WO2022000007A1 - Lattice structure, method for stretching out a lattice structure, and computer-implemented method for creating a lattice model of the lattice structure - Google Patents

Lattice structure, method for stretching out a lattice structure, and computer-implemented method for creating a lattice model of the lattice structure Download PDF

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WO2022000007A1
WO2022000007A1 PCT/AT2021/060218 AT2021060218W WO2022000007A1 WO 2022000007 A1 WO2022000007 A1 WO 2022000007A1 AT 2021060218 W AT2021060218 W AT 2021060218W WO 2022000007 A1 WO2022000007 A1 WO 2022000007A1
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WO
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lattice
grid
planar
surface piece
Prior art date
Application number
PCT/AT2021/060218
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German (de)
French (fr)
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Stefan PILLWEIN
Przemyslaw MUSIALSKI
Original Assignee
Technische Universität Wien
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Definitions

  • the invention relates to a lattice structure, a method for stretching a lattice structure and a computer-implemented method for creating a lattice model of the lattice structure.
  • free-form structures which realize complex three-dimensional, non-standardized curved and mostly flowing or organic-looking forms (e.g. "blobs") as architectural structures.
  • blobs organic-looking forms
  • the implementation of such a free-form architecture requires the creation of a complex lattice structure as a carrier for the facade or membrane to be applied and is associated with a high expenditure of material and time as well as considerable costs.
  • the elements of such a lattice structure are preferably straight lattice bars or lattice lamellas made of wood, steel, concrete or other materials.
  • the use of timber elements makes it possible to realize self-supporting, wide-span free-form structures which, due to their low weight, do not collapse under their own weight.
  • the use of curved supports or plates or the adaptation on site by milling away material should generally be avoided for reasons of cost, instead standardized, straight support elements should be used as far as possible.
  • the object of the invention is, inter alia, to solve these and other problems in the creation of free-form structures and to provide a lattice structure which is simple and inexpensive to manufacture and does not require complex assembly work on site. Furthermore, a method is to be provided for quick and easy mounting of the lattice structure on site. Finally, a fast and robust computer-aided method for creating a lattice model of the lattice structure is to be provided in order to facilitate the computer-aided development of the lattice structure.
  • a lattice structure according to claim 1 a method for stretching the lattice structure according to claim 6, and a computer-implemented method for creating a lattice model of the lattice structure according to claim 7.
  • a lattice structure according to the invention for forming a three-dimensional free-form structure comprises edge elements which delimit an area, as well as lattice elements which are arranged to form intersection points between the edge elements.
  • the edge elements and the grid elements are straight, elastic and resistant to tension and compression.
  • the lattice elements are attached to the edge elements in such a way that the lattice structure can be brought from a planar position in which it forms a planar surface piece to a stretched position in which it forms a freeform surface piece approximating the freeform structure.
  • the grid elements can be rotatably arranged at the crossing points and on the edge elements.
  • the grid elements at the crossing points can also be displaceable for a short distance; this enables the grid elements to rotate and move to a certain extent during the clamping process.
  • the edge elements enclose an angle ⁇ in the planar position and an angle ⁇ different therefrom in the open position.
  • the grid elements follow geodetic lines between points on the edge elements. The grid elements thus run in the planar position in one plane, and in the open position on a free-form surface piece that is to be approximated.
  • the edge elements and the grid elements are not arranged parallel to one another. This geometrically prevents any change in the planar area.
  • edge elements and the lattice elements are formed as straight lattice lamellas made of wood, aluminum, steel or glass fiber reinforced plastic.
  • a square surface is spanned by two edge elements each, with at least two grid elements not arranged in parallel being provided.
  • at least four edge elements can be provided which define a square, between which two intersecting grid elements are provided, but which are not arranged parallel to the edge elements. Due to the fact that the grid elements and the edge elements are resistant to tension and compression, it is not possible to change the shape of the quadrilateral in the plane; Due to the elasticity of the grid elements and the edge elements, however, the grid structure can deform in the third dimension by elastic deformation of the grid elements and the edge elements, that is to say move up or down from the planar position.
  • the lattice elements at the crossing points have elongated holes with in particular different lengths, two crossing lattice elements at the crossing points being connected rotatably and mutually displaceable by connecting means, for example screws or bolts.
  • These elongated holes and the fastening elements located therein make it possible for the grid elements to rotate and shift to a certain extent during the clamping process, so that the clamping process on site is comparatively easy.
  • a method according to the invention for stretching a lattice structure according to the invention from a planar position to a stretched position on site comprises the following steps:
  • the edge elements are rotated relative to one another in such a way that the spanned angle of the edge elements increases or decreases from - in the planar position to a in the open position.
  • This rotation can be carried out using suitable mechanical aids, the stability of the edge elements being taken into account, so that several points of attack may be selected to be provided on the edge elements.
  • the rotation can be done directly by setting the angle, or by pulling the grid apart at two or more points of application until the desired angle is reached. It is advantageous to design the lattice structure with lattice lamellas that are as light as possible.
  • the lattice structure is bent and the end points of selected lattice elements are fixed to supports. This step is used to approximate the free-form surface piece that is to be approximated as well as possible.
  • the end points are fixed at those points that they must occupy in the open position.
  • selected or all crossing points of the grid elements can be fixed to external supports.
  • the lattice structure can then be covered with a membrane or with facade elements in order to achieve the desired free-form structure.
  • the invention also relates to a computer-implemented method for determining a lattice model, which depicts a lattice structure according to the invention with edge elements and lattice elements as an electronic data model for further processing.
  • the desired three-dimensional free-form structure is already available as an electronic data model in a computer, where it was designed, for example, by an architect or digitized based on an analog model.
  • the method comprises the following steps.
  • a planar surface piece P and a free-form surface piece P to be approximated are received on an electronic device, in particular a computer equipped for this purpose with a central data processing unit (CPU), a volatile semiconductor memory (RAM) and non-volatile semiconductor or magnetic memory (ROM), electronic interfaces such as USB, LAN or WLAN as well as data input and data output devices.
  • the planar surface piece P can be stored in the non-volatile memory as a data structure
  • the free-form surface piece P to be approximated can be entered by the user via a data input device or received by an electronic interface.
  • the patches P and P can be stored as a data structure in any coordinates.
  • the next step is the discrete display of the patches of area.
  • the planar patch is initially expressed simply by the 2-dimensional Cartesian coordinates of its four corner points. Then the 4 connections between the corner points are subdivided into a certain number (typically 100 each) of equidistant network nodes.
  • the geometric shape of the planar surface piece P is determined by the freely selected angle, which can be, for example, 30 °, 45 °, 60 °, 75 ° or the like.
  • the angle a of the free-form surface piece P is usually different and not freely selectable, but rather determined mathematically by the shape of the surface.
  • the free-form surface piece P is first stored in the form of a NURBS surface (Non-Uniform Rational B-Spline), then it is converted into a discrete triangular network with a resolution of typically 100x100 network nodes by tessellation.
  • the network node of the discrete triangular network which approximates the free-form surface piece, contains its position in 3-dimensional Cartesian coordinates. Geodetic distances between any two network nodes can be calculated efficiently on this discrete triangular network.
  • the freeform surface piece to be approximated can already be analyzed with regard to its properties. If, for example, it is determined that the freeform surface piece has a local curvature that exceeds a predetermined maximum value (so that the grid lines do not reach certain areas of the freeform surface piece), then the freeform surface piece P is already smoothed here. This smoothing can take place iteratively until the local curvature complies with the predetermined threshold value.
  • the tessellation is also designed in such a way that opposing edge elements on the planar surface piece P and on the freeform surface piece P receive the same number of equidistant network nodes.
  • Each network node can be assigned a ui, u 2 , vi, or v 2 coordinate, depending on which edge element it is located on.
  • distance fields are calculated for the planar surface piece P and for the freeform surface piece P, the distance fields each having the coordinates of point pairs ui, u 2 and vi, v 2 on opposing edge elements depending on the included angle relate ä or a. While the angle a can be varied, the angle a of the free-form surface piece is fixed.
  • the u and v coordinates can be normalized in equidistant steps from 1 to 50, 1 to 100 or the like, and the values of ui, u 2 and vi, v 2 are increased linearly accordingly.
  • the distance fields become distance maps D u (ui, u 2 , ä), D v (vi, v 2 , ä) for the planar patch P and D u (ui, u 2 ), D v (vi, v 2 ) combined for the free-form surface piece P, the distance images each representing the geodetic distances of all possible point pair combinations on mutually opposite edge elements.
  • the function D u (ui, u 2 ) delivers exactly the geodetic distance on the free-form surface between two opposite edge points with the given ui, u 2 coordinates. In the case of the planar patch, this distance also depends on the angle selected.
  • the distance images of the free-form surface piece depend only on ui and u 2 or vi and v 2 due to the fixed angle a
  • the distance images of the planar surface piece are also functions of the freely selectable angle Grids of 100 x 100 points are evaluated.
  • the distance maps D u (ui, u 2 , ä) and D u (ui, u 2 ) as well as D v (vi, v 2 , ä) and D v (vi, v 2 ) are intersected for the formation of covering functions F u (ui, ä) and F v (vi, ä).
  • the point combinations ui, u 2 and vi, v 2 are determined which are identical for the planar surface piece P and the freeform surface piece P (to enable these end points to be fixed during the clamping process) and which, on the other hand, also have identical geodetic distances on the surfaces (since the grid elements cannot stretch or compress).
  • this step can provide that a numerical optimization problem is solved in ä, whereby the value of ä is minimized and the boundary conditions are observed that on the one hand there is exactly one value of u 2 for each value of ui, and on the other hand, there is exactly one value of v 2 for every value of vi.
  • a minimum slope k min and a maximum slope k max of the segments of the clothing functions F u (ui, ä) and F v (vi, ä) can be specified.
  • clothing functions F u (ui, ä) and F v (vi, ä) are found which supply exactly one valid value of u 2 and v 2 for each value of ui and vi.
  • a next step coordinates are selected for grid elements, the end point coordinates of which are part of the covering function F u (ui, a) and F v (vi, ä).
  • the number of grid elements depends on the shape of the free-form surface piece; Sufficient grid elements must be selected to approximate the freeform surface with sufficient density.
  • intersection points can be provided per unit area, which must be met. This depends on the curvature of the free-form surface to be approximated, whereby surfaces with many changes in curvature (positively curved, negatively curved) require a higher density of intersection points than surfaces without a change in curvature.
  • the mentioned selection of coordinates for grid elements relates here to a purely electronic determination of coordinates or lengths of the grid elements.
  • the physical grid elements (grid lamellas) at Fland can then be manufactured and provided using these electronically determined parameters.
  • the material and thickness of the grid elements depend on the respective field of application.
  • the required length of elongated holes of the intersecting grid elements at these intersections can be calculated.
  • the length of the elongated holes required in the intersecting grid elements can be determined.
  • the partial lengths s and s in the planar area P and in the free-form area P can be compared.
  • a minimal set of grid elements is initially defined by choosing those grid elements in the intersection curves C u (s) and C v (s) of the distance maps which are at the extreme values of C u (s) and C v (s) and at the extreme values of the curvature of C u (s) and C v (s). These grid elements cover the area of greatest curvature and should be selected in any case.
  • the remaining gaps can be compacted by inserting additional grid elements, wherein the additional grid elements can be positioned such that the sum of the square distances to the existing grid elements is minimal.
  • the invention further relates to a computer-readable storage medium, comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out a method according to the invention.
  • Figs. 1a-1b are schematic representations of an exemplary embodiment of a lattice structure according to the invention in an open position and in a planar position;
  • Figs. 1 c-1 d are schematic representations of a mathematical lattice model for creating the lattice structure
  • Figs. 2a-2b schematic representations of a planar surface piece P and a freeform surface piece P to be approximated
  • Figs. 3a-3b are schematic representations of a planar grid element g (u1, u2) on P and a non-planar grid element g (u1, u2) on P;
  • Figs. 4a-4c are schematic representations of a covering function and a planar grid element g (u1, u2) and a non-planar grid element g (u1, u2);
  • Figs. 5a-5c are schematic representations to illustrate the formation of distance fields in the case of a planar surface piece P and a freeform surface piece P;
  • Figs. 6a-6c are schematic representations of the distance mapping D u for the planar surface piece from FIGS. 5a-5c in different views;
  • Figs. 7a-7d schematic representation of two intersections of the distance maps D u for the planar surface piece with the distance map D u for the freeform surface piece and the resulting covering functions;
  • Figs. 8a-8c schematic representations of a free-form surface P to be approximated, a valid covering function F u (ui, a) and the resulting grid model
  • Figs. 9a-9b schematic representations of a free-form surface to be approximated and a smoothed free-form surface
  • Figs. 10a-10b schematic representations of grid models and intersection curves C u (s) before and after compression
  • Figs. 11 a-11 b schematic representations of a planar surface piece and the corresponding free-form surface piece as well as the points of intersection of the grid lines.
  • Figs. 1a-1b show schematic representations of an exemplary embodiment of a physical lattice structure 1 according to the invention in an open position (FIG. 1a) and in a planar position (FIG. 1b).
  • the physical lattice structure 1 comprises edge elements 2, 2 ', which span an area, and lattice elements 3, 3', which are arranged between the edge elements 2, 2 'with the formation of crossing points 4.
  • edge elements 2, 2 ' lie opposite one another, and in each case a family of grid elements 3, 3' is arranged between the opposite edge elements 2, 2 '.
  • a family denotes those grid elements 3, 3 'which extend between two specific edge elements 2, 2'.
  • the edge elements 2, 2 'and the grid elements 3, 3' are designed as grid slats made of wood, aluminum, steel or glass fiber reinforced plastic.
  • the lattice slats are straight, elastic and resistant to tension and compression.
  • the grid elements 3, 3 ' are not parallel within a family, so that the grid structure 1 can only deform upwards or downwards when the grid elements 3, 3' bend.
  • Adjacent edge elements 2, 2 ' are arranged at an angle ⁇ to one another in the planar position (FIG. 1b) and at an angle ⁇ in the open position (FIG. 1a), where a ä. Swept sizes always relate to the planar grid .
  • the lattice elements 3, 3 ' are attached to the edge elements 2, 2' in such a way that the lattice structure 1 has two compatible geometric states: a planar position (FIG. 1b) and an open position (FIG. 1a), the lattice structure 1 in approximates a given three-dimensional free-form surface in the clamped position.
  • the grid elements 3, 3 ‘follow geodetic lines between the edge elements 2, 2‘ in both positions. Geodetic lines provide the shortest and most straight line connection between two points on a surface.
  • the two positions can be continuously converted into one another by means of a clamping process.
  • all grid elements In order to approximate the desired free-form surface, all grid elements must therefore lie on the specified free-form surface in the expanded state.
  • the grid elements 3, 3 ‘ are provided with (schematically shown) elongated holes at the crossing points 4, which have different lengths in the intersecting grid elements 3, 3‘ so that a translational movement of the grid elements 3, 3 ‘is possible to a certain extent.
  • the grid elements 3, 3 ' are rotatably and movably connected at the crossing points 4 by connecting means, for example screws or bolts.
  • the connecting means protrude through both elongated holes of the intersecting grid elements 3, 3 ‘.
  • Figs. 1c-1d show an abstract schematic representation of the lattice structure 1 in the form of a computer-generated lattice model with lattice lines which correspond to the edge elements 2, 2 'and lattice elements 3, 3'.
  • This grid model is implemented as a data structure in a computer.
  • the computer is a conventional PC with an electronic data processing unit, one or more storage units (for example in the form of a magnetic memory and a semiconductor memory), and interfaces.
  • the specific design of the computer is not relevant to the present invention.
  • a free-form surface P to be approximated as a target surface and, if necessary, also a planar surface to be input into the computer, for example by reading them out from a memory unit.
  • the surfaces can be entered into the computer in the form of coordinates or also in the form of vectors or splines.
  • the planar surface is preferably a square surface.
  • the areas are discretized by a triangular network.
  • the resolution of the triangular network can be freely chosen; the minimum resolution should be around 50x50 to 100x100 network nodes.
  • the surfaces are represented by the computer for further processing in the normalized coordinates u [0 .. 1] and v [0 .. 1].
  • the specific procedure for discretization and conversion into normalized coordinates is not relevant; It is only important that identical coordinate systems are used for the planar surface and the free-form surface.
  • P must be checked. If P cannot be sufficiently approximated by a grid, P is smoothed. This check takes place at the beginning of the method, since distances on the free-form surface piece P can change during the smoothing process.
  • FIG. 1c shows the computer-generated grid model in the planar position and FIG. 1d in the expanded position.
  • a first grid element family consisting of three grid elements 3, which are not parallel to one another, is arranged between the two edge elements 2.
  • a second grid element family consisting of two grid elements 3 'which are not parallel to one another is arranged between the two edge elements 2'.
  • Figs. 2a-2b show the computer-generated representations of the edge elements of the planar grid and the spatial grid on the free-form surface in the coordinates u and v.
  • the edge square of the planar grid delimits a planar area P
  • the edge quadrangle on the free-form surface delimits a free-form area P.
  • the four edge elements 2, 2 'that make up the edge are of equal length in the planar and spatial grid, since the edge elements should be tensile and compressive, and have the coordinates ui, u 2, vi, v 2 .
  • each grid element 3, 3 'lying between the edge elements 2, 2' must meet the following requirements:
  • Figs. 3a - 3b shown schematically:
  • the lattice elements must fit between the edge elements in the planar and in the stretched state and begin and end at the same edge coordinates.
  • Each point with coordinate ui has one and only one corresponding point on the opposite edge element with coordinate u 2 , whereby a grid element is uniquely defined.
  • Each point of the functions F u or F v corresponds to a geodetic line along the coordinates u or v on P and P. Since the edge of P has the angle as a degree of freedom which influences the distances between the edge elements, «is a variable of these functions .
  • the functions F u and F v are therefore used to cover P and P with geodetic lines; they control the position and alignment of the geodetic lines and are referred to as covering functions.
  • the function U2 F u (ui, ä) delivers exactly one grid element with a point on U2 for each point on ui.
  • the function v 2 F v (vi, ä) delivers exactly one grid element with a point on v 2 for each point on vi.
  • Figs. 4b and 4c show exemplary images of a possible grid element in the planar surface and in the free-form surface.
  • distances are measured using numerous distance fields and combined to form distance maps D u , D M , D v , D v .
  • the distance fields have a starting point on ui or vi and provide a geodetic distance value to the starting point for each opposite point. In the planar plane, the geodetic distance coincides with the Euclidean distance. All distances are recorded separately for the u and v coordinates.
  • D u (ui, u 2 ), D u (ui, u 2 , ä) summarize, for example, the distances for the family of geodetic lines between the opposite edge elements with the coordinates ui, u 2 for P and P. Figs.
  • 5a -5c show the acquisition of distances from a distance field between the edge elements with the coordinates ui, u 2 . Since the grid elements for the family shown run from the lower edge element with coordinate ui to the upper edge element with coordinate u 2 , the distances from all points p (ui) to all points q ⁇ u 2 ) are measured. In practice, the number of points p and q is limited and is related to the resolution of the triangular network.
  • a distance mapping is a collection of geodetic distances in a three-dimensional space with the coordinate axes ui, u 2 and d ⁇ ui, 2 ). The distance mappings are created for both the free-form patch P and the planar patch P.
  • the distance images D from the planar grid are dependent on the angle ä, since the distances in the area depend on the shape of the planar edge.
  • the distance maps are shown in Figs. 6a-6c for the planar surface piece D are shown schematically.
  • condition (iii) requires that there may only be exactly one grid element for each u or u 2 coordinate.
  • an optimization problem is solved under two constraints:
  • Constraint 1 So that the distance maps D u and D u have more than two points in common, the following first constraint is formulated for the existence of an intersection curve:
  • This condition relates to the diagonals e and / of the planar surface piece P and the diagonals e and f of the freeform surface piece P (these are indicated schematically in FIG. 7d).
  • a diagonal of P must be shorter than the corresponding diagonal of P and vice versa for the other diagonal.
  • a minimum permissible angle min is found in a first step.
  • the minimization problem is then reformulated into a maximization problem and a maximum permissible angle max is found.
  • the common points of the distance mappings in the ⁇ -i, ii 2 -space form a piecewise linear, bijective tensioning function F m .
  • the angles in this range can thus be used, the angle can be set as min in order to obtain a compact planar grating.
  • the covering functions should also ensure that the entire free-form surface area P can be covered with geodetic lines.
  • the measured distances are the shortest distances between two points on opposite edge elements.
  • a geodetic line can be drawn for each of these pairs of points, as shown in FIG. 5b.
  • the paths of these geodetic lines are the shortest connections between these points.
  • Figs. 8a - 8c illustrate the problem: Despite a valid covering function, a central area of the free-form surface piece remains uncovered. For a pair of points on the two boundary elements there are two shortest geodetic connections.
  • suitable grid elements are selected from the geodetic lines defined by the covering functions.
  • the shape of the free-form surface piece P is accompanied, for example, by a certain minimum number and positioning of grid elements.
  • the grid should allow an even distribution of the grid elements in order to meet aesthetic requirements.
  • the definition of the grid elements is therefore divided into two parts. In the first step the minimum set of grid elements is defined, in the second step the grid can be condensed. In order to find the minimum set of grid elements, the intersection of the distance maps is used again.
  • intersection curve C u is considered (cf. FIGS. 7a-7d.) If the arc length s of the intersection curve C u and the lengths d of the associated geodetic lines are plotted, as shown in FIGS. 10a-10b, one can identify longest and shortest geodetic lines in C u (s).
  • the relationship between the length of the geodetic lines and the shape of P is established by the curvature of P.
  • the grid elements are first defined at the extreme values of C u (s) and then at the extreme values of the curvature of C u (s).
  • the first pass ensures that the main features that make up the shape of P (eg large elevations) are mapped in the grid, since these grid elements correspond to the locally longest and shortest geodetic lines.
  • the second step ensures that finer features (e.g. smaller elevations) are recorded through compression.
  • Fig. 10a the grid elements are entered in the C u (s) function.
  • the third element is an element of the first run, the remaining elements were found in the second run. If one of these grid elements is omitted, the shape of the free-form surface piece (three elevations and two constrictions) cannot be reproduced in the grid.
  • grid elements are systematically inserted into the gaps so that all gaps are approximately as large as the smallest gap. After insertion, the grid elements are positioned in such a way that the sum of the square distances to the existing grid elements is minimal. In this way, a visually appealing, more uniform distribution of the grating elements can be achieved, as is shown by way of example in FIG. 10b. However, grid elements can also be inserted completely freely. If the width of the physical lattice louvres is known in advance, this can be included in the compression steps. If, for example, overlaps occur, the grille slats should be narrowed.
  • a direct stretching of the planar lattice structure is generally not possible with pure rotational connections between the lattice elements, since the partial lengths between the connections do not match and the lattice elements must not be compressed or stretched.
  • the problem can be solved by introducing two additional degrees of freedom in translation for each connection in addition to the existing degree of freedom in rotation. This enables the grid elements to slide off one another during the transformation and solves the geometric problem.
  • a connection of two grille slats can be implemented using two elongated holes and a screw or bolt.
  • the physical lattice structure consists of flexible lattice blades.
  • the stretching of the lattice structure consists of the following two processes:
  • the angle of the edge elements is changed.
  • the kinematic mechanism of the grid is activated and the grid deforms into space.
  • the lattice elements rotate around the connections and the connections slide in intersections along the elongated holes.
  • the shape that the grid will take is not clearly determined in advance.
  • the grid can deform upwards or downwards. It is a branching problem in the shape of the lattice. This branching problem can be eliminated by pushing individual points of the grid in the desired direction at the beginning of the deformation.
  • the change from ä - a is not sufficient for the grid to approximate the desired freeform surface piece P well. Therefore, the lattice structure is bent in a second step. Since the grids are flexible, they can be bent into different shapes. The grid can be bent so that it comes to rest on P.
  • a connection of two lattice elements is fixed by being assigned a fixed position and orientation in space.
  • the position is the point on the free-form surface at which the corresponding grid elements meet; the alignment is determined by the surface normal at this point. This can be ensured by means of supports with inclined mating threads for screwing in the connecting screws.

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Abstract

Lattice structure (1) for forming a three-dimensional structure, comprising border elements (2, 2') which span a surface, and lattice elements (3, 3') which are arranged between the border elements (2, 2') with the formation of crossing points (4), wherein the border elements (2, 2') and the lattice elements (3, 3') are rectilinear, elastic and have high tensile and compressive strength, wherein the lattice elements (3, 3') are fastened to the border elements (2, 2') in such a way that the lattice structure (1) can be brought from a planar position, in which it forms a planar surface section PO, into a stretched-out position, in which it forms a free-form surface section P1 approximating the structure, wherein the lattice elements (3, 3') follow geodetic lines between the border elements (2, 2') in both positions, and method for determining lattice elements (3, 3') of such a lattice structure (1).

Description

Gitterstruktur, Verfahren zum Aufspannen einer Gitterstruktur und computerimplementiertes Verfahren zur Erstellung eines Gittermodells der Gitterstruktur Lattice structure, method for spanning a lattice structure and computer-implemented method for creating a lattice model of the lattice structure
Die Erfindung betrifft eine Gitterstruktur, ein Verfahren zum Aufspannen einer Gitterstruktur und ein computerimplementiertes Verfahren zur Erstellung eines Gittermodells der Gitterstruktur. The invention relates to a lattice structure, a method for stretching a lattice structure and a computer-implemented method for creating a lattice model of the lattice structure.
Im modernen Bauwesen sind sogenannte Freiformstrukturen bekannt, welche komplexe dreidimensionale, nicht-standardisiert gekrümmte und meist fließend oder organisch anmutende Formen (z.B. „Blobs“) als architektonisches Bauwerk realisieren. Die Umsetzung einer derartigen Freiform-Architektur erfordert die Erstellung einer komplexen Gitterstruktur als Träger für die aufzubringende Fassade oder Membran und ist mit hohem Material- und Zeitaufwand sowie beträchtlichen Kosten verbunden. In modern construction, so-called free-form structures are known, which realize complex three-dimensional, non-standardized curved and mostly flowing or organic-looking forms (e.g. "blobs") as architectural structures. The implementation of such a free-form architecture requires the creation of a complex lattice structure as a carrier for the facade or membrane to be applied and is associated with a high expenditure of material and time as well as considerable costs.
Die Elemente einer derartigen Gitterstruktur sind vorzugsweise geradlinige Gitterstäbe bzw. Gitterlamellen aus Holz, Stahl, Beton oder anderen Materialien. Insbesondere aus ökologischen Gründen bietet sich die Verwendung von Flolzelementen an, welche die Realisierung von freitragenden, weit gespannten Freiformstrukturen ermöglichen, die aufgrund ihres geringen Gewichts nicht unter ihrem eigenen Gewicht kollabieren. Die Verwendung von gekrümmten Trägern oder Platten bzw. die Anpassung vor Ort durch Wegfräsen von Material soll in der Regel aus Kostengründen vermieden werden, stattdessen sollen möglichst standardisierte geradlinige Trägerelemente zur Anwendung kommen. The elements of such a lattice structure are preferably straight lattice bars or lattice lamellas made of wood, steel, concrete or other materials. For ecological reasons in particular, the use of timber elements makes it possible to realize self-supporting, wide-span free-form structures which, due to their low weight, do not collapse under their own weight. The use of curved supports or plates or the adaptation on site by milling away material should generally be avoided for reasons of cost, instead standardized, straight support elements should be used as far as possible.
Bei der Erstellung von Freiformstrukturen mit architektonisch relevanten Größenordnungen müssen die Elemente des Trägergitters, also die Gitterstäbe, in der Regel an Ort und Stelle verbunden werden. Die notwendigen Schweißarbeiten müssen von hochspezialisierten Arbeitskräften ausgeführt werden, wodurch die Erstellung des Gitters weitere Kosten verursacht. Die Aufgabe der Erfindung besteht unter anderem darin, diese und andere Probleme bei der Erstellung von Freiformstrukturen zu lösen und eine Gitterstruktur bereitzustellen, welche einfach und kostengünstig in der Herstellung ist und keine aufwändigen Montagearbeiten vor Ort benötigt. Ferner soll ein Verfahren zum schnellen und einfachen Aufspannen der Gitterstruktur vor Ort bereitgestellt werden. Schließlich soll ein schnelles und robustes computergestütztes Verfahren zur Erstellung eines Gittermodells der Gitterstruktur bereitgestellt werden, um die computergestützte Entwicklung der Gitterstruktur zu erleichtern. When creating free-form structures with architecturally relevant dimensions, the elements of the support grid, i.e. the bars, usually have to be connected in place. The necessary welding work has to be carried out by highly specialized workers, which means that the construction of the grating causes additional costs. The object of the invention is, inter alia, to solve these and other problems in the creation of free-form structures and to provide a lattice structure which is simple and inexpensive to manufacture and does not require complex assembly work on site. Furthermore, a method is to be provided for quick and easy mounting of the lattice structure on site. Finally, a fast and robust computer-aided method for creating a lattice model of the lattice structure is to be provided in order to facilitate the computer-aided development of the lattice structure.
Diese und andere Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Gitterstruktur gemäß Anspruch 1 , ein Verfahren zum Aufspannen der Gitterstruktur nach Anspruch 6, sowie ein computerimplementiertes Verfahren zur Erstellung eines Gittermodells der Gitterstruktur gemäß Anspruch 7 gelöst. These and other objects are achieved according to the invention by a lattice structure according to claim 1, a method for stretching the lattice structure according to claim 6, and a computer-implemented method for creating a lattice model of the lattice structure according to claim 7.
Eine erfindungsgemäße Gitterstruktur zur Bildung einer dreidimensionalen Freiformstruktur, umfasst Randelemente, die eine Fläche begrenzen, sowie Gitterelemente, die unter Bildung von Kreuzungsstellen zwischen den Randelementen angeordnet sind. Die Randelemente und die Gitterelemente sind geradlinig, elastisch sowie zug- und druckfest. Die Gitterelemente sind derart an den Randelementen befestigt, dass die Gitterstruktur von einer planaren Stellung, in der sie ein planares Flächenstück bildet, in eine aufgespannte Stellung, in der sie ein die Freiformstruktur approximierendes Freiformflächenstück bildet, bringbar ist. A lattice structure according to the invention for forming a three-dimensional free-form structure comprises edge elements which delimit an area, as well as lattice elements which are arranged to form intersection points between the edge elements. The edge elements and the grid elements are straight, elastic and resistant to tension and compression. The lattice elements are attached to the edge elements in such a way that the lattice structure can be brought from a planar position in which it forms a planar surface piece to a stretched position in which it forms a freeform surface piece approximating the freeform structure.
Zu diesem Zweck können die Gitterelemente an den Kreuzungsstellen und an den Randelementen drehbar angeordnet sein. Darüber hinaus können die Gitterelemente an den Kreuzungsstellen auch für eine kurze Distanz verschiebbar sein; dadurch wird ermöglicht, dass sich die Gitterelemente während des Aufspannvorgangs in einem gewissen Maß verdrehen und verschieben können. For this purpose, the grid elements can be rotatably arranged at the crossing points and on the edge elements. In addition, the grid elements at the crossing points can also be displaceable for a short distance; this enables the grid elements to rotate and move to a certain extent during the clamping process.
Erfindungsgemäß schließen die Randelemente in der planaren Stellung einen Winkel ä und in der aufgespannten Stellung einen davon unterschiedlichen Winkel a ein. Die Gitterelemente folgen in beiden Stellungen geodätischen Linien zwischen Punkten auf den Randelementen. Die Gitterelemente verlaufen also in der planaren Stellung in einer Ebene, und in der aufgespannten Stellung auf einem Freiformflächenstück, das approximiert werden soll. According to the invention, the edge elements enclose an angle α in the planar position and an angle α different therefrom in the open position. In both positions, the grid elements follow geodetic lines between points on the edge elements. The grid elements thus run in the planar position in one plane, and in the open position on a free-form surface piece that is to be approximated.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass in der planaren Stellung die Randelemente und die Gitterelemente nicht parallel zueinander angeordnet sind. Dadurch wird eine Veränderung der planar aufgespannten Fläche geometrisch verhindert. According to the invention it can be provided that, in the planar position, the edge elements and the grid elements are not arranged parallel to one another. This geometrically prevents any change in the planar area.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Randelemente und die Gitterelemente als geradlinige Gitterlamellen aus Holz, Aluminium, Stahl oder glasfaserverstärktem Kunststoff gebildet sind. According to the invention it can be provided that the edge elements and the lattice elements are formed as straight lattice lamellas made of wood, aluminum, steel or glass fiber reinforced plastic.
Erfindungsgemäß kann insbesondere vorgesehen sein, dass in der planaren Stellung durch je zwei Randelemente eine Viereckfläche aufgespannt wird, wobei zumindest zwei nicht parallel angeordnete Gitterelemente vorgesehen sind. Mit anderen Worten, es können zumindest vier Randelemente vorgesehen sein, die ein Viereck definieren, zwischen denen zwei sich kreuzende Gitterelemente vorgesehen sind, die jedoch nicht parallel zu den Randelementen angeordnet sind. Aufgrund der Tatsache, dass die Gitterelemente und die Randelemente zug- und druckfest sind, ist eine Veränderung der Form des Vierecks in der Ebene nicht möglich; aufgrund der Elastizität der Gitterelemente und der Randelemente kann die Gitterstruktur sich jedoch durch elastische Verformung der Gitterelemente und der Randelemente in der dritten Dimension verformen, also nach oben oder unten aus der planaren Stellung bewegen. According to the invention, it can in particular be provided that in the planar position a square surface is spanned by two edge elements each, with at least two grid elements not arranged in parallel being provided. In other words, at least four edge elements can be provided which define a square, between which two intersecting grid elements are provided, but which are not arranged parallel to the edge elements. Due to the fact that the grid elements and the edge elements are resistant to tension and compression, it is not possible to change the shape of the quadrilateral in the plane; Due to the elasticity of the grid elements and the edge elements, however, the grid structure can deform in the third dimension by elastic deformation of the grid elements and the edge elements, that is to say move up or down from the planar position.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Gitterelemente an den Kreuzungsstellen Langlöcher mit insbesondere unterschiedlichen Längen aufweisen, wobei je zwei kreuzende Gitterelemente an den Kreuzungsstellen durch Verbindungsmittel, beispielsweise Schrauben oder Bolzen drehbar und gegeneinander verschiebbar verbunden sind. Durch diese Langlöcher und die darin befindlichen Befestigungselemente wird ermöglicht, dass sich die Gitterelemente während des Aufspannvorgangs in einem gewissen Maß verdrehen und verschieben können, sodass der Aufspannvorgang vor Ort vergleichsweise einfach möglich ist. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Aufspannen einer erfindungsgemäßen Gitterstruktur von einer planaren Stellung in eine aufgespannte Stellung vor Ort umfasst die folgenden Schritte: According to the invention it can be provided that the lattice elements at the crossing points have elongated holes with in particular different lengths, two crossing lattice elements at the crossing points being connected rotatably and mutually displaceable by connecting means, for example screws or bolts. These elongated holes and the fastening elements located therein make it possible for the grid elements to rotate and shift to a certain extent during the clamping process, so that the clamping process on site is comparatively easy. A method according to the invention for stretching a lattice structure according to the invention from a planar position to a stretched position on site comprises the following steps:
In einem ersten Schritt erfolgt eine Verdrehung der Randelemente zueinander derart, dass sich der aufgespannte Winkel der Randelemente von ä in der planaren Stellung auf a in der aufgespannten Stellung erhöht oder erniedrigt. Diese Verdrehung kann durch geeignete maschinelle Hilfsmittel erfolgen, wobei die Stabilität der Randelemente in Betracht gezogen wird, sodass möglicherweise mehrere Angriffspunkte auf den Randelementen vorgesehen gewählt werden. Die Verdrehung kann direkt über das Einstellen des Winkels erfolgen, oder durch ein Auseinanderziehen des Gitters an zwei oder mehr Angriffspunkten, bis der gewünschte Winkel erreicht ist. Eine Ausführung der Gitterstruktur mit möglichst leichten Gitterlamellen ist dabei vorteilhaft. In a first step, the edge elements are rotated relative to one another in such a way that the spanned angle of the edge elements increases or decreases from - in the planar position to a in the open position. This rotation can be carried out using suitable mechanical aids, the stability of the edge elements being taken into account, so that several points of attack may be selected to be provided on the edge elements. The rotation can be done directly by setting the angle, or by pulling the grid apart at two or more points of application until the desired angle is reached. It is advantageous to design the lattice structure with lattice lamellas that are as light as possible.
In einem nächsten Schritt erfolgt eine Verbiegung der Gitterstruktur und eine Fixierung der Endpunkte ausgewählter Gitterelemente an Auflagern. Dieser Schritt dient dazu, das Freiformflächenstück, das approximiert werden soll, möglichst gut zu approximieren. In a next step, the lattice structure is bent and the end points of selected lattice elements are fixed to supports. This step is used to approximate the free-form surface piece that is to be approximated as well as possible.
In diesem Schritt erfolgt die Fixierung insbesondere jener Endpunkte, die am Nächsten zu den Extremwerten der Krümmung des zugehörigen Randelements in der zu approximierenden Freiformfläche liegen, an externen Auflagern. Es wird also zunächst die zu approximierende Freiformfläche analysiert und es werden jene Punkte der Randelemente bestimmt, welche in der aufgespannten Stellung die größte Krümmung aufweisen würden. Dann werden die Endpunkte jener Gitterelemente fixiert, welche am nächsten zu diesen Punkten liegen. Vorzugsweise können auch sämtliche Endpunkte der Gitterelemente an externen Auflagern fixiert werden. In this step, in particular those end points which are closest to the extreme values of the curvature of the associated edge element in the free-form surface to be approximated are fixed on external supports. The free-form surface to be approximated is therefore first analyzed and those points of the edge elements are determined which would have the greatest curvature in the open position. Then the end points of those grid elements that are closest to these points are fixed. Preferably, all of the end points of the grid elements can also be fixed to external supports.
Die Fixierung der Endpunkte erfolgt dabei an jenen Punkten, die sie in der aufgespannten Stellung einnehmen müssen. Optional können auch ausgewählte oder alle Kreuzungsstellen der Gitterelemente an externen Auflagern fixiert werden. The end points are fixed at those points that they must occupy in the open position. Optionally, selected or all crossing points of the grid elements can be fixed to external supports.
Danach kann die Gitterstruktur mit der einer Membran oder mit Fassadenelementen bezogen werden, um die gewünschte Freiformstruktur zu erlangen. Die Erfindung betrifft ferner ein computerimplementiertes Verfahren zur Bestimmung eines Gittermodells, welches eine erfindungsgemäße Gitterstruktur mit Randelementen und Gitterelementen als elektronisches Datenmodell zur weiteren Verarbeitung abbildet. The lattice structure can then be covered with a membrane or with facade elements in order to achieve the desired free-form structure. The invention also relates to a computer-implemented method for determining a lattice model, which depicts a lattice structure according to the invention with edge elements and lattice elements as an electronic data model for further processing.
In der Praxis ist die gewünschte dreidimensionale Freiformstruktur bereits als elektronisches Datenmodell in einem Computer vorhanden, wo es beispielsweise durch einen Architekten entworfen oder ausgehend von einem analogen Modell digitalisiert wurde. Um nun eine Gitterstruktur zu entwerfen, welche im aufgespannten Zustand diese Freiformstruktur möglichst gut approximiert, umfasst das Verfahren die folgenden Schritte. In practice, the desired three-dimensional free-form structure is already available as an electronic data model in a computer, where it was designed, for example, by an architect or digitized based on an analog model. In order to design a lattice structure that approximates this free-form structure as well as possible in the expanded state, the method comprises the following steps.
In einem ersten Schritt erfolgt die Entgegennahme eines planaren Flächenstücks P und eines zu approximierenden Freiformflächenstückes P auf einem elektronischen Gerät, insbesondere einem dazu eingerichteten Computer mit einer zentralen Datenverarbeitungseinheit (CPU), einem flüchtigen Halbleiterspeicher (RAM) und nicht flüchtigen Halbleiter- oder magnetischen Speicher (ROM), elektronischen Schnittstellen wie USB, LAN oder WLAN sowie Dateneingabe- und Datenausgabegeräten. Beispielsweise kann das planare Flächenstück P im nicht-flüchtigen Speicher als Datenstruktur abgelegt sein, und das zu approximierende Freiformflächenstück P über ein Dateneingabegerät vom Benutzer eingegeben werden oder von einer elektronischen Schnittstelle entgegengenommen werden. Dabei können die Flächenstücke P und P als Datenstruktur in beliebigen Koordinaten abgespeichert sein. In a first step, a planar surface piece P and a free-form surface piece P to be approximated are received on an electronic device, in particular a computer equipped for this purpose with a central data processing unit (CPU), a volatile semiconductor memory (RAM) and non-volatile semiconductor or magnetic memory ( ROM), electronic interfaces such as USB, LAN or WLAN as well as data input and data output devices. For example, the planar surface piece P can be stored in the non-volatile memory as a data structure, and the free-form surface piece P to be approximated can be entered by the user via a data input device or received by an electronic interface. The patches P and P can be stored as a data structure in any coordinates.
In einem nächsten Schritt erfolgt die diskrete Darstellung der Flächenstücke. Das planare Flächenstück wird zunächst einfach durch die 2-dimensionalen kartesischen Koordinaten seiner vier Eckpunkte ausgedrückt. Anschließend werden die 4 Verbindungen zwischen den Eckpunkten in eine gewisse Anzahl (typischerweise, je 100) äquidistanter Netzknoten unterteilt. The next step is the discrete display of the patches of area. The planar patch is initially expressed simply by the 2-dimensional Cartesian coordinates of its four corner points. Then the 4 connections between the corner points are subdivided into a certain number (typically 100 each) of equidistant network nodes.
Die geometrische Form des planaren Flächenstücks P wird durch den frei gewählten Winkel ä festgelegt, der beispielsweise 30°, 45°, 60°, 75° oder dergleichen sein kann. Der Winkel a des Freiformflächenstücks P ist davon in der Regel unterschiedlich und nicht frei wählbar, sondern durch die Form der Fläche mathematisch bestimmt. The geometric shape of the planar surface piece P is determined by the freely selected angle, which can be, for example, 30 °, 45 °, 60 °, 75 ° or the like. The angle a of the free-form surface piece P is usually different and not freely selectable, but rather determined mathematically by the shape of the surface.
Das Freiformflächenstück P wird zunächst in Form einer NURBS-Fläche (Non-Uniform- Rational-B-Spline) gespeichert, anschließend wird es durch das Tesselieren in ein diskretes Dreiecksnetz mit einer Auflösung von typischerweise 100x100 Netzknoten umgewandelt. Der Netzknoten des diskretes Dreiecksnetz, welches das Freiformflächenstück annähert, enthält seine Position in 3-dimensionalen kartesischen Koordinaten. Auf diesem diskreten Dreiecksnetz können geodätische Distanzen zwischen je zwei beliebigen Netzknoten effizient berechnet werden. The free-form surface piece P is first stored in the form of a NURBS surface (Non-Uniform Rational B-Spline), then it is converted into a discrete triangular network with a resolution of typically 100x100 network nodes by tessellation. The network node of the discrete triangular network, which approximates the free-form surface piece, contains its position in 3-dimensional Cartesian coordinates. Geodetic distances between any two network nodes can be calculated efficiently on this discrete triangular network.
In diesem Schritt kann bereits das zu approximierende Freiformflächenstück hinsichtlich seiner Eigenschaften analysiert werden. Wird beispielsweise festgestellt, dass das Freiformflächenstück eine lokale Krümmung aufweist, die einen vorgegebenen Maximalwert übersteigt (sodass die Gitterlinien gewisse Bereiche des Freiformflächenstücks nicht erreichen), so wird bereits hier das Freiformflächenstück P geglättet. Diese Glättung kann iterativ erfolgen, bis die lokale Krümmung den vorgegebenen Schwellwert einhält. In this step, the freeform surface piece to be approximated can already be analyzed with regard to its properties. If, for example, it is determined that the freeform surface piece has a local curvature that exceeds a predetermined maximum value (so that the grid lines do not reach certain areas of the freeform surface piece), then the freeform surface piece P is already smoothed here. This smoothing can take place iteratively until the local curvature complies with the predetermined threshold value.
Die Tesselierung wird außerdem so gestaltet, dass gegenüberliegende Randelemente auf dem planaren Flächenstück P und auf dem Freiformflächenstück P die gleiche Anzahl an äquidistanten Netzknoten erhalten. Jedem Netzknoten kann, je nachdem auf welchem Randelement er sich befindet, somit eine u-i, u2, v-i, oder v2 Koordinate zugewiesen werden. The tessellation is also designed in such a way that opposing edge elements on the planar surface piece P and on the freeform surface piece P receive the same number of equidistant network nodes. Each network node can be assigned a ui, u 2 , vi, or v 2 coordinate, depending on which edge element it is located on.
In einem nächsten Schritt erfolgt die Berechnung von Distanz-Feldern für das planare Flächenstück P und für das Freiformflächenstück P, wobei die Distanz-Felder jeweils die Koordinaten von Punktpaaren u-i, u2 und v-i, v2 auf einander gegenüberliegenden Randelementen in Abhängigkeit des eingeschlossenen Winkels ä bzw. a in Beziehung setzen. Während der Winkel ä variiert werden kann, steht der Winkel a des Freiformflächenstücks fest. Die u- und v-Koordinaten können dazu in äquidistanten Schritten von 1 bis 50, 1 bis 100 oder dergleichen normalisiert werden, und die Werte von ui, u2 bzw. v-i, v2 werden entsprechend linear erhöht. Im nächsten Schritt werden die Distanz-Felder zu Distanz-Abbildungen Du(ui, u2, ä), Dv(vi, v2, ä) für das planare Flächenstück P und Du(ui, u2), Dv(vi, v2) für das Freiformflächenstück P kombiniert, wobei die Distanz-Abbildungen jeweils die geodätischen Distanzen sämtlicher möglicher Punktpaarkombinationen auf einander gegenüberliegenden Randelementen darstellen. In anderen Worten, liefert z.B. die Funktion Du(ui, u2) genau die geodätische Distanz auf dem Freiformflächenstück zwischen zwei gegenüberliegenden Randpunkten mit den gegeben u-i, u2 Koordinaten. Im Falle des planaren Flächenstückes, hängt diese Distanz zusätzlich von dem gewählten Winkel äab. Während die Distanz-Abbildungen des Freiformflächenstücks aufgrund des festen Winkels a nur von ui und u2 bzw. v-i und v2 abhängen, sind die Distanz-Abbildungen des planaren Flächenstücks auch Funktionen des frei wählbaren Winkels ä. Die Distanz-Abbildungen können beispielsweise auf einem Gitter von 100 x 100 Punkten evaluiert werden. In a next step, distance fields are calculated for the planar surface piece P and for the freeform surface piece P, the distance fields each having the coordinates of point pairs ui, u 2 and vi, v 2 on opposing edge elements depending on the included angle relate ä or a. While the angle a can be varied, the angle a of the free-form surface piece is fixed. For this purpose, the u and v coordinates can be normalized in equidistant steps from 1 to 50, 1 to 100 or the like, and the values of ui, u 2 and vi, v 2 are increased linearly accordingly. In the next step, the distance fields become distance maps D u (ui, u 2 , ä), D v (vi, v 2 , ä) for the planar patch P and D u (ui, u 2 ), D v (vi, v 2 ) combined for the free-form surface piece P, the distance images each representing the geodetic distances of all possible point pair combinations on mutually opposite edge elements. In other words, the function D u (ui, u 2 ), for example, delivers exactly the geodetic distance on the free-form surface between two opposite edge points with the given ui, u 2 coordinates. In the case of the planar patch, this distance also depends on the angle selected. While the distance images of the free-form surface piece depend only on ui and u 2 or vi and v 2 due to the fixed angle a, the distance images of the planar surface piece are also functions of the freely selectable angle Grids of 100 x 100 points are evaluated.
In einem nächsten Schritt erfolgt eine Verschneidung der Distanz-Abbildungen Du (u-i, u2, ä) und Du(ui, u2) sowie Dv(v-i, v2, ä) und Dv(vi, v2) zur Bildung von Bespannungsfunktionen Fu(ui, ä) und Fv(vi, ä). Dabei werden jene Punktkombinationen u-i, u2 und v-i, v2 festgestellt, die einerseits für das planare Flächenstück P und das Freiformflächenstück P identisch sind (um eine Fixierung dieser Endpunkte beim Aufspannvorgang zu ermöglichen), und die andererseits auch identische geodätische Distanzen auf den Flächen aufweisen (da die Gitterelemente sich nicht strecken oder stauchen können). In a next step, the distance maps D u (ui, u 2 , ä) and D u (ui, u 2 ) as well as D v (vi, v 2 , ä) and D v (vi, v 2 ) are intersected for the formation of covering functions F u (ui, ä) and F v (vi, ä). The point combinations ui, u 2 and vi, v 2 are determined which are identical for the planar surface piece P and the freeform surface piece P (to enable these end points to be fixed during the clamping process) and which, on the other hand, also have identical geodetic distances on the surfaces (since the grid elements cannot stretch or compress).
Zur Bildung der Bespannungsfunktionen kann in diesem Schritt vorgesehen sein, dass ein numerisches Optimierungsproblem in ä gelöst wird, wobei der Wert von ä minimiert wird und wobei die Randbedingungen beachtet werden, dass einerseits für jeden Wert von ui genau ein Wert von u2 existiert, und andererseits für jeden Wert von v-i auch genau ein Wert von v2 existiert. In order to create the covering functions, this step can provide that a numerical optimization problem is solved in ä, whereby the value of ä is minimized and the boundary conditions are observed that on the one hand there is exactly one value of u 2 for each value of ui, and on the other hand, there is exactly one value of v 2 for every value of vi.
Als weitere Randbedingung des Optimierungsproblems kann die Bedingung eingeführt werden, dass eine Diagonale des planaren Flächenstücks P kürzer ist als die entsprechende Diagonale des Freiformflächenstücks P und umgekehrt. Damit wird sichergestellt, dass sich die Distanzabbildungen in dem durch u-i, u2 bzw. v-i, v2 aufgespannten Raum schneiden. The condition that a diagonal of the planar surface piece P is shorter than the corresponding diagonal of the freeform surface piece P and vice versa can be introduced as a further boundary condition of the optimization problem. This ensures that the distance mappings intersect in the space spanned by ui, u 2 or vi, v 2.
Als weitere Randbedingung des Optimierungsproblems kann eine minimale Steigung kmin und eine maximale Steigung kmax der Segmente der Bespannungsfunktionen Fu(ui, ä) und Fv(vi, ä) vorgegeben werden. As a further boundary condition of the optimization problem, a minimum slope k min and a maximum slope k max of the segments of the clothing functions F u (ui, ä) and F v (vi, ä) can be specified.
Als Ergebnis werden Bespannungsfunktionen Fu(ui, ä) und Fv(vi, ä) gefunden, die für jeden Wert von ui und vi genau einen gültigen Wert von u2 und v2 liefern. As a result, clothing functions F u (ui, ä) and F v (vi, ä) are found which supply exactly one valid value of u 2 and v 2 for each value of ui and vi.
In einem nächsten Schritt erfolgt eine Auswahl von Koordinaten für Gitterelemente, deren Endpunktkoordinaten Teil der Bespannungsfunktion Fu(ui, a) und Fv(vi, ä) sind. Die Anzahl der Gitterelemente hängt dabei von der Gestalt des Freiformflächenstücks ab; es müssen ausreichend Gitterelemente gewählt werden, um die Freiformfläche mit einer ausreichenden Dichte zu approximieren. In a next step, coordinates are selected for grid elements, the end point coordinates of which are part of the covering function F u (ui, a) and F v (vi, ä). The number of grid elements depends on the shape of the free-form surface piece; Sufficient grid elements must be selected to approximate the freeform surface with sufficient density.
Beispielsweise kann eine bestimmte Dichte an Kreuzungspunkten je Flächeneinheit vorgesehen sein, die erfüllt werden muss. Dies hängt von der Krümmung der zu approximierenden Freiformfläche ab, wobei Flächen mit vielen Krümmungswechseln (positiv gekrümmt, negativ gekrümmt) eine höhere Dichte an Kreuzungspunkten erfordern als Flächen ohne Krümmungswechsel. Die genannte Auswahl von Koordinaten für Gitterelemente bezieht sich hier auf eine rein elektronische Bestimmung von Koordinaten bzw. Längen der Gitterelemente. For example, a certain density of intersection points can be provided per unit area, which must be met. This depends on the curvature of the free-form surface to be approximated, whereby surfaces with many changes in curvature (positively curved, negatively curved) require a higher density of intersection points than surfaces without a change in curvature. The mentioned selection of coordinates for grid elements relates here to a purely electronic determination of coordinates or lengths of the grid elements.
Auf Grundlage der Ergebnisse des computerimplementierten Verfahrens können in Folge die physischen Gitterelemente (Gitterlamellen) an Fland dieser elektronisch bestimmten Parameter gefertigt und bereitgestellt werden. Material und Dicke der Gitterelemente sind dabei vom jeweiligen Anwendungsgebiet abhängig. On the basis of the results of the computer-implemented method, the physical grid elements (grid lamellas) at Fland can then be manufactured and provided using these electronically determined parameters. The material and thickness of the grid elements depend on the respective field of application.
Nach der Auswahl der Koordinaten von geeigneten Gitterelementen kann durch ein Vergleichen der Bogenlängen s und s dieser gefundenen Gitterelemente einerseits an den Kreuzungsstellen im planaren Flächenstück P, und andererseits im Freiformflächenstück P die erforderliche Länge von Langlöchern der kreuzenden Gitterelemente an diesen Kreuzungsstellen berechnet werden. Mit anderen Worten, es kann durch Vergleich der Koordinaten der Kreuzungsstellen in P und P die Länge der in den kreuzenden Gitterelementen erforderlichen Langlöcher festgestellt werden. Zur Ermittlung von Richtung und Länge der Langlöcher an den Kreuzungsstellen kreuzender Gitterelemente können also die Teillängen s und s im planaren Flächenstück P und im Freiformflächenstück P verglichen werden. After selecting the coordinates of suitable grid elements, by comparing the arc lengths s and s of these grid elements found, on the one hand at the intersections in the planar area P and on the other hand in the freeform area P, the required length of elongated holes of the intersecting grid elements at these intersections can be calculated. In other words, by comparing the coordinates of the intersection points in P and P, the length of the elongated holes required in the intersecting grid elements can be determined. In order to determine the direction and length of the elongated holes at the intersection of intersecting grid elements, the partial lengths s and s in the planar area P and in the free-form area P can be compared.
Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass bei der Auswahl der Gitterelemente zunächst ein minimales Set an Gitterelementen definiert wird, indem in den Schnittkurven Cu(s) bzw Cv(s) der Distanz-Abbildungen jene Gitterelemente gewählt werden, die an den Extremwerten von Cu(s) bzw. Cv(s) und an den Extremwerten der Krümmung von Cu(s) bzw. Cv(s) liegen. Diese Gitterelemente decken den Bereich der größten Krümmung ab und sollten jedenfalls ausgewählt werden. According to the invention, it can also be provided that when selecting the grid elements, a minimal set of grid elements is initially defined by choosing those grid elements in the intersection curves C u (s) and C v (s) of the distance maps which are at the extreme values of C u (s) and C v (s) and at the extreme values of the curvature of C u (s) and C v (s). These grid elements cover the area of greatest curvature and should be selected in any case.
In Folge können die verbleibenden Lücken durch Einfügen zusätzlicher Gitterelemente verdichtet werden, wobei die zusätzlichen Gitterelemente so positioniert werden können, dass die Summe der quadratischen Abstände zu vorhandenen Gitterelementen minimal ist. As a result, the remaining gaps can be compacted by inserting additional grid elements, wherein the additional grid elements can be positioned such that the sum of the square distances to the existing grid elements is minimal.
Die Erfindung betrifft ferner ein computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. The invention further relates to a computer-readable storage medium, comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out a method according to the invention.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Die Erfindung wird im Folgenden anhand nicht-ausschließlicher Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Further features according to the invention emerge from the claims, the figures and the description of the exemplary embodiments. The invention is explained in more detail below on the basis of non-exclusive exemplary embodiments. Show it:
Figs. 1a - 1b schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Gitterstruktur in einer aufgespannten Stellung und in einer planaren Stellung; Figs. 1a-1b are schematic representations of an exemplary embodiment of a lattice structure according to the invention in an open position and in a planar position;
Figs. 1 c — 1 d schematische Darstellungen eines mathematischen Gittermodells zur Erstellung der Gitterstruktur; Figs. 1 c-1 d are schematic representations of a mathematical lattice model for creating the lattice structure;
Figs. 2a- 2b schematische Darstellungen eines planaren Flächenstücks P und eines zu approximierenden Freiformflächenstücks P; Figs. 3a - 3b schematische Darstellungen eines planaren Gitterelements g (u1 , u2) auf P und eines nicht planaren Gitterelements g(u1 , u2) auf P; Figs. 2a-2b schematic representations of a planar surface piece P and a freeform surface piece P to be approximated; Figs. 3a-3b are schematic representations of a planar grid element g (u1, u2) on P and a non-planar grid element g (u1, u2) on P;
Figs. 4a - 4c schematische Darstellungen einer Bespannungs-Funktion sowie eines planaren Gitterelements g (u1 , u2) und eines nicht planaren Gitterelements g(u1 , u2); Figs. 5a - 5c schematische Darstellungen zur Veranschaulichung der Bildung von Distanz-Feldern bei einem planaren Flächenstück P und einem Freiformflächenstück P; Figs. 6a - 6c schematische Darstellungen der Distanz-Abbildung Du für das planare Flächenstück aus Figs. 5a - 5c in verschiedenen Ansichten; Figs. 4a-4c are schematic representations of a covering function and a planar grid element g (u1, u2) and a non-planar grid element g (u1, u2); Figs. 5a-5c are schematic representations to illustrate the formation of distance fields in the case of a planar surface piece P and a freeform surface piece P; Figs. 6a-6c are schematic representations of the distance mapping D u for the planar surface piece from FIGS. 5a-5c in different views;
Figs. 7a - 7d: schematische Darstellung zweier Verschneidungen der Distanz- Abbildungen Du für das planare Flächenstück mit der Distanz-Abbildung Du für das Freiformflächenstück sowie der resultierenden Bespannungsfunktionen; Figs. 7a-7d: schematic representation of two intersections of the distance maps D u for the planar surface piece with the distance map D u for the freeform surface piece and the resulting covering functions;
Figs. 8a - 8c: schematische Darstellungen einer zu approximierenden Freiformfläche P, einer validen Bespannungs-Funktion Fu(u-i, a) und des resultierenden Gittermodells; Figs. 9a - 9b: schematische Darstellungen einer zu approximierenden Freiformfläche und einer geglätteten Freiformfläche; Figs. 8a-8c: schematic representations of a free-form surface P to be approximated, a valid covering function F u (ui, a) and the resulting grid model; Figs. 9a-9b: schematic representations of a free-form surface to be approximated and a smoothed free-form surface;
Figs. 10a - 10b: schematische Darstellungen von Gittermodellen und Schnittkurven Cu(s) vor und nach einer Verdichtung; Figs. 10a-10b: schematic representations of grid models and intersection curves C u (s) before and after compression;
Figs. 11 a - 11 b: schematische Darstellungen eines planaren Flächenstücks und des korrespondierenden Freiformflächenstücks sowie der Kreuzungspunkte der Gitterlinien. Figs. 11 a-11 b: schematic representations of a planar surface piece and the corresponding free-form surface piece as well as the points of intersection of the grid lines.
Figs. 1a - 1b zeigen schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen physischen Gitterstruktur 1 in einer aufgespannten Stellung (Fig. 1a) und in einer planaren Stellung (Fig. 1b). Die physische Gitterstruktur 1 umfasst Randelemente 2, 2‘, die eine Fläche aufspannen, und Gitterelemente 3, 3‘, die unter Bildung von Kreuzungsstellen 4 zwischen den Randelementen 2, 2‘ angeordnet sind. Jeweils zwei Randelemente 2, 2‘ liegen einander gegenüber, und jeweils eine Familie von Gitterelementen 3, 3‘ ist zwischen den gegenüberliegenden Randelementen 2, 2‘ angeordnet. Eine Familie bezeichnet dabei jene Gitterelemente 3, 3‘, die sich zwischen zwei bestimmten Randelementen 2, 2‘ erstrecken. Die Randelemente 2, 2‘ und die Gitterelemente 3, 3‘ sind als Gitterlamellen aus Holz, Aluminium, Stahl oder glasfaserverstärktem Kunststoff ausgebildet. Die Gitterlamellen sind geradlinig, elastisch sowie zug- und druckfest. Die Gitterelemente 3, 3‘ sind innerhalb einer Familie nicht parallel, sodass sich die Gitterstruktur 1 nur nach oben oder unten verformen kann, wenn sich die Gitterelemente 3, 3‘ biegen. Benachbarte Randelemente 2, 2‘ sind in der planaren Stellung (Fig. 1b) in einem Winkel ä zueinander angeordnet und in der aufgespannten Stellung (Fig. 1a) in einem Winkel a, wobei a ä. Überstrichene Größen beziehen sich stets auf das planare Gitter. Figs. 1a-1b show schematic representations of an exemplary embodiment of a physical lattice structure 1 according to the invention in an open position (FIG. 1a) and in a planar position (FIG. 1b). The physical lattice structure 1 comprises edge elements 2, 2 ', which span an area, and lattice elements 3, 3', which are arranged between the edge elements 2, 2 'with the formation of crossing points 4. In each case two edge elements 2, 2 'lie opposite one another, and in each case a family of grid elements 3, 3' is arranged between the opposite edge elements 2, 2 '. A family denotes those grid elements 3, 3 'which extend between two specific edge elements 2, 2'. The edge elements 2, 2 'and the grid elements 3, 3' are designed as grid slats made of wood, aluminum, steel or glass fiber reinforced plastic. The lattice slats are straight, elastic and resistant to tension and compression. The grid elements 3, 3 'are not parallel within a family, so that the grid structure 1 can only deform upwards or downwards when the grid elements 3, 3' bend. Adjacent edge elements 2, 2 'are arranged at an angle α to one another in the planar position (FIG. 1b) and at an angle α in the open position (FIG. 1a), where a ä. Swept sizes always relate to the planar grid .
Die Gitterelemente 3, 3‘ sind derartig an den Randelementen 2, 2‘ befestigt, dass die Gitterstruktur 1 zwei kompatible geometrische Zustände aufweist: eine planare Stellung (Fig. 1b) und eine aufgespannte Stellung (Fig. 1a), wobei die Gitterstruktur 1 in der aufgespannten Stellung eine vorgegebene dreidimensionale Freiformfläche approximiert. Die Gitterelemente 3, 3‘ folgen in beiden Stellungen geodätischen Linien zwischen den Randelementen 2, 2‘. Geodätische Linien liefern die kürzeste und geradlinigste Verbindung zwischen zwei Punkten auf einer Fläche. The lattice elements 3, 3 'are attached to the edge elements 2, 2' in such a way that the lattice structure 1 has two compatible geometric states: a planar position (FIG. 1b) and an open position (FIG. 1a), the lattice structure 1 in approximates a given three-dimensional free-form surface in the clamped position. The grid elements 3, 3 ‘follow geodetic lines between the edge elements 2, 2‘ in both positions. Geodetic lines provide the shortest and most straight line connection between two points on a surface.
Die beiden Stellungen können durch einen Aufspannvorgang kontinuierlich ineinander umgewandelt werden. Um die gewünschte Freiformfläche zu approximieren, müssen also alle Gitterelemente im aufgespannten Zustand auf der vorgegebenen Freiformfläche liegen. The two positions can be continuously converted into one another by means of a clamping process. In order to approximate the desired free-form surface, all grid elements must therefore lie on the specified free-form surface in the expanded state.
Die Gitterelemente 3, 3‘ sind an den Kreuzungsstellen 4 mit (schematisch dargestellten) Langlöchern versehen, die in den kreuzenden Gitterelementen 3, 3‘ unterschiedliche Längen aufweisen, sodass eine translatorische Bewegung der Gitterelemente 3, 3‘ in gewissem Maße möglich ist. Die Gitterelemente 3, 3‘ sind an den Kreuzungsstellen 4 durch Verbindungsmittel, beispielsweise Schrauben oder Bolzen drehbar und beweglich verbunden. Die Verbindungsmittel ragen durch beide Langlöcher der kreuzenden Gitterelemente 3, 3‘. The grid elements 3, 3 ‘are provided with (schematically shown) elongated holes at the crossing points 4, which have different lengths in the intersecting grid elements 3, 3‘ so that a translational movement of the grid elements 3, 3 ‘is possible to a certain extent. The grid elements 3, 3 'are rotatably and movably connected at the crossing points 4 by connecting means, for example screws or bolts. The connecting means protrude through both elongated holes of the intersecting grid elements 3, 3 ‘.
Figs. 1c - 1d zeigen eine abstrahierte schematische Darstellung der Gitterstruktur 1 in Form eines computergenerierten Gittermodells mit Gitterlinien, welche den Randelementen 2, 2‘ und Gitterelementen 3, 3‘ entsprechen. Dieses Gittermodell ist als Datenstruktur in einem Computer implementiert. Bei dem Computer handelt es sich um einen herkömmlichen PC mit einer elektronischen Datenverarbeitungseinheit, einer oder mehrerer Speichereinheiten (beispielsweise in Form eines Magnetspeichers und eines Halbleiterspeichers), und Schnittstellen. Die konkrete Ausführung des Computers ist für die vorliegende Erfindung jedoch nicht von Belang. Figs. 1c-1d show an abstract schematic representation of the lattice structure 1 in the form of a computer-generated lattice model with lattice lines which correspond to the edge elements 2, 2 'and lattice elements 3, 3'. This grid model is implemented as a data structure in a computer. The computer is a conventional PC with an electronic data processing unit, one or more storage units (for example in the form of a magnetic memory and a semiconductor memory), and interfaces. However, the specific design of the computer is not relevant to the present invention.
Zur Generierung des Gittermodells ist vorgesehen, dass eine zu approximierende Freiformfläche P als Zielfläche und gegebenenfalls auch eine planare Fläche in den Computer eingegeben werden, beispielsweise indem diese aus einer Speichereinheit ausgelesen werden. Die Flächen können in Koordinatenform oder auch in Form von Vektoren oder Splines in den Computer eingegeben werden. Bei der planaren Fläche handelt es sich vorzugsweise um eine Viereckfläche. Zur effizienten Berechnung werden die Flächen durch ein Dreiecksnetz diskretisiert. Die Auflösung des Dreiecksnetzes kann dabei frei gewählt werden; die Mindestauflösung sollte etwa 50x50 bis 100x100 Netzknoten betragen. Die Flächen werden durch den Computer für die weitere Verarbeitung in den normalisierten Koordinaten u [0 .. 1] und v [0 .. 1] dargestellt. Das konkrete Verfahren zur Diskretisierung und Überführung in normalisierte Koordinaten ist jedoch nicht von Belang; wichtig ist lediglich, dass identische Koordinatensysteme für die planare Fläche und die Freiformfläche verwendet werden. To generate the grid model, provision is made for a free-form surface P to be approximated as a target surface and, if necessary, also a planar surface to be input into the computer, for example by reading them out from a memory unit. The surfaces can be entered into the computer in the form of coordinates or also in the form of vectors or splines. The planar surface is preferably a square surface. For efficient calculation, the areas are discretized by a triangular network. The resolution of the triangular network can be freely chosen; the minimum resolution should be around 50x50 to 100x100 network nodes. The surfaces are represented by the computer for further processing in the normalized coordinates u [0 .. 1] and v [0 .. 1]. However, the specific procedure for discretization and conversion into normalized coordinates is not relevant; It is only important that identical coordinate systems are used for the planar surface and the free-form surface.
Um sicherzustellen, dass das gewünschte Freiformflächenstück P ausreichend durch das Gitter approximiert werden kann, muss P überprüft werden. Kann P nicht ausreichend durch ein Gitter approximiert werden, wird P geglättet. Diese Überprüfung findet am Anfang des Verfahrens statt, da sich während des Glättungs-Prozesses Distanzen auf dem Freiformflächenstück P ändern können. To ensure that the desired freeform surface piece P can be sufficiently approximated by the grid, P must be checked. If P cannot be sufficiently approximated by a grid, P is smoothed. This check takes place at the beginning of the method, since distances on the free-form surface piece P can change during the smoothing process.
Fig. 1c zeigt das computergenerierte Gittermodell in der planaren Stellung und Fig. 1d in der aufgespannten Stellung. Zwischen den beiden Randelementen 2 ist eine erste Gitterelement-Familie bestehend aus drei Gitterelementen 3 angeordnet, die zueinander nicht parallel sind. Zwischen den beiden Randelementen 2‘ ist eine zweite Gitterelement-Familie bestehend aus zwei Gitterelementen 3‘ angeordnet, die zueinander nicht parallel sind. Durch Veränderung des Winkels der Randelemente 2, 2‘ kann die Gitterstruktur 1 von der planaren Stellung in die aufgespannte Stellung überführt werden. In beiden Stellungen verlaufen die Gitterelemente 3, 3‘ als geodätische Linien auf der planaren Fläche bzw. auf der Freiformfläche. FIG. 1c shows the computer-generated grid model in the planar position and FIG. 1d in the expanded position. A first grid element family consisting of three grid elements 3, which are not parallel to one another, is arranged between the two edge elements 2. A second grid element family consisting of two grid elements 3 'which are not parallel to one another is arranged between the two edge elements 2'. By changing the angle of the edge elements 2, 2 ' the lattice structure 1 can be transferred from the planar position to the expanded position. In both positions, the grid elements 3, 3 'run as geodetic lines on the planar surface or on the free-form surface.
Figs. 2a - 2b zeigen die computergenerierten Repräsentationen der Randelemente des planaren Gitters und des räumlichen Gitters auf der Freiformfläche in den Koordinaten u und v. Das Rand-Viereck des planaren Gitters begrenzt ein planares Flächenstück P, das Rand-Viereck auf der Freiformfläche begrenzt ein Freiformflächenstück P. Die vier Randelemente 2,2‘, aus denen sich der Rand zusammensetzt sind im planaren und räumlichen Gitter längengleich, da die Randelemente zug- und druckfest sein sollen, und besitzen die Koordinaten u-i, u2, v-i, v2. Um sowohl den planaren als auch den aufgespannten Zustand erzeugen zu können, muss jedes zwischen den Randelementen 2, 2‘ liegende Gitterelement 3, 3‘ folgende Forderungen erfüllen: Figs. 2a-2b show the computer-generated representations of the edge elements of the planar grid and the spatial grid on the free-form surface in the coordinates u and v. The edge square of the planar grid delimits a planar area P, the edge quadrangle on the free-form surface delimits a free-form area P. The four edge elements 2, 2 'that make up the edge are of equal length in the planar and spatial grid, since the edge elements should be tensile and compressive, and have the coordinates ui, u 2, vi, v 2 . In order to be able to generate both the planar and the expanded state, each grid element 3, 3 'lying between the edge elements 2, 2' must meet the following requirements:
(i) Die Distanzen g (IM,U2) und g(u ,u2) sind gleich lang, und (i) The distances g (IM, U 2 ) and g (u, u 2 ) are of equal length, and
(ii) Die Endpunktkoordinaten m und u2 stimmen für g und g überein. (ii) The end point coordinates m and u 2 are the same for g and g.
Diese Bedingungen sind in Figs. 3a - 3b schematisch dargestellt: Die Gitterelemente müssen im planaren und im aufgespannten Zustand zwischen die Randelemente passen und an den gleichen Rand-Koordinaten beginnen und enden. These conditions are shown in Figs. 3a - 3b shown schematically: The lattice elements must fit between the edge elements in the planar and in the stretched state and begin and end at the same edge coordinates.
Neben diesen zentralen Bedingungen müssen weitere Beschränkungen erfüllt werden, welche die kinematische Funktionalität des Gitters sicherstellen: In addition to these central conditions, further restrictions must be met, which ensure the kinematic functionality of the grid:
(iii) Jeder Punkt mit Koordinate u-i hat einen und nur einen entsprechenden Punkt am gegenüberliegenden Randelement mit Koordinate u2, wodurch ein Gitterelement eindeutig definiert wird. (iii) Each point with coordinate ui has one and only one corresponding point on the opposite edge element with coordinate u 2 , whereby a grid element is uniquely defined.
(iv) Die Ränder des Freiformflächenstücks P und des planaren Flächenstücks P müssen konvex sein. (iv) The edges of the freeform patch P and the planar patch P must be convex.
Diese Bedingungen gelten für beide Familien der Gitterelemente, also auch für jene Gitterelemente, die entlang der Koordinaten v-i, v2 verlaufen. Um die oben genannten Bedingungen zu erfüllen, werden die Distanzen zwischen gegenüberliegenden Randelementen systematisch erfasst und verwendet um die Funktionen it2 = FM (UI , ä) und v2 = Fv (vi, ä) zu finden, die Bedingungen (i), (ii) und (iii) erfüllen. Diese Funktionen verknüpfen das planare Flächenstück P und das Freiformflächenstück P. These conditions apply to both families of the grid elements, i.e. also to those grid elements that run along the coordinates vi, v 2 . To the above To meet conditions, the distances between opposite edge elements are systematically recorded and used to find the functions it2 = F M (U I , ä) and v 2 = F v (vi, ä), the conditions (i), (ii) and (iii) satisfy. These functions link the planar patch P and the freeform patch P.
Jeder Punkt der Funktionen Fu oder Fv entspricht einer geodätischen Linie entlang der Koordinaten u oder v auf P und P. Da der Rand von P den Winkel ä als Freiheitsgrad besitzt, der die Distanzen zwischen den Randelementen beeinflusst, ist «eine Variable dieser Funktionen. Die Funktionen Fu und Fv werden also verwendet, um P und P mit geodätischen Linien zu bespannen, sie steuern die Position und Ausrichtung der geodätischen Linien und werden als Bespannungs-Funktionen bezeichnet. Each point of the functions F u or F v corresponds to a geodetic line along the coordinates u or v on P and P. Since the edge of P has the angle as a degree of freedom which influences the distances between the edge elements, «is a variable of these functions . The functions F u and F v are therefore used to cover P and P with geodetic lines; they control the position and alignment of the geodetic lines and are referred to as covering functions.
Fig. 4a zeigt eine valide Bespannungs-Funktion für eine Familie von Gitterelementen entlang der Koordinaten u1 , u2. Die Funktion U2 = Fu (ui, ä) liefert für jeden Punkt auf ui genau ein Gitterelement mit einem Punkt auf U2. Die Funktion v2 = Fv (v-i, ä) liefert für jeden Punkt auf v-i genau ein Gitterelement mit einem Punkt auf v2. 4a shows a valid covering function for a family of grid elements along the coordinates u1, u2. The function U2 = F u (ui, ä) delivers exactly one grid element with a point on U2 for each point on ui. The function v 2 = F v (vi, ä) delivers exactly one grid element with a point on v 2 for each point on vi.
Dabei nehmen u-i, U2 und v-i, v2 Werte im Bereich von [0 .. 1] an. Figs. 4b und 4c zeigen beispielhafte Abbildungen eines möglichen Gitterelements in der planaren Fläche und in der Freiformfläche. Here ui, U2 and vi, v 2 take on values in the range from [0 .. 1]. Figs. 4b and 4c show exemplary images of a possible grid element in the planar surface and in the free-form surface.
Um Fu und Fv zu ermitteln, werden Distanzen durch zahlreiche Distanzfelder gemessen und zu Distanz-Abbildungen Du, DM, Dv, Dv zusammengefasst. Die Distanzfelder besitzen einen Ausgangspunkt auf ui oder v-i und liefern für jeden gegenüberliegenden Punkt einen geodätischen Distanzwert zum Ausgangspunkt. In der planaren Ebene stimmt die geodätische Distanz mit der euklidischen Distanz überein. Die Erfassung aller Distanzen erfolgt getrennt für die u- und v-Koordinaten. Du (ui, u2), Du (ui, u2, ä) fassen beispielsweise die Distanzen für die Familie von geodätischen Linien zwischen den gegenüberliegenden Rand-Elementen mit den Koordinaten u-i, u2 für P und P zusammen. Figs. 5a -5c zeigen die Erfassung von Distanzen von einem Distanzfeld zwischen den Randelementen mit den Koordinaten u-i, u2. Da die Gitterelemente für die gezeigte Familie vom unteren Randelement mit Koordinate ui zum oberen Randelement mit Koordinate u2 verlaufen, werden die Distanzen von allen Punkten p(u-i) zu allen Punkten q{u2) gemessen. In der Praxis ist die Anzahl der Punkte p und q beschränkt und hängt mit der Auflösung des Dreiecksnetzes zusammen. To determine F u and F v , distances are measured using numerous distance fields and combined to form distance maps D u , D M , D v , D v . The distance fields have a starting point on ui or vi and provide a geodetic distance value to the starting point for each opposite point. In the planar plane, the geodetic distance coincides with the Euclidean distance. All distances are recorded separately for the u and v coordinates. D u (ui, u 2 ), D u (ui, u 2 , ä) summarize, for example, the distances for the family of geodetic lines between the opposite edge elements with the coordinates ui, u 2 for P and P. Figs. 5a -5c show the acquisition of distances from a distance field between the edge elements with the coordinates ui, u 2 . Since the grid elements for the family shown run from the lower edge element with coordinate ui to the upper edge element with coordinate u 2 , the distances from all points p (ui) to all points q {u 2 ) are measured. In practice, the number of points p and q is limited and is related to the resolution of the triangular network.
Für die Darstellung der geodätischen Distanzen d zwischen zwei Randelementen werden die Längen von vielen Distanzfeldern zu Distanz-Abbildungen zusammengefasst. Eine Distanz-Abbildung ist eine Sammlung von geodätischen Distanzen in einem dreidimensionalen Raum mit den Koordinatenachsen u-i, u2 und d{u-i,2). Die Distanz-Abbildungen werden sowohl für das Freiformflächenstück P als auch für das planare Flächenstück P erstellt. Die Distanz-Abbildungen D vom planaren Gitter sind abhängig vom Winkel ä, da die Distanzen in der Fläche abhängig von der Form des planaren Randes sind. Die Distanz-Abbildungen sind in den Figs. 6a - 6c für das planare Flächenstück D schematisch dargestellt. For the representation of the geodetic distances d between two edge elements, the lengths of many distance fields are combined to form distance maps. A distance mapping is a collection of geodetic distances in a three-dimensional space with the coordinate axes ui, u 2 and d {ui, 2 ). The distance mappings are created for both the free-form patch P and the planar patch P. The distance images D from the planar grid are dependent on the angle ä, since the distances in the area depend on the shape of the planar edge. The distance maps are shown in Figs. 6a-6c for the planar surface piece D are shown schematically.
Die Bedingungen (i) und (ii) fordern, dass Gitterelemente mit gleichen Koordinaten u-i, u2 beziehungsweise vi, v2 längengleich sind. Diese Gitterelemente können als gemeinsame Punkte der Distanz-Abbildungen des planaren Flächenstücks und des Freiformflächenstücks gefunden werden. Conditions (i) and (ii) require that grid elements with the same coordinates ui, u 2 and vi, v 2, respectively, are of equal length. These grid elements can be found as common points in the distance mappings of the planar surface piece and the freeform surface piece.
Gemeinsame Punkte der Distanz-Abbildung Du des Freiformflächenstücks und der Distanz-Abbildung Du des planaren Flächenstücks entsprechen also geodätischen Linien zwischen den Rand-Elementen der Koordinaten u-i, u2, welche die Bedingungen (i) und (ii) erfüllen. Die gemeinsamen Punkte werden technisch durch die Verschneidung der beiden Distanz-Abbildungen D und D gefunden. Die Schnittpunkte bilden die Bespannungs-Funktion Fu bzw. Fv. Diese verknüpfen die
Figure imgf000017_0001
und u2- Koordinaten bzw. die v und v2-Koordinaten derart, dass die Bedingungen (i), (ii) und (iii) erfüllt sind. Figs. 7a -7b zeigen eine zufriedenstellende Bespannungs-Funktion für das Beispiel aus Figs. 5a - 5c. Hingegen zeigen Figs. 7c - 7d eine Bespannungs-Funktion, die Bedingung (iii) nicht erfüllt: Bedingung (iii) fordert, dass es für jede u oder u2- Koordinate nur genau ein Gitterelement geben darf. Diese Bedingung ist im Fall der Figs. 7c - 7d für die Koordinaten u-i = 0 und u2 = 1 nicht erfüllt, denn die Distanz- Abbildungen Du und Du haben immer zumindest zwei gemeinsame Punkte, nämlich die Punkte mit den Koordinaten u-\ = u2 = 0 und m = u2 = 1. Um somit eine optimale Verschneidung der Distanz-Abbildungen zu erreichen, wird ein Optimierungsproblem unter zwei Nebenbedingungen gelöst:
Common points of the distance mapping D u of the freeform surface piece and the distance mapping D u of the planar surface piece thus correspond to geodetic lines between the edge elements of the coordinates ui, u 2 , which meet the conditions (i) and (ii). The common points are found technically by intersecting the two distance maps D and D. The points of intersection form the covering function F u and F v . These link the
Figure imgf000017_0001
and u 2 coordinates or the v and v 2 coordinates such that conditions (i), (ii) and (iii) are met. Figs. 7a-7b show a satisfactory covering function for the example from Figs. 5a - 5c. In contrast, Figs. 7c-7d a covering function which does not fulfill condition (iii): condition (iii) requires that there may only be exactly one grid element for each u or u 2 coordinate. This condition is in the case of Figs. 7c - 7d for the coordinates ui = 0 and u 2 = 1 not fulfilled, because the distance maps Du and Du always have at least two points in common, namely the points with the coordinates u- \ = u 2 = 0 and m = u 2 = 1. In order to achieve an optimal intersection of the distance maps, an optimization problem is solved under two constraints:
Nebenbedingung 1 : Damit die Distanz-Abbildungen Du und Du mehr als zwei gemeinsame Punkte haben, wird folgende erste Nebenbedingung für die Existenz einer Schnittkurve formuliert: Constraint 1: So that the distance maps D u and D u have more than two points in common, the following first constraint is formulated for the existence of an intersection curve:
(e — e) (/ — /) < 0 (e - e) (/ - /) <0
Diese Bedingung bezieht sich auf die Diagonalen e und / des planares Flächenstücks P sowie die Diagonalen e und f des Freiformflächenstücks P (diese sind in Fig. 7d schematisch angedeutet). In anderen Worten, eine Diagonale von P muss kürzer sein als die entsprechende Diagonale von P und umgekehrt für die andere Diagonale. This condition relates to the diagonals e and / of the planar surface piece P and the diagonals e and f of the freeform surface piece P (these are indicated schematically in FIG. 7d). In other words, a diagonal of P must be shorter than the corresponding diagonal of P and vice versa for the other diagonal.
Das äußert sich in den Distanz- Abbildungen derart, dass Du an einer der beiden Ecken ((ui = 0, u2 = 1 ) und (ui = 1 , u2 = 0)) über Du liegt und an der verbleibenden Ecke unter Du. Dadurch ist zumindest eine partielle Überschneidung sichergestellt. This manifests itself in the distance pictures such that D u D u is above one of the two corners ((u = 0, u 2 = 1) and (u = 1, u 2 = 0)) and at the remaining corner under D u . This ensures at least a partial overlap.
Nebenbedingung 2: Um eine vollständige Überschneidung sicherzustellen, wird die Verschneidung im u-i, u2-Raum betrachtet und eine stückweise parametrische Darstellung Fu eingeführt. Fu verbindet alle Punkte im u-i, ii2-Raum, die bei der Verschneidung gefunden wurden, ist stückweise linear und im gesamten
Figure imgf000018_0001
und u2- Bereich definiert (siehe Fig. 4a). Fu hängt aufgrund der Abhängigkeit Du von ä ebenfalls von c7 ab. Um eine Bespannungs-Funktion FM zu erhalten, die (i), (ii) und (iii) erfüllt, werden Grenzen für die Steigung der Segmente von Fu als zweite Nebenbedingung im Optimierungsproblem verwendet.
Secondary condition 2: To ensure a complete intersection, the intersection in the ui, u 2 space is considered and a piece-wise parametric representation F u is introduced. F u connects all points in ui, ii 2 -space that were found at the intersection, is piecewise linear and throughout
Figure imgf000018_0001
and u 2 - area defined (see Fig. 4a). Due to the dependence D u on ä, F u also depends on c7. In order to obtain a covering function F M which fulfills (i), (ii) and (iii), limits for the slope of the segments of F u are used as a second constraint in the optimization problem.
Das Optimierungsproblem kann somit formuliert werden: min a
Figure imgf000019_0001
wobei n die Anzahl der Segmente ist und /cmin und kmsK Grenzen für die Steigung sind, die beispielsweise als km\n = 0.1 und km3X = 10 definiert werden können.
The optimization problem can thus be formulated: min a
Figure imgf000019_0001
where n is the number of segments and / c min and k msK are limits for the slope, which can be defined, for example, as k m \ n = 0.1 and k m3X = 10.
Bei der Durchführung der Optimierung wird in einem ersten Schritt ein minimal zulässiger Winkel ämin gefunden. Anschließend wird das Minimierungsproblem zu einem Maximierungsproblem umformuliert und ein maximal zulässiger Winkel ämax gefunden. Für Winkel dazwischen bilden die gemeinsamen Punkte der Distanz- Abbildungen im ΐί-i, ii2-Raum eine stückweise lineare, bijektive Bespannungs-Funktion Fm. Die Winkel in diesem Bereich sind somit verwendbar, der Winkel äkann als ämin festgelegt werden, um ein kompaktes planares Gitter zu erhalten. When performing the optimization, a minimum permissible angle min is found in a first step. The minimization problem is then reformulated into a maximization problem and a maximum permissible angle max is found. For angles in between, the common points of the distance mappings in the ΐί-i, ii 2 -space form a piecewise linear, bijective tensioning function F m . The angles in this range can thus be used, the angle can be set as min in order to obtain a compact planar grating.
Die Bespannungs-Funktionen sollen neben den Bedingungen (i), (ii) und (iii) auch gewährleisten, dass das gesamte Freiformflächenstück P mit geodätischen Linien abgedeckt werden kann. In addition to the conditions (i), (ii) and (iii), the covering functions should also ensure that the entire free-form surface area P can be covered with geodetic lines.
Die gemessenen Distanzen, die in den Distanz-Abbildungen zusammengefasst werden, sind kürzeste Distanzen zwischen jeweils zwei Punkten auf gegenüberliegenden Randelementen. Für jedes dieser Paare von Punkten kann eine geodätische Linie gezeichnet werden, wie dargestellt in Fig. 5b. Die Pfade dieser geodätischen Linien sind die kürzesten Verbindungen zwischen diesen Punkten. Diese kürzesten geodätischen Linien können jedoch selbst für eine valide Bespannungs-Funktion nach Kriterien (i), (ii) und (iii) nicht eindeutige Lösungen für gewisse Paare von Punkten liefern. Figs. 8a - 8c verdeutlichen das Problem: Trotz valider Bespannungs-Funktion bleibt ein zentraler Bereich des Freiformflächenstücks unbespannt. Für ein Paar von Punkten auf den beiden Randelementen gibt es zwei kürzeste geodätische Verbindungen. The measured distances, which are summarized in the distance figures, are the shortest distances between two points on opposite edge elements. A geodetic line can be drawn for each of these pairs of points, as shown in FIG. 5b. The paths of these geodetic lines are the shortest connections between these points. However, even for a valid covering function according to criteria (i), (ii) and (iii), these shortest geodetic lines cannot provide unambiguous solutions for certain pairs of points. Figs. 8a - 8c illustrate the problem: Despite a valid covering function, a central area of the free-form surface piece remains uncovered. For a pair of points on the two boundary elements there are two shortest geodetic connections.
Für die Qualität der Approximation der Fläche durch das Gitter ist es daher notwendig, nicht eindeutige Lösungen für geodätische Linien zwischen den Rändern zu vermeiden. Da dieses Verhalten der geodätischen Linien von der Krümmung der Fläche beeinflusst wird, kann durch schrittweises Glätten der Fläche (Reduzieren der Krümmung) sichergestellt werden, dass nur eindeutige Lösungen für geodätische Linien Vorkommen. Während dem Glättungs-Prozess wird in jeder Iteration überprüft, ob der Bereich, der nicht bedeckt werden kann, bereits ausreichend verkleinert wurde. Ergibt sich bei der initialen Überprüfung kein Problem, kann das Freiformflächenstück so verwendet werden, wie es ist. Wenn das Freiformflächenstück geglättet werden muss, ergibt sich eine Veränderung der Form, wie in Figs. 9a - 9b erkennbar. For the quality of the approximation of the surface by the grid, it is therefore necessary to avoid ambiguous solutions for geodetic lines between the edges. Because this behavior of the geodetic lines is influenced by the curvature of the surface it can be ensured by gradually smoothing the surface (reducing the curvature) that only unique solutions for geodetic lines occur. During the smoothing process, a check is made in each iteration to determine whether the area that cannot be covered has already been reduced sufficiently. If there is no problem during the initial check, the free-form surface piece can be used as it is. If the freeform surface piece has to be smoothed, there is a change in shape, as shown in Figs. 9a - 9b can be seen.
Aus den durch die Bespannungs-Funktionen definierten geodätischen Linien werden im nächsten Schritt passende Gitterelemente gewählt. Mit der Gestalt des Freiformflächenstücks P geht beispielsweise eine gewisse Mindestanzahl und Positionierung von Gitterelementen einher. Außerdem soll das Gitter eine ebenmäßige Verteilung der Gitterelemente erlauben, um ästhetischen Ansprüchen gerecht zu werden. In the next step, suitable grid elements are selected from the geodetic lines defined by the covering functions. The shape of the free-form surface piece P is accompanied, for example, by a certain minimum number and positioning of grid elements. In addition, the grid should allow an even distribution of the grid elements in order to meet aesthetic requirements.
Die Festlegung der Gitterelemente ist daher in zwei Teile gegliedert. Im ersten Schritt wird das minimale Set an Gitterelementen definiert, im zweiten Schritt kann das Gitter verdichtet werden. Um das minimale Set an Gitterelementen zu finden, wird die Verschneidung der Distanz-Abbildungen erneut verwendet. The definition of the grid elements is therefore divided into two parts. In the first step the minimum set of grid elements is defined, in the second step the grid can be condensed. In order to find the minimum set of grid elements, the intersection of the distance maps is used again.
Es wird die Schnittkurve Cu betrachtet (vgl. Figs. 7a - 7d.) Trägt man die Bogenlänge s der Schnittkurve Cu und die Längen d der zugehörigen geodätischen Linien auf, wie in Figs. 10a - 10b dargestellt, kann man in Cu (s) längste und kürzeste geodätische Linien identifizieren. The intersection curve C u is considered (cf. FIGS. 7a-7d.) If the arc length s of the intersection curve C u and the lengths d of the associated geodetic lines are plotted, as shown in FIGS. 10a-10b, one can identify longest and shortest geodetic lines in C u (s).
Der Zusammenhang zwischen der Länge der geodätischen Linien und der Gestalt von P wird durch die Krümmung von P hergestellt. Bildlich gesprochen werden geodätische Linien mit steigender Krümmung einer Fläche länger. Diese Beobachtung inspiriert die Festlegung der Gitterelemente. Dabei werden die Gitterelemente zuerst an den Extremwerten von Cu (s) und anschließend an den Extremwerten der Krümmung von Cu (s) definiert. Der erste Durchgang sorgt dafür, dass die Hauptmerkmale, die die Gestalt von P ausmachen (z.B. große Erhebungen) im Gitter abgebildet werden, da diese Gitterelemente mit den mit lokal längsten und kürzesten geodätischen Linien übereinstimmen. Der zweite Schritt sorgt dafür, dass feinere Merkmale (z.B. kleinere Erhebungen) durch Verdichtung erfasst werden. In Fig. 10a sind die Gitterelemente in die Cu (s)- Funktion eingetragen. Das dritte Element ist ein Element des ersten Durchgangs, die restlichen Elemente wurden im zweiten Durchgang gefunden. Lässt man eines dieser Gitterelemente weg, kann die Form des Freiformflächenstücks (drei Erhebungen und zwei Einschnürungen) nicht im Gitter abgebildet werden. The relationship between the length of the geodetic lines and the shape of P is established by the curvature of P. Figuratively speaking, geodetic lines get longer as the curvature of a surface increases. This observation inspires the definition of the grid elements. The grid elements are first defined at the extreme values of C u (s) and then at the extreme values of the curvature of C u (s). The first pass ensures that the main features that make up the shape of P (eg large elevations) are mapped in the grid, since these grid elements correspond to the locally longest and shortest geodetic lines. The second step ensures that finer features (e.g. smaller elevations) are recorded through compression. In Fig. 10a the grid elements are entered in the C u (s) function. The third element is an element of the first run, the remaining elements were found in the second run. If one of these grid elements is omitted, the shape of the free-form surface piece (three elevations and two constrictions) cannot be reproduced in the grid.
Um das Gitter nach dem Auffinden der wichtigen Gitterelemente zu verdichten, werden in die Lücken systematisch zusätzliche Gitterelemente eingefügt, sodass alle Lücken etwa so groß wie die kleinste Lücke sind. Nach dem Einfügen werden die Gitterelemente so positioniert, dass die Summe der quadratischen Abstände zu vorhandenen Gitterelementen minimal ist. Dadurch kann eine optisch ansprechende, gleichmäßigere Verteilung der Gitterelemente erreicht werden, wie in Fig. 10b beispielhaft dargestellt ist. Gitterelemente können jedoch auch völlig frei eingefügt werden. Ist die Breite der physischen Gitterlamellen bereits im Vorfeld bekannt, kann diese in die Verdichtungsschritte Schritten miteinbezogen werden. Treten beispielsweise Überschneidungen auf, sollten die Gitterlamellen verschmälert werden. In order to condense the grid after the important grid elements have been found, additional grid elements are systematically inserted into the gaps so that all gaps are approximately as large as the smallest gap. After insertion, the grid elements are positioned in such a way that the sum of the square distances to the existing grid elements is minimal. In this way, a visually appealing, more uniform distribution of the grating elements can be achieved, as is shown by way of example in FIG. 10b. However, grid elements can also be inserted completely freely. If the width of the physical lattice louvres is known in advance, this can be included in the compression steps. If, for example, overlaps occur, the grille slats should be narrowed.
Eine direkte Aufspannung der planaren Gitterstruktur ist mit reinen Rotations- Verbindungen zwischen den Gitterelementen im Allgemeinen nicht möglich, da die Teillängen zwischen den Verbindungen nicht übereinstimmen und die Gitterelemente nicht gestaucht oder gestreckt werden dürfen. A direct stretching of the planar lattice structure is generally not possible with pure rotational connections between the lattice elements, since the partial lengths between the connections do not match and the lattice elements must not be compressed or stretched.
Das Problem kann gelöst werden, indem für jede Verbindung neben dem vorhandenen Freiheitsgrad in der Rotation zwei zusätzliche Freiheitsgrade in der Translation eingeführt werden. Das ermöglicht es den Gitterelementen während der Transformation aneinander abzugleiten und löst das geometrische Problem. In den physischen Gittern ist eine Verbindung von zwei Gitterlamellen durch zwei Langlöcher und eine Schraube oder einen Bolzen umsetzbar. The problem can be solved by introducing two additional degrees of freedom in translation for each connection in addition to the existing degree of freedom in rotation. This enables the grid elements to slide off one another during the transformation and solves the geometric problem. In the physical grids, a connection of two grille slats can be implemented using two elongated holes and a screw or bolt.
Um die Richtung und Länge der Langlöcher zu ermitteln, werden die Teillängen zwischen Verbindungen im planaren und im räumlichen Gitter verglichen. Vergleicht man ein Gitterelement gt (s) auf P und das entsprechende Gitterelement gi (s) auf P und misst die Bogenlänge vom Anfang des Gitterelements zu den Verbindungen mit anderen Gitterelementen, kann die notwendige Länge des Langlochs igi folgendermaßen ermittelt werden: lgi = S - S . In order to determine the direction and length of the elongated holes, the partial lengths between connections in the planar and the spatial grid are compared. Compares If you put a grid element gt (s) on P and the corresponding grid element gi (s) on P and measure the arc length from the beginning of the grid element to the connections with other grid elements, the necessary length of the elongated hole i gi can be determined as follows: lgi = S - S.
Das Vorzeichen dieser Gleichung ergibt die Richtung des Langlochs vom Loch-Zentrum aus. Dies ist in den Figs. 11 a - 11 b schematisch dargestellt. The sign of this equation gives the direction of the slot from the center of the hole. This is shown in Figs. 11 a - 11 b shown schematically.
Nachdem ein Gitter-Layout gefunden wurde und die Längen der Langlöcher festgelegt wurde, kann es hergestellt werden. Die physische Gitterstruktur besteht aus biegsamen Gitterlamellen. Das Aufspannen der Gitterstruktur setzt sich aus den folgenden zwei Prozessen zusammen: After a grid layout has been found and the lengths of the elongated holes have been determined, it can be made. The physical lattice structure consists of flexible lattice blades. The stretching of the lattice structure consists of the following two processes:
In einem ersten Schritt wird der Winkel der Randelemente geändert. Durch das Ändern dieses Winkels ä — a wird der kinematische Mechanismus des Gitters aktiviert und das Gitter verformt sich in den Raum. Dabei rotieren die Gitterelemente um die Verbindungen und die Verbindungen gleiten in Kreuzungsstellen entlang der Langlöcher. Die Form, die das Gitter annimmt, ist im Vorhinein nicht eindeutig bestimmt. Das Gitter kann sich nach oben oder nach unten verformen. Es handelt sich um ein Verzweigungsproblem in der Form des Gitters. Man kann dieses Verzweigungsproblem beseitigen, indem einzelne Punkte des Gitters zu Beginn der Verformung in die gewünschte Richtung gedrückt werden. In a first step, the angle of the edge elements is changed. By changing this angle ä - a, the kinematic mechanism of the grid is activated and the grid deforms into space. The lattice elements rotate around the connections and the connections slide in intersections along the elongated holes. The shape that the grid will take is not clearly determined in advance. The grid can deform upwards or downwards. It is a branching problem in the shape of the lattice. This branching problem can be eliminated by pushing individual points of the grid in the desired direction at the beginning of the deformation.
Im Allgemeinen reicht die Änderung von ä — a nicht aus, damit das Gitter das gewünschte Freiformflächenstück P gut approximiert. Deshalb wird in einem zweiten Schritt die Gitterstruktur gebogen. Da die Gitter flexibel sind, können sie in verschiedene Formen gebogen werden. Das Gitter kann so gebogen werden, dass es auf P zu liegen kommt. In general, the change from ä - a is not sufficient for the grid to approximate the desired freeform surface piece P well. Therefore, the lattice structure is bent in a second step. Since the grids are flexible, they can be bent into different shapes. The grid can be bent so that it comes to rest on P.
Für einen erfolgreichen Aufspannvorgang muss am Anfang sichergestellt werden, dass das Gitter die richtige Form annimmt, und nachdem ä — a muss es so gebogen werden, dass die Form der Gitterstruktur mit der Form von des Freiformflächenstücks übereinstimmt. Für eine gute Übereinstimmung der Form des Gitters mit der Form von P reicht es aus, einige Verbindungen am Rand zu fixieren. Diese Verbindungen werden in Abhängigkeit der Krümmung der Randelemente ausgewählt. Insbesondere können die Verbindungen fixiert werden, die am Nächsten zu den Extremwerten der Krümmung der Randelemente liegen. Die beste Übereinstimmung der Form des Gitters mit dem Freiformflächenstück P wird erzielt, wenn sämtliche Verbindungen am Rand fixiert werden. For a successful clamping process, it must be ensured at the beginning that the grid takes on the correct shape, and after ä - a it must be bent in such a way that the shape of the grid structure matches the shape of the freeform surface piece matches. For a good match of the shape of the lattice with the shape of P, it is enough to fix a few connections on the edge. These connections are selected depending on the curvature of the edge elements. In particular, the connections can be fixed which are closest to the extreme values of the curvature of the edge elements. The best correspondence between the shape of the grid and the free-form surface piece P is achieved when all connections are fixed at the edge.
Eine Verbindung von zwei Gitterelementen wird fixiert, indem sie eine fixe Position und Ausrichtung im Raum zugewiesen bekommt. Die Position ist der Punkt auf der Freiformfläche, an dem sich die entsprechenden Gitterelemente treffen, die Ausrichtung wird durch die Flächennormale in diesem Punkt festgelegt. Dies kann durch Auflager mit geneigten Gegengewinden zum Einschrauben der Verbindungsschrauben sichergestellt werden. A connection of two lattice elements is fixed by being assigned a fixed position and orientation in space. The position is the point on the free-form surface at which the corresponding grid elements meet; the alignment is determined by the surface normal at this point. This can be ensured by means of supports with inclined mating threads for screwing in the connecting screws.
Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele sondern umfasst sämtliche Vorrichtungen und Verfahren im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche. However, the invention is not restricted to the exemplary embodiments shown, but rather comprises all devices and methods within the scope of the following patent claims.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Gitterstruktur (1 ) zur Bildung einer dreidimensionalen Freiformstruktur, umfassend a. Randelemente (2, 2‘), die eine Fläche begrenzen, b. Gitterelemente (3, 3‘), die unter Bildung von Kreuzungsstellen (4) zwischen den Randelementen (2, 2‘) angeordnet sind, c. wobei die Randelemente (2, 2‘) und die Gitterelemente (3, 3‘) geradlinig, elastisch sowie zug- und druckfest sind, dadurch gekennzeichnet, dass 1. Lattice structure (1) for forming a three-dimensional free-form structure, comprising a. Edge elements (2, 2 ‘) that delimit an area, b. Lattice elements (3, 3 ‘) which are arranged between the edge elements (2, 2‘) to form intersection points (4), c. wherein the edge elements (2, 2 ‘) and the grid elements (3, 3‘) are straight, elastic and resistant to tension and compression, characterized in that
- die Gitterelemente (3, 3‘) derart an den Randelementen (2, 2‘) befestigt sind, dass die Gitterstruktur (1) o von einer planaren Stellung, in der sie ein planares Flächenstück bildet, o in eine aufgespannte Stellung, in der sie ein die Freiformstruktur approximierendes Freiformflächenstück bildet, bringbar ist, - The lattice elements (3, 3 ') are attached to the edge elements (2, 2') in such a way that the lattice structure (1) o from a planar position in which it forms a planar surface piece, o into an open position in which it forms a free-form surface piece approximating the free-form structure, can be brought,
- wobei die Randelemente (2, 2‘) in der planaren Stellung den Winkel ä und in der aufgespannten Stellung den Winkel a einschließen, wobei ä a, und- The edge elements (2, 2 ‘) in the planar position enclose the angle a and in the open position enclose the angle a, where a a, and
- die Gitterelemente (3, 3‘) in beiden Stellungen geodätischen Linien zwischen den Randelementen (2, 2‘) folgen. - The grid elements (3, 3 ‘) in both positions follow geodetic lines between the edge elements (2, 2‘).
2. Gitterstruktur (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der planaren Stellung die Randelemente (2, 2‘) sowie die Gitterelemente (3, 3‘) nicht parallel zueinander angeordnet sind. 2. Lattice structure (1) according to claim 1, characterized in that in the planar position the edge elements (2, 2 ‘) and the lattice elements (3, 3‘) are not arranged parallel to one another.
3. Gitterstruktur (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die3. Lattice structure (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the
Randelemente (2, 2‘) und die Gitterelemente (3, 3‘) als geradlinige Gitterlamellen aus Holz, Aluminium, Stahl oder glasfaserverstärktem Kunststoff gebildet sind. Edge elements (2, 2 ‘) and the grid elements (3, 3‘) are formed as straight lattice slats made of wood, aluminum, steel or glass fiber reinforced plastic.
4. Gitterstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der planaren Stellung durch je zwei Randelemente (2, 2‘) eine Viereckfläche aufgespannt wird, wobei zumindest zwei nicht parallel angeordnete Gitterelemente (3, 3‘) vorgesehen sind. 4. Lattice structure (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the planar position a square surface is spanned by two edge elements (2, 2 '), with at least two non-parallel lattice elements (3, 3') are provided.
5. Gitterstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterelemente (3, 3‘) an den Kreuzungsstellen (4) Langlöcher mit insbesondere unterschiedlichen Längen aufweisen, wobei je zwei kreuzende Gitterelemente (3, 3‘) an den Kreuzungsstellen (4) durch Verbindungsmittel, beispielsweise Schrauben oder Bolzen drehbar und gegeneinander verschiebbar verbunden sind. 5. Lattice structure (1) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the lattice elements (3, 3 ') at the intersection points (4) have elongated holes with in particular different lengths, with two intersecting lattice elements (3, 3') are connected at the crossing points (4) by connecting means, for example screws or bolts, rotatably and displaceably relative to one another.
6. Verfahren zum Aufspannen einer Gitterstruktur (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 von einer planaren Stellung in eine aufgespannte Stellung, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a. Verdrehung der Randelemente (2, 2‘) zueinander derart, dass sich der aufgespannte Winkel der Randelemente (2, 2‘) von ä in der planaren Stellung auf a in der aufgespannten Stellung erhöht oder erniedrigt, b. Verbiegung der Gitterstruktur (1 ) zur Approximation der zu approximierenden Freiformfläche, c. Fixierung der Endpunkte ausgewählter Gitterelemente (3, 3‘), insbesondere jener Endpunkte, die am Nächsten zu den Extremwerten der Krümmung des zugehörigen Randelements (2, 2‘) in der zu approximierenden Freiformfläche liegen, vorzugsweise sämtlicher Endpunkte der Gitterelemente (3, 3‘), an externen Auflagern. 6. The method for stretching a lattice structure (1) according to one of claims 1 to 5 from a planar position to a stretched position, characterized in that the method comprises the following steps: a. Rotation of the edge elements (2, 2 ') relative to one another in such a way that the spanned angle of the edge elements (2, 2') increases or decreases from - in the planar position to a in the open position, b. Bending of the lattice structure (1) to approximate the free-form surface to be approximated, c. Fixing of the end points of selected grid elements (3, 3 '), in particular those end points which are closest to the extreme values of the curvature of the associated edge element (2, 2') in the free-form surface to be approximated, preferably all of the end points of the grid elements (3, 3 ') ), on external supports.
7. Computerimplementiertes Verfahren zur Bestimmung eines Gittermodells, welches eine Gitterstruktur (1) mit Randelementen (2, 2‘) und Gitterelementen (3, 3‘) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 abbildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a. Entgegennahme eines planaren Flächenstücks P und eines zu approximierenden Freiformflächenstückes P, b. Diskretisierung der Flächenstücke in Koordinaten u, v; c. Berechnung von Distanz-Feldern für das planare Flächenstück P und für das Freiformflächenstück P, wobei die Distanz-Felder jeweils die Koordinaten von Punktpaaren u-i, u2 und v-i, v2 auf einander gegenüberliegenden Randelementen (2, 2‘) in Abhängigkeit des eingeschlossenen Winkels ä und a in Beziehung setzen, d. Kombination der Distanz-Felder zu Distanz-Abbildungen Du (u-i, u2, ä), Dv(vi, v2, ä) für das planare Flächenstück P und Du(ui, u2), Dv(vi, v2) für das Freiformflächenstück P, wobei die Distanz-Abbildungen jeweils die geodätischen Distanzen sämtlicher möglicher Punktpaarkombinationen auf einander gegenüberliegenden Randelementen (2, 2‘) darstellen, e. Verschneidung der Distanz-Abbildungen Du (u-i, u2, ä) und Du(ui, u2) sowie Dv(vi, v2, ä) und Dv(vi, v2) zur Bildung von Bespannungsfunktionen Fu (ui, ä) und Fv (vi, ä) , wobei Bespannungsfunktionen jene Punktpaarkoordinaten u-i, u2 und v-i, v2 kennzeichnen, i. die für das planare Flächenstück P und für das Freiformflächenstück P identisch sind, und ii. deren Distanzen planare Flächenstück P und für das Freiformflächenstück P identisch sind, f. Auswahl von Gitterelementen (3, 3‘), deren Endpunktkoordinaten Teil der Bespannungsfunktion Fu (ui, ä) und Fv(vi, ö) sind. 7. Computer-implemented method for determining a lattice model which depicts a lattice structure (1) with edge elements (2, 2 ') and lattice elements (3, 3') according to one of claims 1 to 5, characterized in that the method comprises the following steps : a. Receipt of a planar surface piece P and a free-form surface piece P to be approximated, b. Discretization of the patches in coordinates u, v; c. Calculation of distance fields for the planar surface piece P and for the freeform surface piece P, the distance fields each being the coordinates of point pairs ui, u 2 and vi, v 2 on opposite edge elements (2, 2 ') depending on the included angle relate ä and a, d. Combination of the distance fields into distance maps D u (ui, u 2 , ä), D v (vi, v 2 , ä) for the planar patch P and D u (ui, u 2 ), D v (vi, v 2 ) for the free-form surface piece P, the distance images each representing the geodetic distances of all possible point pair combinations on mutually opposite edge elements (2, 2 '), e. Intersection of the distance mappings D u (ui, u 2 , ä) and D u (ui, u 2 ) as well as D v (vi, v 2 , ä) and D v (vi, v 2 ) to form clothing functions F u (ui, ä) and F v (vi, ä), with covering functions denoting those point pair coordinates ui, u 2 and vi, v 2 , i. which are identical for the planar patch P and for the freeform patch P, and ii. the distances of which are identical for planar surface piece P and for the free-form surface piece P, f. selection of grid elements (3, 3 ') whose end point coordinates are part of the covering function F u (ui, ä) and F v (vi, ö).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Bespannungsfunktionen in Schritt e.) ein Optimierungsproblem in ä gelöst wird, wobei der Wert von ä minimiert wird und wobei die Randbedingungen beachtet werden, dass a. für jeden Wert von ui genau ein Wert von U2 existiert, und b. für jeden Wert von vi genau ein Wert von v2 existiert. 8. The method according to claim 7, characterized in that, in order to form the covering functions in step e.), An optimization problem in is solved, the value of being minimized and the boundary conditions being observed that a. for each value of ui there is exactly one value of U2, and b. for each value of vi there is exactly one value of v 2 .
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Randbedingung des Optimierungsproblems die Bedingung eingeführt wird, dass eine Diagonale des planaren Flächenstücks P kürzer ist als die entsprechende Diagonale des Freiformflächenstücks P und umgekehrt. 9. The method according to claim 8, characterized in that the condition that a diagonal of the planar surface piece P is shorter than the corresponding diagonal of the freeform surface piece P and vice versa is introduced as a further boundary condition of the optimization problem.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Randbedingung des Optimierungsproblems eine minimale Steigung kmin und eine maximale Steigung kmax der Segmente der Bespannungsfunktionen Fu (u-i, ä) und Fv(vi, ö) vorgegeben werden. 10. The method according to claim 8 or 9, characterized in that a minimum slope k min and a maximum slope k max of the segments of the clothing functions F u (ui, ä) and F v (vi, ö) are specified as a further boundary condition of the optimization problem .
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Diskretisierung in Schritt b) durch Triangulation erfolgt, wobei die Auflösung vorzugsweise zumindest 50 x 50 Punkte beträgt. 11. The method according to any one of claims 7 to 10, characterized in that the discretization in step b) takes place by triangulation, the resolution preferably being at least 50 x 50 points.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass nach Auswahl der Gitterelemente (3, 3‘) durch Vergleichen der Bogenlängen s und s der Gitterelemente (3, 3‘) an Kreuzungsstellen (4) im planaren Flächenstück P und im Freiformflächenstück P die erforderliche Länge von Langlöchern der kreuzenden Gitterelemente (3, 3‘) an diesen Kreuzungsstellen (4) berechnet wird. 12. The method according to any one of claims 7 to 11, characterized in that after the selection of the grid elements (3, 3 ') by comparing the arc lengths s and s of the grid elements (3, 3') at intersections (4) in the planar area P and in the free-form surface piece P the required length of elongated holes of the intersecting grid elements (3, 3 ') at these intersection points (4) is calculated.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) die maximale Krümmung des Freiformflächenstückes P festgestellt wird und das Freiformflächenstück P geglättet wird, wenn die Krümmung einen vorgegebenen Maximalwert übersteigt. 13. The method according to any one of claims 7 to 12, characterized in that in step b) the maximum curvature of the freeform surface piece P is determined and the freeform surface piece P is smoothed when the curvature exceeds a predetermined maximum value.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt f) zur Auswahl der Gitterelemente (3, 3‘) a. ein minimales Set an Gitterelementen definiert wird, indem in den Schnittkurven Cu(s) bzw. Cv(s) der Distanz-Abbildungen jene Gitterelemente (3, 3‘) gewählt werden, die an den Extremwerten von Cu(s) bzw. Cv(s) und an den Extremwerten der Krümmung von Cu(s) bzw. Cv(s) liegen, und b. die verbleibenden Lücken durch Einfügen zusätzlicher Gitterelemente (3, 3‘) verdichtet wird, wobei die zusätzlichen Gitterelemente so positioniert werden, dass die Summe der quadratischen Abstände zu vorhandenen Gitterelementen minimal ist. 14. The method according to any one of claims 7 to 13, characterized in that in step f) to select the grid elements (3, 3 ') a. a minimal set of grid elements is defined by choosing those grid elements (3, 3 ') in the intersection curves C u (s) or C v (s) of the distance maps that are at the extreme values of C u (s) or . C v (s) and lie at the extreme values of the curvature of C u (s) and C v (s), and b. the remaining gaps are compacted by inserting additional grid elements (3, 3 '), the additional grid elements being positioned in such a way that the sum of the square distances to the existing grid elements is minimal.
15. Computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14 auszuführen. 15. A computer-readable storage medium, comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out a method according to any one of claims 7 to 14.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116657809A (en) * 2023-07-25 2023-08-29 北京城建集团有限责任公司 Multi-curvature cross roof structure

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100233421A1 (en) * 2007-04-30 2010-09-16 Tufts University Doubly-Curved Mesh
FR3071528A1 (en) * 2017-09-22 2019-03-29 Quaternion Design SHELTER COMPRISING A PLURALITY OF MODULES ADAPTED TO BE SOLIDARIZED TOGETHER TO FORM A MESH STRUCTURE OF THE "GRIDSHELL" TYPE

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000012832A2 (en) * 1998-08-26 2000-03-09 Molecular Geodesics, Inc. Radially expandable device
FR3080390B1 (en) * 2018-04-20 2020-11-13 Ecole Nat Des Ponts Et Chaussees ELASTIC STRUCTURE AND CORRESPONDING IMPLEMENTATION METHOD

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100233421A1 (en) * 2007-04-30 2010-09-16 Tufts University Doubly-Curved Mesh
FR3071528A1 (en) * 2017-09-22 2019-03-29 Quaternion Design SHELTER COMPRISING A PLURALITY OF MODULES ADAPTED TO BE SOLIDARIZED TOGETHER TO FORM A MESH STRUCTURE OF THE "GRIDSHELL" TYPE

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BOUHAYA LINA ET AL: "Optimization of gridshell bar orientation using a simplified genetic approach", vol. 50, no. 5, 1 November 2014 (2014-11-01), pages 839 - 848, XP002803554, ISSN: 1615-147X, Retrieved from the Internet <URL:https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s00158-014-1088-9.pdf> DOI: 10.1007/S00158-014-1088-9 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116657809A (en) * 2023-07-25 2023-08-29 北京城建集团有限责任公司 Multi-curvature cross roof structure
CN116657809B (en) * 2023-07-25 2023-11-28 北京城建集团有限责任公司 Multi-curvature cross roof structure

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