NIIT4CAD: New Interactive and Innovative Technologies for CAD

Summary The aim of this project is to combine a powerful geometric engine, integrating new subdivision surface representation, with an interactive technology which provides an easy and intuitive ways for shape acquisition and interaction improving the performance and flexibility of CAD systems. List of participants Participant Number Participant name Participant short name Country 1 (Main Participant) SAFE Bologna ITALY 2 University of Bologna, Research Centre of Applied Mathematics (CIRAM) UNIBO ITALY 3 University of Valenciennes UNIVAL FRANCE 4 EXEL EXEL FRANCE 5 ALESSI s.p.a. ALESSI ITALY 6 Golliat et Didier GOLLIAT FRANC

Interactive Technologies for Innovative Subdivision-supported Computer Aided Design Systems

SOMMARIO Il progetto si propone l\u2019introduzione di nuove tecnologie nell\u2019ambito dei sistemi per la Progettazione Assistita da Calcolatore (Computer Aided Design \u2013 CAD), utilizzati in svariati ambiti quali, ad esempio, il settore di produzione industriale, ingegneria civile/edile, meccanica, ambientale, commerciale e bioingegneria. Un sistema CAD \ue8 il risultato di competenze matematiche, ingegneristiche e informatiche che permette di progettare, mediante la rappresentazione tridimensionale (3D) di solidi e superfici, una qualsivoglia forma. Nel panorama attuale dei sistemi CAD commerciali si riscontrano funzionalit\ue0 anche molto sofisticate che per\uf2 spesso peccano in termini di semplicit\ue0 di uso o mancanza di integrazione con la realt\ue0 dei prodotti fisici. Attualmente l\u2019interazione con questo tipo di sistemi e\u2019 realizzata mediante le tradizionali interfacce di interazione tipiche dei desktop PC, ovvero mouse e tastiera. Questi strumenti risultano limitati soprattutto nel momento in cui si ha a che fare con oggetti 3D. Con il presente progetto, i ricercatori delle aree matematiche, ingegneristiche e informatiche si ripropongono di unire le loro competenze per individuare alcuni limiti degli attuali sistemi CAD e introdurre nuove tecnologie volte a realizzare una nuova tipologia di sistemi CAD potenziati da: 1. [Geometric Engine] introduzione di nuove primitive di modellazione, in un ambito di multiresolution modeling, in particolare nuovi schemi di curve e superfici di suddivisione; 2. [Shape Reconstruction] sviluppo di nuovi algoritmi di ricostruzione e smoothing di oggetti acquisiti da scanner 3D, ovvero a partire da nuvole di punti; 3. [Fast Reverse Engineering] introduzione di metodologie di Reverse Engineering rapido (Fast Reverse Engineering - FRE) in ambito CAD con lo scopo di acquisire in tempo reale forme geometriche complesse per la modellazione e successive modifiche. 4. [Interactive Technologies] progettazione di dispositivi wireless di input interattivi per l\u2019editing e manipolazione di primitive geometriche; progettazione di interfacce utente che permettano una facile interazione tra i dispositivi input e il motore geometrico del sistema CAD per supportare le nuove primitive citate in 1. La proposta prevede una breve fase iniziale della durata di tre mesi, che sar\ue0 dedicata ad un completamento della ricerca sullo stato dell\u2019arte dei sistemi CAD esistenti, e sar\ue0 portata avanti in collaborazione con partner scientifici e industriali esterni quali THINK3, ENEA e CINECA. Questa fase sar\ue0 rivolta ad approfondire i gi\ue0 delineati limiti della modellazione geometrica con attuali sistemi CAD quali: \u2022 la difficolt\ue0 di modellazione di oggetti a topologia arbitraria \u2022 la difficolt\ue0 nella gestione di dati provenienti da acquisizione con scanner 3D \u2022 difficolt\ue0 di interazione (dati e comandi) con modelli tridimensionali mediante dispositivi di input bidimensionali. Nella seconda fase, della durata di 21 mesi, la ricerca si suddivider\ue0 in quattro sezioni (Work Package - WP -) che porteranno parallelamente avanti gli obiettivi 1-4 sopra delineati, in collaborazione con i partner esterni che saranno in questa fase coinvolti per indirizzare la ricerca ai fini di una reale integrazione dei risultati ottenuti in ambito aziendale. Ogni WP sar\ue0 coordinato da un ricercatore esperto nel settore, scelto tra i partecipanti strutturati al progetto. I partecipanti non strutturati al progetto sono associati ad un WP di competenza primaria e interagiscono con altri WP in modo coordinato dai leader dei WP. Un quinto WP, il cui leader \ue8 il coordinatore del progetto, \ue8 dedicato all\u2019attivit\ue0 trasversale di coordinamento del progetto e di disseminazione dei risultati. In particolare, per il WP 1 (Geometric Engine) si propone di integrare la modellazione NURBS (Non Uniform Rational B-Splines) che \ue8 di fatto lo standard industriale per la rappresentazione di curve e superfici, con nuove proposte di schemi di curve e superfic..

Geometric Surface Evolution with Tangential Contribution

AbstractSurface processing tools based on Partial Differential Equations (PDEs) are useful in a variety of applications in computer graphics, digital animation, computer aided modelling, and computer vision. In this work, we deal with computational issues arising from the discretization of geometric PDE models for the evolution of surfaces, considering both normal and tangential velocities. The evolution of the surface is formulated in a Lagrangian framework. We propose several strategies for tangential velocities, yielding uniform redistribution of mesh points along the evolving family of surfaces, preventing computational instabilities and increasing the mesh regularity. Numerical schemes based on finite co-volume approximation in space will be considered. Finally, we describe how this framework may be employed in applications such as mesh regularization, morphing, and features preserving surface smoothing

Workshop on Innovative Technologies for Computer Aided Design Systems, May 21, CIRAM-Dept.of Mathematics, University of Bologna, ITALY

This workshop aims to bring together mathematicians and engineers from University and Industry who share the common research objective of integrating innovative technologies in CAD systems. The workshop provides an opportunity to present research results obtained in \u201cProgetto Strategico EF2007-2009\u201d, to exchange ideas, and discuss new research directions

COMSOL Multiphysics

Workshop Comsol Multiphysics 7 maggio 2007 Luogo: Forli', Facolt\ue0 di Ingegneria II, via Fontanelle 40- aula LAB.INF. Workshop Comsol Multiphysics presentato dalla Prof.ssa Serena Morigi La Prof.ssa Serena Morigi, docente di Analisi Numerica presso la II Facolt\ue0 di Ingegneria, presenter\ue0 il 7 maggio 2007 a Forli' (AULA LAB. INFORMATICA, sede di via Fontanelle) un workshop sullo sviluppo di modellazione di sistemi tramite Comsol Multiphysics. Dopo una breve dimostrazione dal vivo presentata dal Dott. Daniel Ericsson, ci sar\ue0 l'opportunit\ue0 di provare direttamente il software Comsol nelle esercitazioni pratiche al calcolatore. Le applicazioni considerate comprendono elettro-magnetismo AC/DC e RF - ottica, fotonica, microonde - MEMS, termofluidodinamica, meccanica strutturale, ingegneria chimica, scienze della terra, modellazione tramite PDE e molto altro. La partecipazione al workshop \ue8 libera, previa registrazione

Reconstructing surfaces from sketched 3D irregular curve networks

This paper presents a system for designing free-form surfaces starting from a sketched 3D irregular curve network. By simply dragging a smart-pen device in space, the user draws and refines arbitrary 3D style-curves that define an outline of the desired shape. Unlike previous touch-based sketching systems, the user-drawn strokes can both stay on the model surface to reconstruct parts of an existing object, or freely sketch 3D style-lines of non-existing parts to design new geometry. The wireless smart-pen device is supported by an active stereo acquisition system which makes use of two infrared cameras. For a given set of 3D curves, the system automatically constructs a lowresolution mesh that is naturally refined to produce a smooth surface which preserves curvature features defined by the user on the curve network. The interpolating surface is obtained by applying a high-order diffusion flow. We present an efficient two step approach that first diffuses curvature values preserving the curvature constraints, and then corrects the surface to fit the resulting curvature vector field and interpolating the 3D curve network. This leads to fast implementation of a feature preserving fourth order geometric flow. We show several examples to demonstrate the ability of the proposed advanced design methodology to create sophisticated models possibly having sharp creases and corners

Redistribution of Meshes’ Nodes Using Moving Surfaces

Surface processing tools based on Partial Differential Equations (PDEs) are emerging recently in computer graphics, digital animation, computer aided modelling, and computer vision. In this work we propose an algorithm to move and redistribute the nodes of a mesh representing a surface in R3. This is obtained by a surface evolution process according to normal and tangential velocities with two aims: • to obtain a more homogeneous surface representation and a more, numerically easy to process, mesh • to move the surface in space avoiding mesh nodes’ collision. The evolution of the surface is formulated in a Lagrangian framework using a couple of PDEs applied to the surfaces’ spatial characteristics. In the first equation a scalar field which follows the spatial features of the mesh, i.e. mean curvature or local elements’ areas, is determined solving an intrinsic Poisson equation. In the second equation the actual surface evolution is computed using the field. Numerical schemes based on finite element discretization in space will be considered, together with several strategies for tangential velocities. The numerical results illustrate how this framework is able both to improve the uniformity of the mesh nodes, and to control the surface evolution avoiding nodes’ collision. Finally, to stress the importance of our approach in a computer graphics context, we consider simple applications to surface smoothing and remeshing in morphing processes. This work has been implemented integrating COMSOL functions into a MATLAB environment. A COMSOL Multiphysics solution is also tested

Cascadic Multilevel methods for fast nonsymmetric blur- and noise-removal

Image deblurring is a discrete ill-posed problem. This paper discusses cascadic multilevel methods designed for the restoration of images that have been contaminated by nonsymmetric blur and noise. Prolongation is carried out by nonlinear edge-preserving and noise-reducing operators, while restrictions are determined by weighted local least-squares approximation. The restoration problem is on each level solved by an iterative method, with the number of iterations determined by the discrepancy principle. The performance of several iterative methods is compared. Computed examples demonstrate the effectiveness of the image restoration methods proposed. The discrepancy principle requires that an estimate of the norm of the noise in the contaminated image be available. We illustrate how such an estimate can be computed with the aid of the nonlinear Perona\u2013Malik diffusion equation

Inverse Spherical Surfaces

AbstractIn this paper we describe a new way to design rational parametric surfaces defined on spherical triangles which are useful for modelling in a spherical environment. These surfaces can be seen as single-valued functions in spherical coordinates