MultiSurf – relationale Geometrie

MultiSurf ist ein 3D-Flächenmodelliersystem für Windows-PCs, insbesondere für Geometrien mit vielen Freiformflächen. Mit MultiSurf können Sie Boote, Yachten und Schiffe entwerfen, von der Knickspantjolle bis zur großen Segel- oder Motoryacht, aber auch Katamaranfähren, Patroullienboote oder Containerfrachter. Wenn Sie es zeichnen können, dann können Sie es auch modellieren - in MultiSurf.

MultiSurf – genaue Kontrolle komplexer Formen

Ein Hauptmerkmal von MultiSurf ist die Vielzahl unterschiedlicherPunkt-, Kurven- und Flächenarten. Diese Vielfalt macht es möglich, für jede Aufgabe das genau passende Werkzeug auszuwählen.

MultiSurf unterstützt 33 Punktarten, vom Absolutpunkt mit xyz-Koordinaten bis zum Punkt auf einer Fläche.
MultiSurf stellt 25 Kurvenarten zur Verfügung, darunter 5 Naca-Profile sowie benutzerdefinierte Tragflügelprofile.
MultiSurf bietet 31 Flächenarten, darunter 5 Lofted-Surface-Typen. Zum Beispiel kann man für den Rumpf eine C-Spline Lofted Surface verwenden (steife kubische Splines „beplanken“ weiche B-Spline-Kurven), für den Spiegel einen Kreiszylinderabschnitt, für die Aufbauseitenwände abwickelbare Flächen, für das Aufbaudach eine Translationsfläche, für Kielflosse und Ruder Profilflächen und für den Kielwulst eine Rotationsfläche. Darüberhinaus gibt es prozedurale Kurven und Flächen, z. B. für die Konstruktion eines Decks mit konstanter Balkenbucht, oder für den Entwurf von Anhängen mit exakter Naca-Profilform bei über der Spannweite variabler Anströmungsrichtung.

MultiSurf – vielfältig und flexibel

Aufgrund der Vielfalt der Kurven- und Flächentypen in MultiSurf können Sie Modelle mit unbegrenzter Detailtiefe und Komplexität aufbauen. Z. B. Rümpfe mit speziellen Formmerkmalen wie Langkiel, Stufenboden, auslaufende Knicks oder Propellertunnel, "constant radius"-Rümpfe, abwickelbare Knickspanter, Decks, Aufbauten, Kiel und Ruder, Innenstruktur, Tanks usw.

Sie als Designer entscheiden, ob hohle Wasserlinien im Vorschiff beabsichtigt sind, nicht ein Programm, das nur über eine einzige Flächenart verfügt.

MultiSurf – Design-Iteration mit Relationaler Geometrie

Bei der Gestaltung räumlicher Objekte mit subjektiven ästhetischen Anforderungen sind viele Zyklen visueller Bewertung und Revison typisch. Aber jedes Mal, wenn man auf dem Entwurfsweg zurückgeht, müssen alle Konstruktionsschritte noch einmal erfolgen. Als Antwort auf das Problem der Design-Iteration bietet MultiSurf mit seinem Ansatz der Relationalen Geometrie ein einzigartiges System von Beziehungen zwischen Objekten.

Soll der Cockpitboden höher, brauchen Sie nur diesen zu verschieben, automatisch passen sich die Fronten der Sitze, Niedergangssüll und Steuerkonsole an. Die Seitenwand des Aufbaus soll stärker einfallen – nur ein Winkelmaß ändern und direkt wird alles angepaßt, ohne das Lücken zwischen aneinander anschließenden Flächen entstehen. Den Rumpf verbreitern oder ihm mehr Freibord geben, aber den Anschluß zum Deck wasserdicht und die Balkenbucht konstant halten? Dank der Relationalen Geometrie von MultiSurf ist all das rasch erledigt.

Der Rahmenspant läßt sich mit einem Punkt verschieben; seine Form paßt sich an, Steghöhe, Gurtbreite, Ausrundungsradien etc. bleiben unverändert.

Wird die Rumpfform geändert, passen sich alle Spanten automatisch an.

MultiSurf ist parametrisch: durch Variation weniger Parameter läßt sich eine geometrisch ähnliche Formfamilie erzeugen. Ein Konzept kann schnell modifiziert werden, ohne das zugrundeliegende Modell stets neu aufbauen zu müssen.
MultiSurf ist assoziativ: bei Veränderung eines Stützpunktes oder einer Stützkurve werden alle davon abhängigen Punkte, Kurven und Flächen automatisch neu berechnet.
MultiSurf ist relational: die zwischen einzelnen Elementen definierten Beziehungen bleiben bei Änderungen erhalten:

absolute und proportionale Distanz (z. B.: die Kielprofildicke soll 12% der Sehnenlänge sein; macht man die Sehne länger, wird das Profil entsprechend dicker)
Winkelverhältnis (z. B.: eine Kurve soll senkkrecht zur Mittschiffsebene einlaufen)
Ebenensymmetrie und Rotationssymmetrie (man muß nur eine Schiffshälfte zeichnen, nur ein Propellerblatt)
Punkte liegen auf Kurven und Flächen (verschiebbar, aber daran gebunden)
Kurven liegen auf Flächen (damit kann man prominente Kurven direkt vorgeben, z.B. den Verlauf der UK Aufbauseite auf dem Deck, anstatt indirekt als Schnitt zweier Flächen)
dauerhafte Verbindung zwischen Flächen (z. B: OK Rumpf ist Stützkurve für die Decksfläche, UK Aufbauseite ist Flächenkurve auf dem Deck)

Änderungen jederzeit
Jedes Objekt hängt von anderen Objekten ab: Punkte definieren Kurven, Kurven definieren Flächen, Flächen bestimmen Volumenkörper. Ändern Sie ein Objekt, wird direkt alles, was davon abhängt, neu berechnet und dargestellt. Verschiebt man einen Punkt, der z. B. die Stevenkurve definiert, dann ändert sich unmittelbar die Rumpfform, ebenso die davon abhängige Spantform, der Verlauf der Wassserlinien, der Schnitte. Sie sehen direkt, wie sich die Verdrängung ändert, um wieviel sich der Volumenschwerpunkt verschiebt, usw. In kurzer Zeit lassen sich auf diese Weise viele Designvariationen ausprobieren, um ein besseres Endergebnis zu erreichen.

27 m Passagierschiff mit Innenstruktur für Rumpf und Aufbau. Dank Relationaler Geometrie sind Änderungen an der Hüllgeometrie bis in die späte Konstruktionsphase möglich. (Mit freundlicher Genehmigung von CL Shipdesign)

MultiSurf – prozedurale Kurven und Flächen

MultiSurf unterstützt prozedurale Kurven und Flächen als benutzerdefinierte Elemente. Man erzeugt zunächst einen typischen Punkt oder eine Kurve, dann wird der Entstehungsprozess für alle Positionen der Elternelemente automatisch wiederholt.

Ruderkonstruktion mit einer Procedural Surface – erzeugende Kurve ist ein Naca-Profil, definiert durch die Schnittpunkte einer Ebene mit Hinterkante, Vorderkante und Dickenverteilungskurve. Die Schnittebene ist senkrecht zu einer Hilfskurve, deren Verlauf die Änderung der Anströmrichtung über der Spannweite berücksichtigt. Damit "sieht" die örtliche Anströmung immer die genaue Profilgeometrie.

Prozedurale Flächenkonstruktion:

Deck mit konstantem Decksbalkenradius (nur ein Mall für Lamellieren)

Erzeugende Kurve ist der entsprechend der örtlichen Decksbreite abgeschnittene Teil der Buchtkurve.

Prozedurale Flächenkonstruktion:

Deck mit konstantem Wölbungsverhältnis

Erzeugende Kurve ist ein Kreisbogen; Buchthöhe ist ein vorgegebener Prozentsatz der örtlichen Decksbreite.

In MultiSurf können Flächenkurven erzeugt werden - zum Beispiel als Pfad für Längsspanten. Mit Hilfe von Procedural Curves läßt sich Z. B. ein Pfad parallel zum Rand einer Fläche oder einem anderen Pfad generieren, oder die Fläche kann in Spantrichtung automatisch in gleiche Intervalle geteilt werden.

Wird die Fläche geändert, bleiben absolute und proportionale Abstände erhalten, so daß sich der Verlauf der Längsspanten automatisch anpaßt.

Rumpf in Klinkerbauweise – eine konstante Breite der Überlappung der Planken läßt sich mit Procedural Curves schnell und effizient erreichen.

MultiSurf – Formeln und Variablen

Statt Zahlenwerte können in MultiSurf auch Variablen und Formeln verwendet werden. Z. B. für einen Segelplan die Rigg- und Segelabmessungen mit Variablen definieren. Werden diese in einer Tabelle verändert, wird der Segelplan mit aktualisierten Flächengrößen und Schwerpunkten angezeigt.

Mit dem Formelsatz Hydro Reals kann man für einen Rumpf bei vorgegebenem Krängungswinkel Auftrieb und Gewicht bei freiem Trimm ins Gleichgewicht bringen.

Damit läßt sich während der Formgebung die echte geneigte Schwimmwasserlinie anzeigen, oder die Eintauchung des Spiegels überprüfen.

MultiSurf – Komponenten

In MultiSurf können Teile eines Geometriemodells als Komponente abgespeichert und in andere Modelle eingefügt werden. So kann man eine Bibliothek von Bauteilen anlegen und immer wieder verwenden.

MultiSurf – OLE Automation Server für Macro-Programmierung

Über seine OLE-Schnittstelle eröffnet MultiSurf weitere Einsatzmöglichkeiten:

“Geometry Engine” innerhalb anderer Windows-Programme
benutzerdefinierte Features
Automatisierung der Form-Variation für CFD-Anwendungen

MultiSurf – Marine Design Tools

Mass Properties - Größe, Schwerpunktlage und Trägheitsmomente für Flächen, Bogenlänge Schwerpunktlage und Trägheitsmomente für Kurven und Contours
Weight Schedule - Kurven-, Flächen- und Volumenobjekten kann ein spezifisches Gewicht zuweisen werden; mit den aktuellen Abmessungen werden in dieser Gewichtstabelle Einzel- und Gesamtgewicht sowie Gewichtsschwerpunkt angezeigt.
Hydrostatics - für frei wählbare Tauchung, Vertrimmung und Krängung werden die relevanten hydrostatischen Kennwerte berechnet: Verdrängung, Verdrängungsschwerpunkt, benetzte Oberfläche, metazentrische Höhe etc.
Ship Lines - Linienriß-Darstellung; Anordnung von Spanten, Wasserlinien und Schnitten auch neben- und untereinander, mit einer oder beiden Schiffshälften.
Offset Table - tabellarische Ausgabe von Spantschnitten mit Wasserlinien, Schnitten und anderen Rumpfkurven>/li>

MultiSurf – weitere AeroHydro-Programme:

Hydro – Hydrostatik und Intaktstabilität. Berechnet bei gegebenem Gewicht und Schwerpunkt Schwimmlage und hydrostatische Kennwerte, Hebelarmkurven und Pantokarenen bei freiem Trimm, Formkurvenblatt, Spantarealkurve. Der Gewichtsschwerpunkt kann auch außermittig liegen; dadurch läßt sich der Stabilitätseffekt z. B. von Wasserballast, Crew-Position oder Canting-Kielen ermitteln.

Flattener – Flächenabwicklung. Verebnet die Aussenhaut von Rundspant- und Knickspantrümpfen, Decks, Aufbauten. Dabei wird der Verformungsprozess bei der Fertigung der Platten berücksichtigt. Auf der Abwicklung werden Biegelinien, Spanten, Wasserlinien, erforderliche Dehnungen etc. markiert.

SolidWorks Integration – ergänzt SolidWorks als Add-In um die Vielfalt von MultiSurf an Freiformkurven und –flächen bei gleichzeitiger bi-direktionaler Assoziativität und relationaler Editierbarkeit.

MultiSurf for WAMIT – Version mit Schnittstelle für das Wave-Body-Analyse-Programm WAMIT

MultiSurf – Module

Das Basisprogramm ist MultiSurf Solo. Mit C-Spline- und B-Spline-Flächen für Freiformen, exakt abwickelbaren Flächen, Regel-, Dreh-, Translationsflächen etc. stehen die am häufigsten verwendeten Punkt-, Kurven- und Flächenarten zur Verfügung. Außerdem Hydrostatik, Gewichtsberechnung, Aufmaßtabelle, Linienriß.

Durch die Upgrade-Module Advanced Modeling (vervollständigt den Satz Punkt-, Kurven-, und Flächenarten, z. B. prozedurale Flächen), Hydro (Hydrostatik und Intaktstabilität), Flattener (Flächenabwicklung) und SolidWorks Integration kann die für den Einsatz günstigste Konfiguration zusammengestellt bzw. erweitert werden.

Den Einstieg in MultiSurf erleichtern mehrere Tutorien (Pdf). Die umfassende Benutzerdokumentation (Pdf) erklärt gründlich alle Programmfunktionen.

Reinhard Siegel