VJEŽBA V1 · MODUL 1 · MODELIRANJE DIGITALNIH OBJEKATA ZA VIRTUALNU STVARNOST

Vježba V1 · 2 sata

CAD model za VR: mjerilo, ishodište i izvoz

Sklop mobilnog robota MR-1 iz CAD sustava priprema se za virtualnu stvarnost: provjeravaju se mjerilo 1 : 1, jedinice i osi, postavljaju ishodišta i izvozi se mreža trokuta. Na kraju vježbe robot u programu za slobodno modeliranje stoji na stolu visine 750 mm u stvarnoj veličini.

Moći ću:

provjeriti mjerilo, jedinice i orijentaciju osi CAD modela prije izvoza
odrediti ishodište sklopa i pokretnih dijelova prema načinu uporabe u sceni
odabrati gustoću teselacije prema dopuštenom odstupanju tetive
izvesti sklop u format za prikaz u stvarnom vremenu i provjeriti ga u programu za slobodno modeliranje
izračunati broj segmenata kružnice, faktor mjerila i udio smanjenja broja trokuta

O vježbi

Vježba V1Trajanje: 2 sataModul 1

Prije vježbe proći gradivo: 1.1 Uvod u 3D modeliranje za virtualnu stvarnost, 1.2 Parametarsko modeliranje i izvoz CAD modela.

Pitanja i zadaci na ovoj stranici su bez odgovora. Rješenje s postupkom otvara se gumbom Prikaži rješenje ispod svakog pitanja, a upute za nastavnika nalaze se na dnu stranice.

Zadatak

U virtualnom laboratoriju VR-1 korisnik na radnom stolu (1600 × 800 mm, visina 750 mm) rukama sklapa mobilni robot MR-1. Konstrukcija robota postoji kao CAD sklop od 12 dijelova, ukupnih mjera 220 × 180 × 110 mm, u milimetrima. Datoteka STEP ima 38 MB, a fina teselacija daje 312 000 trokuta; cilj za najbližu razinu detalja je 28 000.

Vaš je zadatak pripremiti sklop tako da (1) u sceni ima točno 220 × 180 × 110 mm, (2) os „gore“ odgovara konvenciji odredišta, (3) ishodište robota leži na ravnini dodira kotača i oslonca, između dodirnih točaka pogonskih kotača, a ishodište svakog kotača u njegovoj osi vrtnje, (4) je svaki od 12 dijelova zaseban objekt, jer se svaki hvata posebno. Rezultat je izvezena datoteka i zapisnik s brojem trokuta po dijelu; optimizacija slijedi u V02.

Oprema i pribor

računalo s CAD sustavom (npr. SolidWorks) i sklopom MR-1 ili pojednostavljenim sklopom istih vanjskih mjera
program za slobodno modeliranje (npr. Blender) s uvozom formata koje izvozi vaš CAD sustav
predložak scene s kvadrom stola 1,6 × 0,8 m na visini 0,75 m
zapisnik vježbe (tablica: dio, broj trokuta, ishodište, napomena)

Pravila koja se primjenjuju

Mjerilo 1 : 1. U VR-u tijelo korisnika je mjerna letva. Mjerilo se ispravlja u izvozu ili primjenom na mrežu, ne povećavanjem objekta u sceni.

Jedinice i osi. Format glTF propisuje metar, desni koordinatni sustav i os +Y prema gore. Razvojna okruženja imaju vlastite konvencije (npr. Unreal Engine centimetre i os Z gore, Unity metre i os Y gore), a CAD sklop „gleda“ gore prema ravnini u kojoj je započet. Pri svakom prijelazu provjerite osi na poznatoj mjeri.

Ishodište prema namjeni (dobra praksa): robot na ravnini dodira, između dodirnih točaka pogonskih kotača, da se postavi na stol jednim brojem i u vožnji okreće oko osi vožnje; kotač u osi vrtnje; dio koji se hvata u točki za koju ga ruka drži.

Pažnja

Najčešća pogreška: izvoz u milimetrima, a uvoz koji broj tumači kao metre. Robot tada ima 220 m i „nestane“ jer je kamera u njemu. Obrnuta pogreška daje predmet od 0,22 mm. Ne popravljajte to faktorom na objektu: fizika i kolizije tada računaju s pogrešnim mjerilom.

Crtež

Slika V1.1 — Lijevo: MR-1 na stolu, ishodište robota na ravnini dodira ispod osi pogonskih kotača, ishodište kotača u osi vrtnje. Desno: teselacija kružnice tetivama; s je najveće odstupanje mreže od stvarne plohe.

Postupak

Otvorite sklop u CAD sustavu, provjerite jedinice dokumenta (mm) i izmjerite granični kvadar: mora biti 220 × 180 × 110 mm.
Odredite prednju stranu (senzor udaljenosti) i dno. Ako sklop nije postavljen kako treba, dodajte pomoćni koordinatni sustav na ravnini dodira, između dodirnih točaka pogonskih kotača, i vežite izvoz uz njega. Većina CAD sustava to nudi u opcijama izvoza; naziv opcije ovisi o inačici.
Isključite iz izvoza spojne elemente i skrivene detalje koji nisu među 12 dijelova.
Postavite teselaciju preko dopuštenog odstupanja tetive i kuta. Za kotač izračunajte broj segmenata (pitanje 3), izvezite, a broj trokuta svakog dijela upišite u zapisnik.
Izvezite dijelove kao zasebne objekte s očuvanim imenima, u format koji vaša inačica podržava za mreže (npr. glTF, FBX, OBJ ili STL po dijelu).
U programu za slobodno modeliranje postavite jedinicu scene na metar, uvezite model i izmjerite duljinu. Ako nije 0,22 m, ispravite mjerilo na izvozu ili ga primijenite na mrežu, tako da faktor objekta bude 1.
Postavite ishodišta: prazni roditeljski objekt robota na ravnini dodira između pogonskih kotača, kotači u osi vrtnje, poklopac i baterija u točki hvata. Dijelove vežite u hijerarhiju pod roditelja.
Postavite robot na stol (visina 0,75 m), pogledajte ga iz visine očiju oko 1,65 m i izvezite glTF. Zapišite veličinu datoteke i ukupan broj trokuta.

Pitanja i zadaci

1. Zašto se pogreška mjerila od 10 % u VR-u primijeti odmah, a na monitoru često ne?

Prikaži rješenje

U VR-u korisnik predmet uspoređuje s vlastitim tijelom: šakom, visinom očiju, dohvatom ruke i stereo dubinom. Na monitoru te reference nema.

2. Računski. Sklop je izvezen u milimetrima. Kolika je duljina robota ako uvoz broj tumači kao metre, a kolika ako ga tumači kao centimetre? Koji faktor treba primijeniti u svakom slučaju?

Prikaži rješenje

Broj u datoteci je 220. Kao metri: 220 m, faktor 0,001. Kao centimetri: 220 cm = 2,2 m, faktor 0,1. Ispravno je 0,22 m. Faktor se primjenjuje u izvozu ili na mrežu, ne ostaje na objektu.

3. Računski. Kotač ima promjer 65 mm. Koliko najmanje segmenata treba kružnica da odstupanje tetive ne prijeđe 0,2 mm? Koliko je odstupanje pri 16 i pri 32 segmenta?

Prikaži rješenje

Odstupanje tetive: s = r · (1 − cos(π / n)), uz r = 32,5 mm. Iz uvjeta s ≤ 0,2 mm slijedi n ≥ π / arccos(1 − s / r) = π / arccos(0,99385) = 28,3, dakle najmanje 29 segmenata. Pri 16 segmenata s = 0,62 mm (obris je vidljivo uglat), pri 32 segmenta s = 0,16 mm. Dobra je praksa uzeti 32, jer je broj djeljiv s 8 i obris ostaje simetričan.

4. Računski. Fina teselacija daje 312 000 trokuta, a cilj je 28 000. Koliki je udio ciljne mreže u izvornoj i koliko trokuta u prosjeku ostaje po dijelu?

Prikaži rješenje

28 000 / 312 000 = 0,090, dakle ostaje 9,0 % trokuta, a smanjenje je 91 %. Prosječno po dijelu: izvorno 312 000 / 12 = 26 000, ciljno 28 000 / 12 ≈ 2 333. Raspodjela ne treba biti jednolika: vidljivi obli dijelovi (kotači, poklopac, kućište senzora) dobivaju više trokuta, a pločica i dijelovi skriveni pod poklopcem manje.

5. Gdje postavljate ishodište robota, kotača i poklopca? Obrazložite za svaki dio.

Prikaži rješenje

Robot: na ravnini dodira, između dodirnih točaka pogonskih kotača, jer se tada postavlja na stol visinom 0,75 m, a pri vožnji s diferencijalnim pogonom okreće se oko okomite osi upravo kroz tu točku. Kotač: u osi vrtnje, da se vrti oko vlastite osi, a ne oko ruba. Poklopac: u točki za koju ga ruka drži, da pri hvatanju ne „skoči“ u šaku pomaknut.

6. Računski. Robot stoji u sredini stola, 0,4 m od prednjeg ruba. Korisnik s očima na 1,65 m stoji 0,3 m od ruba. Kolika je udaljenost od očiju do vrha robota?

Prikaži rješenje

Vrh robota je na 0,75 + 0,11 = 0,86 m. Vodoravno: 0,3 + 0,4 = 0,7 m, okomito 1,65 − 0,86 = 0,79 m. Udaljenost: √(0,7² + 0,79²) ≈ 1,06 m. To je unutar 1,5 m, dakle korisnik gleda najbližu razinu detalja, pa se na njoj ne smije štedjeti.

7. Zašto se 12 dijelova izvozi kao zasebni objekti, a ne kao jedno tijelo? Koja je cijena toga?

Prikaži rješenje

Svaki dio se hvata, pomiče i sklapa zasebno, a šest dijelova nosi točke interesa. Cijena su pozivi za crtanje: 12 objekata s po jednim materijalom znači oko 12 poziva po robotu. Nepokretni ukrasni primjerci robota zato se kasnije spajaju u jedan objekt (vježba V02).

8. Zašto STEP ne ide izravno u razvojno okruženje i što glTF donosi u odnosu na STL?

Prikaži rješenje

STEP opisuje točne plohe (granični prikaz, B-rep), a stvarno vrijeme iscrtava samo trokute, pa teselacija mora biti napravljena. STL nosi samo trokute, bez jedinica, imena, hijerarhije i materijala. glTF propisuje metar i os Y gore te nosi hijerarhiju, imena, normale, UV mape i PBR materijale.

Za nastavnika

Otvori upute za nastavnika

Priprema

Provjerite na svakom računalu izvoz iz CAD sustava i uvoz u program za slobodno modeliranje. Ako cijeli sklop MR-1 nije dostupan, pripremite pojednostavljeni sklop od 12 tijela istih vanjskih mjera, s valjkastim kotačima Ø65 mm.

Tijek sata

10 min: mjerilo, jedinice i osi, pokazna pogreška 220 m.
20 min: koraci 1–3 u CAD sustavu.
15 min: teselacija i izvoz (koraci 4–5).
25 min: uvoz, mjerilo, ishodišta, hijerarhija (koraci 6–7).
10 min: postavljanje na stol, izvoz, zapisnik.
10 min: pitanja i zajednička provjera.

Očekivani rezultati

Datoteka s 12 imenovanih objekata pod roditeljem, duljina 0,22 m, faktor mjerila 1, ishodišta prema slici V1.1 i zapisnik s brojem trokuta po dijelu.

Česte pogreške

mjerilo „popravljeno“ faktorom 0,001 na objektu
ishodište ostalo u ishodištu CAD sklopa, izvan robota
kotač teseliran s 12 do 16 segmenata
svi dijelovi spojeni u jedno tijelo

Vrednovanje

Kriterij	Bodovi
mjerilo 1 : 1 i os gore ispravni	4
ishodišta robota, kotača i dijelova za hvatanje	4
teselacija obrazložena proračunom	3
12 zasebnih objekata, imena, hijerarhija	3
zapisnik i odgovori na pitanja	6
Ukupno	20