Flächenermittlung von 3D-Modellen per Java?

S

SebastianM79

Mitglied
Hallo alle zusammen,

ich bin was Java angeht noch ein Neuling, da ich bisher (als Maschinenbau-Ingenieur) eher mit C, C++ oder VBA programmiert habe. Bin aber fleißig dabei, einen Java-Übungskurs zu absolvieren, da Java inzwischen ja scheinbar die am weitest verbreiteteste Programmiersprache ist. Das Lernen und Üben kann ich am Besten, wenn ich mich an ganz konkreten Themen versuchen kann.

Ein Thema beschäftigt mich schon seit einigen Jahren und ich denke, dass mir eine programmierte Lösung weiter helfen kann, allerdings stellen sich mir ein paar einfache Fragen:
- Ist Java für mein Programmierprojekt überhaupt die richtige Programmiersprache?
- Welches Format eines 3D-Objekts bietet sich bei der Programmierung mit Java an?
- Wenn ich nach Informationen zu dieser Themenstellung suche, welche Stichworte sind sinnvoll ... welche Literatur sollte ich mir angucken?
Ich möchte keine Lösung oder konkrete Antworten wie ich es programmieren sollte ... ich möchte mich mit der Thematik beschäftigen und möchte vermeiden, dass ich mir jetzt Bücher hole oder mich in einen Themenbereich einlese, um dann nach ein oder zwei Monaten zu merken, dass z.B. Java3D doch die falsche Lösung war und ich doch besser auf VRML und Java gesetzt hätte.

Hintergrund:
Ich konstruiere mit einem CAD-Programm hin und wieder diverse Objekte im Privatbereich und hätte gerne eine Auswertung der projizierten Flächen aus verschiedenen Blickrichtungen. Das CAD-Programm welches ich nutze, bringt leider keine entsprechende Funktionalität der projizierten Fläche in eine bestimmte Richtung mit. Um es noch etwas komplizierter zu machen ... es sind verschiedene Körper, die ich auswerten möchte und möchte von jedem Körper die sichtbare Fläche berechnet haben. Um es an einem Beispiel zu erläutern. Ich habe meinen Dachbereich (Flachdach) modelliert mit allen Objekten, die einen Schatten darauf werfen können. Es würden 3-4 Reihen von Solarpanelen aufs Dach passen, allerdings würden die vorderen Reihen die hinteren Reihen je nach Sonnenstand verdecken und einen Schatten darauf werfen. Mit den Winkeln und Abständen und Höhen der Solarpanele kann ich noch spielen ... und ich möchte letztendlich ein Optimum der Fläche erreichen, die nicht durch Schatten bedeckt ist ... bei unterschiedlichem Sonnenstand.

Meine ersten Gedanken dazu:
1. Ich exportiere die konstruierte Geometrie in einem beliebigen Format (iges, step, parasolid, vrml, parasolid, ...).
2. Ich importiere diese 3D-Geometrie in mein zu schreibendes Programm ein. ggf. für Störgeometrie und für jede Reihe Solarpanele separat
3. Ich gebe die Parameter (Winkel und Positionen aus denen ich das Objekt betrachten möchte und ggf. die Genauigkeit) ein.
4. Das Programm berechnet mir die sichtbare Fläche für jedes der importierten Objekte aus der definierten Blickrichtung (Sonnenstand)

Die Möglichkeiten, wie ich die Fläche ermitteln kann sind ja vielfältig und hängen stark vom Format der exportierten Geometrie und ggf. schon vorhandenen Methoden und Funktionen der Programmiersprache ab.

Mit meinem Laien-Wissen, hätte ich ein paar Ideen, wie ich mit einer VRML-Datei und einer entsprechenden Programmierung in Java das Thema angehen könnte ... allerdings unglaublich rechenintensiv und dazu auch noch relativ aufwändig, da ich nicht weiß, welche Funktionalitäten es für solche Themen bereits schon gibt.

Wie oben bereits gesagt ... aktuelle möchte ich eigentlich keine Programmierlösungen, sondern nur ein paar Tipps, in welche Themenbereiche, Bibliotheken etc ich mich einlesen sollte, um diese Herausforderung danach selber zu lösen ... auch einfache Stichworte nach denen ich in Foren suchen kann, würden helfen ...

Vielen Dank schon einmal vorab ... über konstruktive Vorschläge würde ich mich sehr freuen.
Auf Anmerkungen wie "zur Auslegung einer Solaranlage gibt es doch Dienstleister und bereits vorhandene Softwarelösungen" kann ich gut verzichten, da es mir um die Programmierung an sich geht und um das Bearbeiten/Auswerten von 3D-Objekten.

Viele Grüße
Sebastian
 
N

Neumi5694

Top Contributor
Das ist eher ein mathematisches Problem als eine Frage der Programmiersprache. Wenn du ein Modell bearbeiten willst, bleib lieber bei deiner CAD-Lösung, die wird alles, was du in absehbarer Zeit in irgend einer Zeit zustande bringst, deutlich übertreffen.

Java3D ist rein für die Darstellung zuständig, nicht für irgendwelche Auswertungen. Mir wäre jetzt nicht bekannt, dass es Methoden bietet, um z.B. einen Körper von einem anderen abzuziehen. Möglicherweise bietet die JMonkeyEngine so was, aber alle 3D-Engines haben gemeinsam, dass sie für Darstellung optimiert sind, im Normalfall nciht die Genauigkeit haben, die im CAD-Bereich notwendig wird.

Schau auch mal hier rein: Vielleicht entspricht das eher dem, was du suchst
 
S

SebastianM79

Mitglied
Moin,

vielen Dank schon mal für Deine Antwort. Das Modell selber will ich ja gar nicht bearbeiten und die Auswertungsmethoden, die ich gerne hätte, fehlen beim CAD.
Aber Du hast recht ... es ist eher ein mathematisches Problem, bei dem es sich um Flächen, Linien und Abständen dreht.


Der Tipp mit GeoRegression war aber schon mal sehr gut. Da sind einige Funktionalitäten mit dabei, die ich wahrscheinlich gut gebrauchen kann und die ich mir nur ungern selber programmiert hätte.
 
D

Dukel

Top Contributor
Gibt es andere CAD Software, die da kann? Dann kannst du aus deinem Programm das exportieren, dort importieren und die Flächen berechnen.
 
S

SebastianM79

Mitglied
Moin Dukel,

ich gehe davon aus, dass andere CAD-Programme das können, allerdings findet man auf der einen Seite keine Informationen zu solchen speziellen Funktionen bevor man es nicht testet und auf der anderen Seite sind die meisten CAD-Programme ziemlich teuer.
 
temi

temi

Top Contributor
Ich kann dir keine konkrete Lösung anbieten, aber ich kann dir sagen, was ich versuchen würde. Es ist dazu auch nicht zwangsweise eine visuelle 3D-Darstellung in irgendeiner Form notwendig, es geht ja "nur" um Berechnungen.

1. Im ersten Schritt würde ich mir die Spezifikation der von dir genannten CAD-Formate beschaffen.
2. Such dir davon das aus, womit du später am leichtesten arbeiten kannst.
3. Überlege dir dein mathematisches Modell für dein Programm.
4. Erstelle einen einfachen Körper und versuche ihn in dein Programm zu importieren.
5. Erstelle einen zusätzlichen einfachen Körper und importiere ihn in dein Programm.
6. Lege den Sonnenstand (sozusagen Blickwinkel) fest und berechne die Beschattung, bzw. die sichtbare Fläche.
7. Später kannst du den Sonnenstand anhand der Geoposition automatisch ablaufen lassen und ein Ergebnis für den gesamten Tag oder über das gesamte Jahr berechnen.

Ich denke am Anfang sind die Schritte 1 - 3 am wichtigsten.

Edit: Evtl. hilft es sich etwas über OpenGL und Shader durchzulesen. Du willst zwar nichts visuell darstellen, aber für die Darstellung muss in Shadern auch berechnet werden, was von einem bestimmten Standpunkt aus sichtbar und was unsichtbar ist. Ich könnte mir durchaus vorstellen, dass man da auch die Grafikkarte für die Berechnung hernehmen kann. Die ist in sowas ziemlich gut.

EDIT: Vielleicht findest du auch eine passende Java-Bibliothek, siehe https://www.jsdai.net/ Hier wird auch das Format STEP kurz erklärt.
 
Zuletzt bearbeitet:
S

SebastianM79

Mitglied
Moin Temi,

vielen Dank ... mit Deiner Antwort hast Du mich in ganz vielen Überlegungen bestätigt und mir auch noch was zum Denken mitgegeben. Genau über die ersten drei Schritte mache ich mir gerade auch die meisten Gedanken und versuche parallel zu prüfen, ob es schon Bibliotheken und Methoden gibt, mit denen ich die dann notwendige mathematische Berechnungen durchführen kann, ohne mir für Alles selber Methoden programmieren zu müssen (z.B. sind in der GeoRegression, welche Neumi5694 vorgeschlagen hat, einige interessante Funktionalitäten enthalten).

Außerhalb dieses Forums hat mir auch schon jemand empfholen, die Grafikkarte für die Berechnung zu verwenden ... ich weiß zwar noch nicht genau, was das bedeutet. Aber auf jeden Fall habe ich jetzt schon mal diverse Einstiegspunkte, um mich in relevante Punkte einzulesen ... also genau das was ich ja auch haben wollte.

Danke noch einmal und viele Grüße

Sebastian
 
mihe7

mihe7

Top Contributor
Außerhalb dieses Forums hat mir auch schon jemand empfholen, die Grafikkarte für die Berechnung zu verwenden ... ich weiß zwar noch nicht genau, was das bedeutet.
Grafikkarten sind Hochleistungsrechner - allerdings nur für bestimmte Rechenaufgaben (insebesondere parallele Matrizenmultiplikation). Daher lässt sich mit Grafikkarten die Berechnung beschleunigen. Stichwort: GPU-Computing.

Nachtrag: s. z. B. https://de.wikipedia.org/wiki/Shader
 
S

SebastianM79

Mitglied
Moin mihe,

Danke für die Ergänzung ... unter dem Stichwort GPU-Computing habe ich gestern noch Einiges an interessanten Informationen gefunden.
 
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