Приложение для пространственного конструирования легко создает сложные стыки

Исследователи создали новое приложение для трехмерного конструирования, которое значительно упрощает процесс соединения деревянных элементов, а также предоставляет оператору фрезерного станка инструкции по эффективному производству сконструированных компонентов. Такие соединения не требуют гвоздей или клея, а это означает, что изделия, изготовленные с помощью этой системы, можно легко собрать, разобрать, повторно использовать, отремонтировать или переработать. Исследователи из Департамента креативной информатики Токийского университета создали приложение, позволяющее быстро, легко и эффективно создавать конструкционные деревянные элементы. Они называют это Tsugite. Цугитэ, это японское слово для обозначения столярных изделий, и с помощью простого трехмерного интерфейса пользователи, не имеющие или почти не имеющие опыта работы с деревом или опыта трехмерного конструирования, могут создавать проекты функциональных деревянных конструкций за считанные минуты.

Затем это может быть использовано как инструкция для фрезерного станка по вырезанию структурных компонентов, которые пользователи могут затем собрать вместе без необходимости применения дополнительных инструментов или клея, следуя инструкциям на экране. Нашим намерением было сделать столярное искусство доступным для людей без определенного опыта.

Когда мы тестировали интерфейс в ходе пользовательского исследования, люди, плохо знакомые с пространственным моделированием, не только проектировали некоторые сложные конструкции, но и получали от этого удовольствие, говорит исследователь Мария Ларссон.

Tsugite просто в использовании. Оно ведет пользователя по процессу шаг за шагом, начиная с галереи существующих дизайнов, которые затем могут быть изменены для различных целей.

Но более продвинутые пользователи могут сразу перейти в режим ручного редактирования, чтобы получить больше свободы творчества. Tsugite дает пользователям подробный обзор деревянных соединений, представленных так называемыми вокселями, по сути, трехмерными пикселями, в данном случае маленькими кубиками.

Эти воксели можно перемещать на одном конце соединяемого компонента. Это автоматически настраивает воксели на конце соответствующего компонента так, чтобы они гарантированно плотно прилегали друг к другу без использования гвоздей или даже клея.

Два или более компонентов могут быть объединены, и алгоритм программного обеспечения все соответствующим образом настроит. Различные цвета информируют пользователя о свойствах стыков, например, о том, насколько легко будут соединяться части того или иного стыка. Или о таких проблемах, как потенциальные слабые места.

Что делает приложение Tsugite уникальным, так это то, что оно учитывает процесс изготовления непосредственно в процессе конструирования. Это означает, что на фрезерные станки, имеющие такие физические ограничения, как степени свободы или размер инструмента, поступают задания на создание только тех конструкций, которые на этих станках можно создать.

Что беспокоит пользователей трехмерных принтеров, которые имеют общую родословную с фрезерными станками, так это то, что программное обеспечение для этих принтеров не всегда гарантирует правильной работы агрегата. Что может привести к неудачной печати.

В области компьютерной графики проводится большое исследование того, как моделировать самые разные геометрические формы соединений. Но в этом подходе часто не учитываются практические аспекты производства и свойств материала, говорит Мария Ларссон.

И наоборот, исследования в области структурной инженерии и архитектуры могут быть очень тщательными в этом отношении, но они могут касаться только нескольких видов соединений. Мы увидели потенциал объединения сильных сторон этих подходов в создании Tsugite. Оно может исследовать самые разные стыки, но при этом сохраняет их в реальных физических пределах.

Еще одно преимущество включения производственных ограничений в процесс конструирования заключается в том, что базовым алгоритмам Tsugite легче ориентироваться во всех различных возможностях, которые они могут предоставить пользователям, поскольку те, которые физически невозможны, просто не предоставляются в качестве вариантов.

Исследователи надеются, что благодаря дальнейшим улучшениям и усовершенствованиям приложение Tsugite можно будет расширить для проектирования не только мебели и небольших конструкций, но и целых деревянных зданий.