آشنایی با شبکه‌های سه‌بعدی در گرافیک کامپیوتری و CFD

مدل‌ها یا شبکه‌های چندضلعی 3 بعدی

مدل‌ها یا شبکه‌های چندضلعی 3بعدی، کاربرد گسترده‌ای در حوزه‌های گرافیک کامپیوتری و محاسبات هندسی دارند. این مدل‌ها، می‌توانند در یک محیط طراحی سه‌بعدی مانند نرم‌افزارهای CAD و یا به‌صورت ایستا و ایجاد یکسری نقاط و زاویه‌یابی و همبندی‌هایی بین نقاط، در نرم‌افزارهایی خاص تولیدشده باشند.

در گرافیک کامپیوتری، ابزارهای متعددی برای نمایش و یا توصیف یک مدل 3بعدی، می‌توانند به کار گرفته شوند. روش عمومی تولید مدل در این‌گونه ابزارها، تولید اشکال ابتدایی و پیوند دادن این اشکال به هم، جهت ایجاد مدل گرافیکی نهایی است. دراین‌بین، معمول‌ترین روش برای نمایش یک مدل هندسی، ایجاد یک شبکه از اشکال چندضلعی و چندوجهی در فضای سه‌بعدی با استفاده از آرایه‌هایی از مقادیر گسسته است

– سمت راست: یک مدل سه‌بعدی از بدنه‌ی هواپیما و شکل سمت چپ: یک مدل دوبعدی از بال هواپیما است.

تولید شبکه(مدل)های کامپیوتری

تولید شبکه‌ها و مدل‌های کامپیوتری سه‌بعدی، یکی از روش‌های تخمین و نمایش یک جسم یا سطح سه‌بعدی می‌باشند. این شبکه‌ها از به هم پیوستن یکسری نقاط و رویه و سلول و اضلاع پدید می‌آیند. این مدل‌ها ممکن است به‌وسیله‌ی نرم‌افزارهای گرافیکی و محاسباتی خاص و یا اسکنرهای سه‌بعدی تولید شده باشند. با پیشرفت این ابزارها، ساختار مدل‌ها نیز پیچیده‌تر شده و از جزئیات بیشتری برخوردار خواهند بود. این مدل‌ها به‌صورت خام، قبل از مشخص شدن خصوصیات گرافیکی مدل ازجمله رنگ‌ها و بافت بخش‌های مختلف، ساخته می‌شوند.

شبکه‌ها و مدل‌های چندضلعی و چندوجهی

شبکه‌های چندضلعی و چندوجهی 3بعدی می‌توانند از انواع سلول‌ها و حجم‌های چهاروجهی(Tetrahedron Shape)، هرمی(Pyramid Shape)، منشور مانند(Prism Shape) و شش‌وجهی(Hexahedron Shape) تشکیل‌شده باشند. چنین شبکه‌ای می‌تواند هر مدل 2 یا 3 بعدی‌ای را تخمین بزند. از کاربردهای دیگر این نوع مدل‌ها، می‌توان به استفاده در حوزه‌هایی مانند دینامیک سیالات محاسباتی(CFD) و مدل‌سازی‌های هندسی اشاره کرد.

انواع مدل‌ها یا شبکه‌ها

مدل‌ها عموماً به سه دسته تقسیم می‌شوند. مدل‌های سازمان‌یافته(Structured Mesh)، مدل‌های بدون سازمان(Unstructured Mesh) و مدل‌های ترکیبی(Hybrid Mesh). در رابطه با اینکه از چه نوع مدلی باید استفاده کرد، می‌توان گفت این مسئله به پردازشی که قرار است بر روی مدل انجام گیرد، بستگی دارد. درصورتی‌که دقت و کیفیت بالایی مورد انتظار است، می‌توان از مدل‌هایی استفاده کرد که سلول‌های آن‌ها به‌صورت مکعب یا شش‌وجهی است. به طول کل، مدل‌های دارای سلول‌های مکعبی و هرم 5 وجهی، دارای کیفیت بیشتری نسبت به مدل با سایر انواع سلول‌ها هستند؛ اما درصورتی‌که تنها یک تخمین با دقت پایین مورد انتظار است و مثلاً قصد انتقال مدل بر روی بستر شبکه را داریم، می‌توان با کاهش المان‌ها به مدل با انواع سلول‌های دیگر مانند هرم چهارضلعی، رسید.

ساختار یک مدل در CFD یا نرم‌افزارهای گرافیکی

ساختار سلسله‌مراتبی یک مدل را می‌توان به این صورت بیان کرد که مدل از تعدادی سلول یا حجم‌های واحد تشکیل می‌شود، هر حجم از به هم پیوستن تعدادی رویه تشکیل می‌شود. هر رویه نیز از تعدادی رأس تشکیل می‌شود. این رئوس در یک مداربسته، با استفاده از اضلاع به همدیگر متصل‌اند. به هر اتصال بین دو رأس یک ضلع گفته می‌شود