Macro Half-Hull Model/it

This macro makes simple models of the hulls of boats and ships. It is intended to aid people modeling or designing hulls by providing the hull surface in a straight forward and timely fashion so they can avoid the time consuming full process.

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# to guide the user to the online download page.
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from PySide import QtGui, QtCore

diag = QtGui.QMessageBox(QtGui.QMessageBox.Information,
    "Information",
    "This macro must be downloaded from this link\n"
    "\n"
    "http://pastebin.com/raw/tZMpUi6F" + "\n"
    "\n"
    "Quit this window to access the download page")

diag.setWindowFlags(QtCore.Qt.WindowStaysOnTopHint)
diag.setWindowModality(QtCore.Qt.ApplicationModal)
diag.exec_()

import webbrowser 
webbrowser.open("http://pastebin.com/raw/tZMpUi6F")

Introduzione

Fin dall'antichità i costruttori di barche hanno dovuto progettare le barche e poi realizzarle in un ambiente tridimensionale dove poche linee sono rette, poche superfici sono piane e sulla distanza non ci sono angoli costanti. Dello scafo veniva costruito un modello in scala che serviva per rivedere il disegno o per comunicare i concetti ad altre persone. Le leggi dell'idrodinamica richiedono che qualsiasi imbarcazione che passa attraverso un liquido deve avere la sezione trasversale simmetrica se deve muoversi in una linea retta. Di conseguenza, nel modello basta costruire metà dello scafo - se il mezzo scafo è perfetto, anche la sua immagine speculare è perfetta. In questi ultimi anni i mezzi-scafi sono stati utilizzati per creare dei simboli, come, ad esempio, le targhe, e nell'arte nautica.

Questo codice deriva da un progetto fatto per costruire in FreeCAD il modello di una barca a vela di 12,5 metri. I costruttori non avevano più i disegni, e il figlio del proprietario originale dubitava che i disegni completi fossero mai esistiti. Di conseguenza, si dovevano misurare le dimensioni dello scafo e poi costruirne il modello in un software. I pacchetti di software moderni, come FreeCAD, offrono molte caratteristiche utili, come ad es. i vincoli di simmetria, ma quando l'obiettivo finale è un modello che sia "bello da vedere", esso deve essere "massaggiato" a lungo. Questo codice è stato scritto per aiutare ad automatizzare questo processo.

Lo scopo iniziale di questo codice era quello di fornire uno scafo simmetrico che fosse malleabile e adattabile al modello 3D in costruzione. Poiché il software si è evoluto è stato generalizzato e speriamo che sia utile a chi:

• progetta imbarcazioni o produce schemi per costruire delle barche
• costruisce barche e sta cercando di modellare ciò è descritto nello schema
• costruisce modelli di scafo.

Certamente i progettisti di imbarcazioni commerciali per sviluppare il loro lavoro utilizzano dei software di fascia alta, questa macro non ha intenzione di sostituirli, ma può essere utile all'hobbista.

I progetti navali hanno una storia diversa rispetto a quella degli edifici e quindi anche la presentazione è un po' diversa. Ecco un esempio di una barca a vela che ha più di un secolo:

Tra gli obiettivi finali di questo software c'è quello di utilizzare l'ambiente Draft per generare alcuni di questi schemi, utilizzando il modello originale per generare le linee.

Note sulle Unità di misura in FreeCAD:

Al momento, in FreeCAD non c'è ancora nessun Sistema di gestione delle unità di misura, ma ovviamente un costruttore di barche o modellatore ha bisogno di un sistema di dimensionamento accurato. Per utilizzare questa macro, si deve impostare la griglia di FreeCAD con la dimensione appropriata al lavoro (per esempio mm, cm, pollici, piedi). FreeCAD è coerente, una unità di FreeCAD sarà sempre uguale a una unità di FreeCAD. Se avete deciso che una unità FreeCAD corrisponde a una determinata lunghezza fisica, allora i vostri disegni rimarranno dimensionati coerentemente. Al momento si sta lavorando su un Sistema di unità per FreeCAD, quindi questa situazione potrebbe cambiare presto.

For this macro the hull shapes are defined by a minimum of 3 FreeCAD Sketches: one in the YZ plane, one or more in the XZ plane, one in the XY plane. Here is the minimum hull supported by this macro, it has only 3 Sketches:

Da davanti a dietro (da prua a poppa) i 3 schizzi sono:

Forse è più facile da vedere con 7 schizzi (uno nel piano YZ, uno nel piano XY e 5 nel piano XZ):

Con 5 schizzi nel piano XZ è più facile cominciare a percepire la forma dello scafo. Le prossime 2 immagini mostrano le linee di disegno sovrapposte al modello che FreeCAD produce,

questa seconda figura riproduce lo stesso modello ruotato di 90 gradi, con la prua in primo piano:

Alcuni punti da prendere in considerazione:

• gli schizzi sono solo per:
  • la stemline (o linea di prua) nel piano YZ (rossa nello schema sopra);
  • la parte superiore dello specchio di poppa nel piano XY (blu nel diagramma);
  • diverse sezioni dello scafo nel piano XZ (verde nello schema precedente)
• negli schizzi si disegna solo il lato di dritta dello scafo, il lato di babordo verrà generato come immagine speculare
• ogni linea multisegmento deve essere disegnato in uno schizzo separato
• ogni schizzo deve avere lo stesso numero di segmenti (che è 3 negli esempi precedenti)
• più segmenti di linea ci sono in ogni Schizzo e più il modello prodotto da FreeCAD si avvicina a uno scafo curvo
• non vi è alcun limite al numero di segmenti di ciascuno schizzo, qualsiasi numero da uno in poi
• non vi è alcun limite al numero di schizzi nel piano XZ (cioè le sezioni), qualsiasi numero da uno in poi

Con sufficienti schizzi il modello generato diventa verosimile:

La macro HalfHull genera 4 modelli:

• mezzo scafo di dritta
• mezzo scafo di babordo
• scafo completo
• paratie per lo scafo completo, sia con un ponte raso che per un ponte con cassero

Così come le paratie generate dalla macro (notare che queste paratie sono per un cassero e non per un ponte raso):

L'immagine composita sottostante mostra i principali risultati prodotti da questo software (attualmente il mezzo scafo di babordo non è mostrato ma è lo specchio del mezzo scafo di dritta che è mostrato). I prodotti sono in senso orario dall'alto a sinistra:

• mezzo scafo di dritta
• scafo completo
• paratie (per ponte raso, le paratie dell'immagine precedente erano per un ponte con cassero)
• lo scafo completo con le paratie inserite

Come nuove caratteristiche, opzionalmente la macro può anche produrre targhe per i mezzi-scafi, o una bottiglia per lo scafo completo:

All the code for halfHullModel.FCMacro is in one macro. So installation is comprised of copying the code to the appropriate Macro directory and invoking the Build Utility from the Macro menu, the Python console or a toolbar button (the preferred method).

• see How to install macros for information on how to install this macro code
• see Customize Toolbars for information how to install as a button on a toolbar

Utilizzo

Le operazioni FreeCAD coinvolte nella generazione del modello dello scafo sono piuttosto complesse e numerose. Alcune cose come, ad esempio, la direzione in cui viene disegnata una linea possono portare FreeCAD alla costruzione dello scafo o al fallimento o a produrre deformazioni come questa:

Di conseguenza, i passaggi successivi devono essere seguiti attentamente. La macro non consente alcune incongruenze di dati, in generale se i dati (cioè gli schizzi) non sono corretti il prodotto è simile a una grattugia oppure il riempimento della macro fallisce con un errore.

Le successive istruzioni si riferiscono ai quadranti del grafico XY, dove i 4 quadranti sono etichettati in questo modo:

Creare un Nuovo Documento

La prima cosa da fare è quella di creare un nuovo documento in FreeCAD . Questo documento conterrà tutti gli schizzi che compongono la definizione dello scafo.

Creare la linea di prua

1. create a new sketch , in the XZ-Plane
2. the following dialog will appear:
   
   The dialog is asking how far from the origin the Sketch should be placed. This will refer to how far the cross-section is from the bottom of the stemline (which was placed at (0,0)). The cross-sections can be equally spaced but need not be. The forward-most cross-section will be at Y=0 (i.e. the origin where the stemline bottom ends) or at Y<=0. The cross-sections will be at increasingly negative Y values until the transom is at the most negative Y value. In the example above, the cross-section Sketch will be placed 50 FreeCAD units from the origin on the negative Y axis.
3. start on the Y axis and draw upwards into Quadrant I
   - the first (i.e. foremost) cross-section should start at origin (0,0) (or it will look odd as the stemline ends at 0,0) but other cross-sections need only start on the Y axis.
   
4. use the same number of line segments as in the Stemline Sketch
5. save sketch
6. repeat as this step necessary, it may be quicker to copy this sketch and then space the copies on the Y-axis, modifications may be made to the individual Sketches as required
7. for naming, it will make things easier to give some sort of sequence to the cross-sections, starting at the bow (i.e. the stemline) and increasing towards the stern (i.e. the transom)

Creare lo schizzo dello specchio di poppa nel piano XY

Salvare il Nuovo Documento

Ora salvare il documento che contiene gli schizzi che definiscono la forma dello scafo, dandogli un nome descrittivo

Quando tutti gli schizzi sono stati creati e posizionati, nella vista dall'alto il documento dovrebbe essere simile a questo:

Le principali limitazioni per costruire il modello sono:

• l'estremità inferiore della linea di prua deve terminare in (0,0)
• l'estremità inferiore del centro di ogni sezione dovrebbe terminare in corrispondenza dell'asse Y - notare che può avere qualsiasi valore Z

Questo conclude la prima parte che consiste nel creare i dati che la macro utilizza per creare due mezzi scafi o uno scafo completo. La seconda parte è descritta nella sezione seguente ed è intitolata Interfaccia utente

Interfaccia utente

In questa fase la macro raccogliere alcune informazioni dall'utente e quindi elabora gli schizzi input per generare i modelli di scafo desiderati. Questa è l'immagine dell'unica GUI della macro che permette di configurare i principali dettagli per la produzione dei modelli di scafo dagli schizzi:

Nella finestra GUI si può sceglire:

Quando viene eseguita, la macro prende i dati di configurazione dall'utente e poi legge gli schizzi di Sketcher nel file di input selezionato.

There are various types of bows and sterns for boats, with sterns having much more variety than bows. Here are examples of transoms and bows from the real world alongside the similar macro output:

Poppa Sheer

La poppa quadra è probabilmente la più comune, è utilizzata per imbarcazioni di qualsiasi dimensione, dalle navi commerciali fino alle barche a remi.

• lo specchio di poppa XY deve essere il più vicino possibile all'ultima sezione verso la poppa.

Poppa Sugar-Scoop

È probabile che si trovi su una barca a vela, è un prodotto studiato per massimizzare la lunghezza della linea di galleggiamento per beneficiare delle regole sulle classi nelle competizioni a vela.

• posizionare le ultime 2 sezioni il più vicino possibile alla poppa, poi ruotare l'ultima sezione di poppa di un angolo di 45 gradi (o di quanto è necessario) intorno all'asse X

Poppa a canoa

Si trova su tutti i formati di natanti, a motore e a vela, da diporto e commerciali.

• posizionare le ultime 2 sezioni il più vicino possibile alla poppa, poi ruotare l'ultima sezione di poppa di un angolo di 45 gradi (o di quanto è necessario) intorno all'asse X

Prua normale

Ci sono molte meno varietà di forme di prua che non di poppe:

Prua Trireme

Anche se negli ultimi 2 millenni non si vede molto spesso, in passato, questa era il profilo definitivo della prua per le navi belliche:

• per ottenere una forma corretta la polilinea per la prua deve essere disegnata dal basso verso l'alto, questo significa che nello schizzo deve andare da destra verso sinistra

• in order for the bow to be correct the poly-line for the stemline needs to be drawn from the bottom to the top which will mean right to left in the Sketcher

These files are samples of Sketch data to use with the macro, mainly they are the models for the screen snapshots in the Options section above. The files work with the Macro and so can be downloaded and played with to adapt to your specific requirements. The prefix of 5x3 (for example) means the model has 5 cross-sections and 3 line segments per cross-section (i.e. sketch)

Per utilizzare uno dei file di esempio, fare clic destro sul link del file e selezionare Salva file ... dal menu. Sarà specificato il nome del file, scegliere la cartella o directory desiderata per contenere il file di esempio.

• 3x1 hull con il numero minimo di Schizzi (stemline, una sezione, specchio di poppa) (prua, una sezione, specchio di poppa) e 1 segmento di linea in ogni schizzo <<<<< Attualmente non funziona
• 5x3 con la prua normale
• 5x3 con la prua trireme
• 5x3 con lo specchio di poppa canoa
• 5x3 with sheer transom stern
• 5x3 with sugar scoop stern
• 5x5 workboat
• 7x5 pirate boat
• 12x3 sailing yacht

• almost all the examples on this page are generated with only 3 line segments defining the side of the hull which gives a very faceted appearance, increasing the number of segments in each Sketch would generate a much smoother surface which would increase the realism
• doesn't do keels, skegs or rudders, in other words, it doesn't do any of the wet area
• doesn't do square bows like push-boats or towed barges
• doesn't do submarines (although it will do the lower half of a submarine)

The 'Ruled Surface' feature of FreeCAD is used to generate the hull sections from the Sketches. It can sometimes generate the wrong result and display a grater like surface instead of a smooth planar one. This will typically occur when the Sketches are rotated such as when a Sugar Scoop stern is modeled. Also angling a Sheer Transom stern can cause this. If it occurs then typically it will do so in either the half-hull models or the complete hull model - it never seems to occur in all three models for the same hull. Also it usually only happens at the extreme bow or stern. If it happens to section in the middle of the boat then most likely one of the Sketches was drawn in the wrong direction (i.e. either random sequence or top-down where as all lines should be drawn bottom-up)

Di solito, si può correggere la distorsione nel seguente modo:

• nella scheda Modello della vista combinata, fare clic sull'elemento difettoso per selezionarlo, e il segmento difettoso appare evidenziato sul display
• selezionare la scheda dati alla fine della Vista combinata, la parte inferiore della finestra contiene una etichetta "Ruled Surface" con il solo parametro 'Orientation'
• a destra c'è un menu a comparsa con i valori 'Automatic', 'Forward', 'Reversed', che inizialmente è impostato su 'Automatic'
• provare una delle altre impostazioni (ricordando che il segmento difettoso deve ancora essere selezionata nella parte superiore della Vista combinata) e di solito questo corregge il problema

La seguente schermata mostra la parte dello schermo interessata:

Future possibilità

As with any ancient and practiced trade, a rich and sometimes confusing vocabulary has developed around ships, boats and nautical practices. In describing this macro it is both awkward and inefficient to describe the process without using the correct and accurate terms. The obvious problem is that the average lay person will be unfamiliar with such terminology, hence this vocabulary:

• Half Hull Model Ship (Wikipedia)
• Why Half Hulls (Maritime Half Hull Ship Models and Nautical Art website)
• Traditional Model Yacht Design (US Vintage Model Yacht Group)

Script

ToolBar Icon

Macro_Half_Hull_Model.FCMacro

Questo script funziona senza bug. Ma a causa della grande varietà di possibili input può fallire per alcuni input. Se succede siete pregati di segnalarlo.

Lo script è troppo lungo per essere visualizzato nel Wiki quindi deve essere copiato o scaricato da unabbreviated script on pastebin.com