric entities)과 제약조건(Constrains)으로 구성된 CAD모델(I1)을 입력받아 제1제어입력(C1)으로 주어진 기하학적 제약조건, 형상 및 기하학적 요소에 바탕을 두어 제약 그래프를 생성하는 제1과정(100)과;Accordingly, the present invention, as shown in Figure 1, receives the CAD model (I1) consisting of the geometric entities (Geometric entities) and constraints (Constrains), the geometric constraints, shapes given to the first control input (C1) And a first step (100) of generating a constraint graph based on the geometric elements;

그 제약그래프 생성과정(100)에서 생성된 제약그래프를 입력받아 상기 CAD모델 입력(I1)과 상기 제1제어입력(C1), 클러스터 형성 분류법칙에 대한 제2제어입력(C2), 그래프 리덕션 및 분류(M2)와 룰 추론(M1) 방법에 의거하여 디자인 히스토리를 생성하고 분류하는 플랜 생성과정(Construction Plan Generation)(200)과;The constraint graph generated in the constraint graph generation process 100 receives the CAD model input (I1), the first control input (C1), the second control input (C2) for the cluster formation classification law, and graph reduction and A construction plan generation (200) for generating and classifying a design history based on the classification (M2) and rule inference (M1) method;

플랜생성과정(200)에서 생성된 디자인 히스토리를 입력받아 상기 CAD 모델 입력(I1)과 상기 제1제어입력(C1), 룰 추론(M1), 클러스터 해석 알고리즘(M3)에 의해 제약 시스템의 평가 및 가변 디자인 모델을 출력하는 플랜 평가과정(Plan Evaluation)(300)과;Evaluation of the constraint system by receiving the design history generated in the plan generation process 200 by the CAD model input (I1), the first control input (C1), rule inference (M1), cluster analysis algorithm (M3) A plan evaluation process 300 for outputting a variable design model;

플랜 평가과정(300)에 의해 생성된 가변 디자인 모델을 기반으로 API 호출(API calls)에 의해서 새로운 치수 및 제약조건을 입력받은 후 플랜평가 과정(300)으로 피드백시켜 새로운 가변디자인 모델을 생성하는 형상수정과정(400)으로 이루어진다.Based on the variable design model generated by the plan evaluation process 300, new dimensions and constraints are received by API calls and fed back to the plan evaluation process 300 to create a new variable design model. Modification process 400 is made.

상기 CAD모델 입력부(10)의 입력(I1)은, 기본 CAD모델에 대한 기하학적 요소들과 제약조건들이 입력되며, 상기 기준 제약조건부(20)의 제1제어입력(C1) 및 제2제어입력(C2)은, 상기 CAD모델 입력부(10)에서 입력되는 입력값들이 본 시스템에서 처리 가능한 입력조건인지를 비교하여 처리 가능한 값들만을 받을 수 있도록 제어하는 기준제약조건부로서 이는 메인 프로그램에 의해 미리 설정되어 있다. 그리고, 상기 룰 추론(M1), 그래프 리덕션 및 분류(M2), 클러스터 해석 알고리즘(M3)은 본발명에서 처리하는 각 알고리즘을 제공하는 처리알고리즘부(30)로서 메인 프로그램의 처리 알고리즘들이다. 또한 상기 API Calls는 형상 수정과정을 수행할때에 사용자가 수정 조건을 입력하는 사용자 입력부(40)이고, 상기 플랜평가 과정에서 발생된 제약 시스템의 평가와 가변디자인 모델은 출력부(50)를 통해 출력한다.In the input I1 of the CAD model input unit 10, geometric elements and constraints for the basic CAD model are input, and the first control input C1 and the second control input () of the reference constraint unit 20 are input. C2) is a reference constraint condition part that controls the input values input from the CAD model input part 10 to receive only the values that can be processed by comparing whether the input values can be processed by the system, which are preset by the main program. have. The rule inference (M1), graph reduction and classification (M2), and cluster analysis algorithm (M3) are processing algorithms 30 that provide each algorithm to be processed in the present invention, and are processing algorithms of the main program. In addition, the API call is a user input unit 40 for the user to enter a modification condition when performing the shape modification process, the evaluation and the variable design model of the constraint system generated in the plan evaluation process through the output unit 50 Output

우선 CAD모델 입력부(10)에서는 기본 CAD 모델이 입력되는데 이는 기하학적 요소들과 제약조건들로 구성되어 있다. 제약 그래프 생성과정(100)은 우선 제1제어입력 C1의 기준에 따라 입력된 CAD 모델이 유효한 지 그렇지 못한 지를 확인한 후 유효할 경우 제약그래프를 생성한다. 도2의 (a)와 같은 CAD 모델이 입력되면 도 2의 (b)와 같은 제약 그래프가 생성한다.First, the CAD model input unit 10 receives a basic CAD model, which is composed of geometric elements and constraints. The constraint graph generation process 100 first checks whether the input CAD model is valid according to the criterion of the first control input C1 and then generates a constraint graph if it is valid. When a CAD model as shown in FIG. 2A is input, a constraint graph as shown in FIG. 2B is generated.

제약 그래프가 완성되면 플랜 생성과정(200)에서는 제약조건을 점진적으로 만족시키는 일련의 디자인 히스토리(클러스터)를 생성한다. 이는 도 3의 (a) ∼ (d)와 같이 각각의 클러스터 타입을 분류하고, 그 분류된 형태에 따라 도 4의 스텝 1 ∼ 스텝 5와 같은 과정의 디자인 히스토리를 생성한다. 이때 사용되는 방법론은 룰 추론(Rule Inferencing)방법과 그래프 리덕션(Reduction)이다.When the constraint graph is completed, the plan generation process 200 generates a series of design histories (clusters) that gradually satisfy the constraints. This classifies each cluster type as shown in FIGS. 3A to 3D, and generates a design history of the process as in steps 1 to 5 of FIG. 4 according to the classified form. The methodology used at this time is rule inferencing method and graph reduction.

플랜 평가과정(300)에서는 생성된 디자인 히스토리를 바탕으로 각 형상요소의 좌표값(위치 및 자세)을 새롭게 계산한다. 즉, 도 5에 도시된 표와 같이 분류된 클러스터 타입에 따라 해결방법을 달리 적용하여 상기 디자인 히스토리에 따른 제약조건을 제거하는 평가과정을 수행한다.The plan evaluation process 300 newly calculates coordinate values (positions and postures) of each shape element based on the generated design history. That is, the evaluation process removes the constraints according to the design history by applying different solutions according to the cluster types classified as shown in the table shown in FIG. 5.

CAD 모델의 수정 과정(400)은 사용자입력(API Calls)에서 치수 및 제약조건(Dimension & Constraints)에 새로운 값을 부여한 후 플랜 생성과정(300)에서 생성된 디자인 히스토리를 재계산함으로써 이루어진다. 각 과정에 대한 상세한 사항은 아래에 설명되어 있다.The modification process 400 of the CAD model is performed by assigning new values to the dimensions & constraints in user inputs (API Calls) and then recalculating the design history generated in the plan generation process 300. Details of each process are described below.

제약그래프 생성과정(100)은 도 2(a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 CAD 모델을 제약 그래프로 표현한다. 제약그래프에서 각 노드는 기하학적 요소를, 각 아크는 제약조건을 나타낸다.Constraint graph generation process 100 represents the CAD model as a constraint graph, as shown in Figure 2 (a) and (b). In the constraint graph, each node represents a geometric element and each arc represents a constraint.

도 2의 (a)는 CAD모델을 표현한 것이다. P0 ∼ P3은 점(Point)을, L0 ∼ L3은 직선(Line)등 기하학적 요소들을 나타낸다. D1과 D2는 기하학적 요소들을 제약시키는 제약조건이다. 각 노드(원)는 기하학적 요소를 각 에지(직선)는 제약조건을 나타낸다. 예를들어, P0 노드는 2-자유도를 가지는 점(x, y좌표)을 나타내며, 두개의 직선 L0와 L3에 연결되어 있다. L3노드는 2-자유도를 가지는 직선이고, P0와 P3를 지나며, L0와는 직각(P)관계를 가지고, L1과는 D2의 거리를 가진다는 의미이다.2 (a) shows a CAD model. P0 to P3 represent points, and L0 to L3 represent geometric elements such as lines. D1 and D2 are constraints that constrain geometric elements. Each node (circle) represents a geometric element and each edge (straight line) represents a constraint. For example, the node P0 represents a point with two degrees of freedom (x, y coordinates) and is connected to two straight lines L0 and L3. The L3 node is a straight line having 2-degrees of freedom, passes through P0 and P3, has a right angle (P) relationship with L0, and has a distance of D2 from L1.

플랜 생성과정(200)에서는 제약그래프로부터 제약조건을 만족시키는 서브그래프를 분류(Clustering)하여 3-자유도를 지니는 일련의 강체(Rigid Body)를 만든다(도 3의 (a)). 여기서 3-자유도를 지니는 강체를 클러스터(Cluster)라 지칭한다. 클러스터는 기하학적 요소와 제약조건들의 집합이며 요소들간의 상대적인 위치 및 자세 관계가 확정되어 있다. 3자유도를 가지는 강체를 찾고 이를 하나의 클러스터, Ri로 만드는 클러스터 과정을 반복적으로 수행하여 제약그래프를 하나의 강체로 만드는 과정이 플랜 생성과정이다.In the plan generation process 200, the subgraphs satisfying the constraints are classified from the constraint graph to form a series of rigid bodies having three degrees of freedom (FIG. 3 (a)). Rigid bodies with three degrees of freedom are referred to as clusters. A cluster is a set of geometric elements and constraints, and the relative position and attitude relationships between the elements are fixed. The process of creating a constraint graph into a rigid body by repeatedly performing a cluster process of finding a rigid body having three degrees of freedom and making it into one cluster and R i is a plan generation process.

도 3 (a) 내지 (d)는 강체들을 분류한 분류도이다. 예를 들면 도 3의 (a)는 기하학적 요소 3개(G1∼G3)와 제약조건 3개로 구성되어 있다. 따라서 형상요소들이 6개의 자유도를 지닌다. 하지만, 3개의 제약조건으로 말미암아 총 3-자유도를 지닌다. 즉, 2차원상에서 형상의 집합이 3-자유도를 지니면 강체가 된다(이동에 따른 2-자유도와 회전에 따른 1-자유도). 도 3의 (b)∼(d)도 마찬가지로 각각 강체를 의미한다. 그래프 형태에 따라 강체를 분류한 이유는 플랜 평가과정에서 그래프의 분류형태에 따라 올바른 해결방법을 적용시키기 위해서다. 여기서 Gi는 2 자유도를 가진 기하학적요소(또는 클러스터)를, Ri는 3자유도를 가진 클러스터(또는 기하학적 요소), Rij는 상기 클러스터 Ri에서의 기하학적 요소를 의미한다.3 (a) to (d) are classification diagrams classifying rigid bodies. For example, FIG. 3A is composed of three geometric elements G 1 to G 3 and three constraints. Thus, the shape elements have six degrees of freedom. However, three constraints give a total of three degrees of freedom. In other words, if a set of shapes have three degrees of freedom in two dimensions, they become rigid bodies (two degrees of freedom due to movement and one degree of freedom due to rotation). Similarly, FIGS. 3B to 3D each refer to rigid bodies. The reason for classifying the rigid bodies according to the graph form is to apply the correct solution according to the classification form of the graph during the plan evaluation process. Where G i is a geometric element (or cluster) having two degrees of freedom, R i is a cluster (or geometric element) having three degrees of freedom, and R ij is a geometric element in the cluster R i .

그러므로, 도 3의 (b)는 2자유도를 가진 요소(G1)와 3자유도를 가진 요소(R1)이 2개의 제약조건으로 연결된 형태를 나타내며, 도 3의 (c)는 3자유도를 가진 요소(R1)과 (R2)가 3개의 제약조건으로 연결된 형태를 나타내며, 그 도3의 (c)는 다시 3가지 경우로 분류할 수 있다. 즉, 도 3의 (c1)은, 하나의 요소(R11)와 3개의 요소(R21, R22, R23)가 각각 하나씩의 제약조건이 연결된 구조이고, 두개의 요소와 3개의 요소, 3개의 요소와 3개의 요소가 각각 연결된 구조를 나타낸다.Therefore, (b) of FIG. 3 shows a form in which an element G 1 having two degrees of freedom and an element R 1 having three degrees of freedom are connected by two constraints, and FIG. The elements R 1 and R 2 are connected by three constraints, and FIG. 3C can be further classified into three cases. That is, (c 1 ) of FIG. 3 is a structure in which one element R 11 and three elements R 21 , R 22 , and R 23 are each connected with one constraint, and two elements and three elements. , 3 elements and 3 elements are respectively connected.

도 4는 도 3의 클러스터 분류에 따라 제약그래프 상에서 강체(Rigid Body)를 찾아서 이를 해결하는 전체적인 과정을 도시한 것이다.FIG. 4 illustrates the overall process of finding and solving rigid bodies on the constraint graph according to the cluster classification of FIG. 3.

예를들어, 스텝1(STEP 1)에서는 2-자유도를 제거하는 제약조건으로 구성된 클러스터를 찾는데, 예를들면, 요소 L3와 L1이 에지 D2로 연결된 형태를 2-자유도를 가진 G2로, L2와 L0가 D1으로 연결된 형태를 G1으로 바꾼다. 즉, 도 2의 (b)에 상기 스텝1의 조건을 부여하면, 도 4의 스텝 1의 우측에 나타낸 제약 그래프로 표시할 수 있다. 이를 다시 스텝 2의 클러스터링에 의해 변경하면 우측에 나타낸 R1과 P0, P1, P2가 각각 2개의 제약조건으로 연결된 변경된 그래프가 된다. 동일한 과정으로 스템5까지 진행하면 하나의 요소(R4)가 되며, 이러한 스텝1 - 스텝5까지의 디자인 히스토리를 찾아서 기억하게 된다.For example, step 1 (STEP 1) finds a cluster consisting of constraints that remove 2-degrees of freedom. For example, elements L3 and L1 are connected to edge D2, with two degrees of freedom G2, Change the form of L0 connected to D1 to G1. That is, if the condition of step 1 is given to Fig. 2B, it can be displayed by the constraint graph shown on the right side of step 1 of Fig. 4. If this is changed again by clustering in Step 2, R1, P0, P1, and P2 shown on the right are connected to each other by two constraints. Proceeding to the stem 5 in the same process, it becomes one element R4, and the design history of steps 1 to 5 is found and stored.

이와같이 플랜생성과정(200)에서는 각각의 제약조건 그래프를 강체 구조로 분류하고, 각 분류된 강체 구조를 도 4와 같은 단계적인 클러스터링에 의해 그래프를 변경시키면서 최종적으로 하나의 강체만을 얻을때까지 분류에 따른 클러스터링을 수행하여 그 디지인 히스토리를 저장시키게 된다.As such, in the plan generation process 200, each constraint graph is classified into rigid structures, and each classified rigid structure is classified into classifications until only one rigid body is finally obtained while changing the graph by the stepwise clustering as shown in FIG. It performs the clustering accordingly and saves the history of the design.

플랜 평가과정(300)에서는 각 클러스터 내부의 기하학적 요소들의 위치 및 자세를 순차적으로 계산하여 제약조건을 만족시킨다.The plan evaluation process 300 satisfies the constraint by sequentially calculating the position and attitude of the geometric elements within each cluster.

평가과정에서는 각 클러스터의 특성에 맞도록 작성된 방법을 적용시키기 때문에 효율성과 보편성을 동시에 달성할 수 있다. RCC(Ruler-and-compass constructible)형태의 클러스터는 룰 추론방법(Rule-based Method)(해결방법 A)에 의해서 해결이 가능하다. 이 방법은 기하학적 요소의 위치 및 자세를 룰의 선택 및 추론에 의해서 계산한다.In the evaluation process, the method adapted to the characteristics of each cluster is applied, thereby achieving both efficiency and universality. A cluster in the form of a ruler-and-compass constructible (RCC) can be solved by a rule-based method (Resolution A). This method calculates the position and attitude of geometric elements by selection and inference of rules.

ERCC(Extended ruler-and-compass constructible) 형태의 클러스터는 해석적 기법(해결방법 B)에 의해서 해결된다. 이는 기하학적 제약조건을 만족시키기 위해서 작성된 일련의 회전(Rotation) 및 이동(Translation)으로 구성되어 있는 함수에 의해 계산된다.Extended ruler-and-compass constructible (ERCC) clusters are solved by analytical techniques (Resolution B). It is calculated by a function consisting of a series of rotations and translations written to satisfy geometric constraints.

RCNC(Ruler-and-compass non-constructible) 형태의 클러스터는, 수치적 기법(해결방법 C)에 의해서 해결된다(Newton-Raphson Method). 내부의 두 클러스터 사이의 위치관계를 나타내는 변환행렬(Transformation Matrix)을 수치적으로 구하여 제약조건 문제를 해결한다.The cluster in the form of a roller-and-compass non-constructible (RCNC) is solved by a numerical technique (Resolution C) (Newton-Raphson Method). We solve the constraint problem by numerically obtaining a transformation matrix representing the positional relationship between two internal clusters.

상기한 해결방법 A의 롤 추론 방법, 해결방법 B의 해석적 기법, 해결방법 C의 수치적 기법에 대해서는 이미 잘 알려진 방법론으로서, 본 발명에서는 상세한 설명을 생략한다.The roll reasoning method of the solution A, the analytical method of the solution B, and the numerical method of the solution C are well known methodologies, and detailed descriptions thereof will be omitted.

예를들어, 도 3의 (a)와 같은 클러스터 타입이 하나의 에지 연결이고, 3개의 G노드를 가진 RCC크러스터 형태인 경우는 롤 추론 방법인 해결방법 A에 의해 제약조건을 제거한다.For example, if the cluster type as shown in (a) of FIG. 3 has one edge connection and an RCC cluster type having three G nodes, the constraint is removed by solution A, which is a roll inference method.

그리고, 도 3의 (C)와 같은 경우, 클러스터 타입이 3개의 에지 연결이고, 하나의 기학학적 요소(R11)에 3개의 제약조건이 연결된 도 3의 (c1)타입 및 하나의 요소에 2개의 에약조건이 연결된 도 3의 (c2) 타입인 ERCC 형태의 클러스터인 경우는, 해석적 기법인 해결방법 B를 이용하여 제약조건을 해결하며, 각 기하학적 요소가 하나의 제약조건으로 연결된 도 3의 (c3) 타입인 RCNC 형태의 클러스터인 경우는 해결방법 C인 수치적 기법에 의해 제약조건을 해결한다.In addition, in the case of (C) of FIG. 3, the cluster type is three edge connections, the type of (c1) of FIG. 3 in which three constraints are connected to one geometrical element R11, and two to one element. In the case of an ERCC type cluster of type (c2) of FIG. 3 connected with constraints, the constraint is solved using analytical solution B, and each geometric element of FIG. c3) In the case of cluster of type RCNC, solution constraint is solved by numerical method, solution C.

이와같이 각 클러스터 타입과 도형의 타입에 의해 상기한 해결방법 A, B 또는 C를 적용하여 제약조건을 해결하며, 이러한 과정을 상기 도 4에 도시된 바와같은 디자인 히스토리에 따라 차례로 수행하여 최종적으로 원하는 가변디자인 모델을 생성하게 된다.As described above, the constraints are solved by applying the above-described solutions A, B, or C according to the cluster type and the type of the figure. The process is performed in turn according to the design history as shown in FIG. You will create a design model.

그리고, 형상수정과정(400)은 상기한 플랜평가 과정(300)을 거쳐 생성된 가변디자인 모델을 사용자 입력부(40)의 입력조건에 의해 형상을 수정하여 다시 상기 플랜 평가과정(300)으로 피드백시켜 원하는 디자인 모델을 생성하도록 한다.In addition, the shape modification process 400 modifies the shape of the variable design model generated through the plan evaluation process 300 according to the input condition of the user input unit 40 and feeds it back to the plan evaluation process 300. Create the design model you want.

도 6은 본 발명에 의해 해결될 수 있는 간단한 예시도로서, 이에 도시된 바와같이, 상기한 4과정을 거쳐 도 6의 (a)와 (c)의 형태를 도 6의 (b)와 (d)의 형태로 변경시킴과 아울러 그 칫수도 변경시켜 원하는 디자인 모델을 얻을 수 있게 된다.Figure 6 is a simple illustration that can be solved by the present invention, as shown in the form of Figures 6 (a) and (c) of Figure 6 through the above four processes as shown in Figure 6 (b) and (d) In addition to changing the shape to), you can also change the dimensions to obtain the desired design model.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 수치적 불안정을 최소화하면서 다양한 기하학적 문제들을 효율적으로 처리할 수 있다.As described in detail above, the present invention can efficiently handle various geometric problems while minimizing numerical instability.

본 발명은, 설계과정에서 부여되는 여러 가지 기하학적인 제약조건을 해결할 수 있는 형해(Husk)를 개발하게 되면 설계 신속성 및 설계 수정에 걸리는 시간을 많이 단축시킬 수 있다. 뿐만 아니라 개방형 구조로 설계된 방법론은 CAD의 복합(Component) 기술로 사용될 수 있어서 여러 분야에 응용될 수 있다. 특히, 본 발명을 바탕으로 쉽게 지적(Intelligent) CAD 시스템을 개발할 수 있게 된다.According to the present invention, the development of a husk that can solve various geometrical constraints imposed during the design process can greatly shorten the time required for design speed and design modification. In addition, the methodology designed as an open structure can be used as a component technology of CAD can be applied to various fields. In particular, it is possible to easily develop an intelligent CAD system based on the present invention.

또한, 국내의 대부분의 입체 형상모델러는 수입품에 의존하고 있으며 국산의 경우는 2D 설계나 곡면모델링에 국한되어 있다. 따라서 이러한 개방구조 형태의 제품이 나오게 되면 CAD 기술을 향상시킬 뿐만 아니라 복합 소프트웨어 기술을 발전시킬 수 있는 기초가 될 수 있다.In addition, most three-dimensional modelers in Korea depend on imported goods, and in the domestic case, they are limited to 2D design or curved modeling. As such, the open architecture of the product will not only improve CAD technology but also serve as the basis for developing complex software technology.

Claims (3)

기하학적 요소들과 제약조건들로 이루어진 CAD 모델을 입력받아 기하학적 요소를 노드로, 제약조건을 에지(직선)로 나타내는 제약그래프를 만드는 제약 그래프 생성과정과;A constraint graph generation process of receiving a CAD model consisting of geometric elements and constraints and creating a constraint graph representing geometric elements as nodes and constraints as edges (straight lines); 제약 그래프가 완성되면 제약조건을 점진적으로 만족시키는 일련의 디자인 히스토리를 생성하고 분류하는 플랜 생성과정과;A plan generation process of generating and classifying a series of design histories that gradually satisfy the constraints when the constraint graph is completed; 생성된 디자인 히스토리를 분류된 클러스터 타입에 따라 해결방법을 달리 적용하여 각 형상요소의 좌표값(위치 및 자세)을 새롭게 계산하여 가변 디자인 모델을 생성하여 출력하는 플랜 평가과정과;A plan evaluating process of generating a variable design model by newly calculating coordinate values (positions and attitudes) of each shape element by applying different solutions according to the classified cluster types; 그 플랜 평가과정에서 생성된 상기 가변 디자인 모델에 대해 치수 및 제약조건에 새로운 값을 사용자 입력으로 부여하여 상기 플랜 평가과정에서 생성된 디자인 히스토리를 재계산하도록 피드백 시키는 형상수정과정과;을A shape correction process for feeding back the variable design model generated in the plan evaluation process to give a new value to the dimensions and constraints as a user input to recalculate the design history generated in the plan evaluation process; 수행하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 설계용 기하학적 제약조건 해결방법.Geometric constraint solving method for a parametric design, characterized in that 제 1 항에 있어서, 상기 플랜 생성과정은,The method of claim 1, wherein the plan generation process, 제약 그래프로부터 제약조건을 만족시키는 서브 그래프를 분류하는 제1단계와;Classifying a subgraph satisfying the constraint from the constraint graph; 그 서브 그래프 분류에 의해 기하학적 요소와 제약조건들의 집합으로서 요소들간의 상대적인 위치 및 자세 관계가 확정되어 있는 3-자유도를 지니는 일련의 강체(Rigid Body)를 만드는 제2단계와;A second step of creating a series of rigid bodies having three degrees of freedom in which the relative position and attitude relations between the elements are determined as a set of geometric elements and constraints by the subgraph classification; 3-자유도를 가지는 강체를 찾고 이를 하나의 클러스터 Ri로 만드는 제1, 제2단계를 반복적으로 수행하여 제약그래프를 하나의 강체로 만드는 디자인 히스토리를 생성하는 제3단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 파라메트릭 설계용 기하학적 제약조건 해결방법.The third step is to find a rigid body having 3-degrees of freedom and repeat the first and second steps to make it into a cluster R i to generate a design history that makes the constraint graph into one rigid body. Geometric constraint solution for metric design. 제 1 항에 있어서, 상기 플랜 평가과정은,According to claim 1, wherein the plan evaluation process, 각 클러스터 내부의 기하학적 요소들의 위치 및 자세를 순차적으로 계산하여 제약조건을 만족시키되,The constraints are satisfied by sequentially calculating the position and attitude of the geometric elements within each cluster, 각 클러스터의 특성에 맞도록 RCC(Ruler-and-compass constructible)형태의 클러스터는, 기하학적 요소의 위치 및 자세를 룰의 선택 및 추론에 의해서 계산하는 룰 추론방법(Rule-based Method)에 의해서,According to the characteristics of each cluster, a cluster of RCC (Ruler-and-compass constructible) type is based on a rule inference method (Rule-based method) which calculates the position and attitude of geometric elements by rule selection and inference. ERCC(Extended ruler-and-compass constructible) 형태의 클러스터는, 기하학적 제약조건을 만족시키기 위해서 작성된 일련의 회전(Rotation) 및 이동(Translation)으로 구성되어 있는 함수에 의해 계산되는 해석적 기법에 의해서,Extended ruler-and-compass constructible (ERCC) clusters are analytical techniques that are calculated by a function consisting of a series of rotations and translations created to satisfy geometric constraints. RCNC(Ruler-and-compass non-constructible) 형태의 클러스터는, 내부의 두 클러스터 사이의 위치관계를 나타내는 변환행렬(Transformation Matrix)을 수치적으로 구하는 수치적 기법(Newton-Raphson Method)에 의해서,In the case of a cluster-and-compass non-constructible (RCNC) cluster, the Newton-Raphson method numerically obtains a transformation matrix representing a positional relationship between two internal clusters. 제약조건을 해결하는 것을 특징으로 하는 파라메트릭 설계용 기하학적 제약조건 해결방법.A method for solving geometric constraints for parametric designs, characterized by solving constraints.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112801137A (en) * 2021-01-04 2021-05-14 中国石油天然气集团有限公司 Petroleum pipe quality dynamic evaluation method and system based on big data

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