ویرایش مش‌های CAD

در OghmaNano، هر شیء سه‌بعدی هم یک شکل مرزی ساده دارد و هم، به‌صورت اختیاری، یک مش CAD با جزئیات بیشتر. به‌صورت پیش‌فرض، مش‌های CAD پیچیده غیرفعال هستند و هر شیء با استفاده از یک جعبه عمومی که اندازه آن در Object editor تعریف می‌شود رسم می‌گردد. این بخش توضیح می‌دهد چگونه مش‌های پیچیده را فعال کنید و چگونه از Mesh editor برای پیکربندی primitiveهای مختلف مانند هرم‌ها، لوله‌ها، و لوله‌های توخالی استفاده کنید.

User right-clicking an object in the 3D view and choosing Edit object. — روی یک شیء در صحنه 3D راست‌کلیک کنید و **Edit object** را انتخاب کنید تا Object editor باز شود.

OghmaNano Object editor window showing basic object properties and Complex meshes disabled. — *Object editor*، که در آن می‌توانید موقعیت، اندازه، رنگ، ماده و شکل شیء را پیکربندی کنید. به‌صورت پیش‌فرض شکل شیء یک جعبه ساده است و مش‌های پیچیده غیرفعال هستند.

برای ویرایش یک شیء، در نمای 3D روی آن راست‌کلیک کنید و Edit object را انتخاب کنید، همان‌طور که در ?? نشان داده شده است. این کار پنجره Object editor را باز می‌کند (??). در اینجا، فیلدهای xyz size (dx، dy، و dz) اندازه نمایش پیش‌فرض جعبه‌ای‌شکل شیء را تعریف می‌کنند. همچنین می‌توانید موقعیت، چرخش، رنگ، و ماده‌ای را که شیء از آن ساخته شده است تغییر دهید.

در پایین Object editor و زیر Object shape، متن Complex meshes disabled نشان می‌دهد که در حال حاضر هیچ مش CAD با جزئیاتی برای این شیء استفاده نمی‌شود. در این حالت، شیء همیشه به‌صورت یک جعبه ساده رسم می‌شود، صرف‌نظر از این‌که چه ماده اپتیکی یا خواص دیگری را انتخاب کنید.

فعال‌سازی Mesh editor

برای فعال کردن مش‌های پیچیده CAD، روی دکمه Edit (با سه نقطه) در کنار Object shape در Object editor کلیک کنید. این کار Mesh editor را باز می‌کند. وقتی برای نخستین بار آن را برای یک شیء باز می‌کنید، سامانه مش غیرفعال است، همان‌طور که در ?? نشان داده شده است.

Mesh editor window showing complex meshes disabled. — *Mesh editor* وقتی مش‌های پیچیده غیرفعال هستند. روی دکمه **Disabled** کلیک کنید تا ویرایش مش برای این شیء فعال شود.

روی دکمه Disabled در نوار ابزار Mesh editor کلیک کنید تا مش‌های پیچیده روشن شوند. پس از فعال‌سازی، ویرایشگر به primitive پیش‌فرض خود که یک هرم است سوئیچ می‌کند. کنترل‌های پیکربندی و مش حاصل در بخش‌های بعدی با جزئیات بیشتر بررسی می‌شوند، با شروع از هرم در ??.

هرم

وقتی برای نخستین بار مش‌های پیچیده برای یک شیء فعال می‌شوند، primitive پیش‌فرض یک هرم است. Mesh editor یک نوار ابزار از primitiveهای موجود (جعبه، منشور، کره، لوله، لوله توخالی، هرم، و غیره) و یک پنل پیکربندی برای شکل فعال را نمایش می‌دهد. برای هرم، می‌توانید شعاع قاعده، ارتفاع، و تعداد ضلع‌های آن را تنظیم کنید. سپس مش هرم جایگزین جعبه ساده برای آن شیء در نمای 3D می‌شود.

Mesh editor window configured to use the pyramid primitive. — *Mesh editor* با مش‌های پیچیده فعال و primitive **Pyramid** انتخاب‌شده. این پنل به شما اجازه می‌دهد شعاع قاعده، ارتفاع، و تعداد ضلع‌ها را تنظیم کنید.

Wireframe pyramid mesh rendered in the 3D scene. — مش هرم حاصل در صحنه 3D. سیم‌فریم قرمز مش CAD مثلث‌بندی‌شده را نشان می‌دهد که جایگزین شکل جعبه‌ای ساده شده است.

تنظیم پارامترهای هرم در ?? بلافاصله مش نمایش‌داده‌شده در پنجره اصلی 3D را به‌روزرسانی می‌کند (??). این کار تنظیم دقیق ابعاد کلی را پیش از ترکیب شیء با اپتیک‌های دیگر در شبیه‌سازی آسان می‌کند.

لوله

primitive Tube یک استوانه توپر ایجاد می‌کند. این گزینه برای مدل‌سازی میله‌ها، ستون‌ها، یا موجبرها مفید است. در پنل پیکربندی می‌توانید شعاع کلی، ارتفاع، و گسسته‌سازی مش را از طریق تعداد ringها و segmentها تنظیم کنید.

Mesh editor window showing configuration options for a solid tube. — گزینه‌های پیکربندی برای یک **Tube** توپر: شعاع، ارتفاع، تعداد ringها در امتداد محور، و تعداد segmentهای زاویه‌ای.

Wireframe cylinder mesh rendered in the 3D scene. — مش لوله توپر حاصل در نمای 3D. انتخاب ریزتر ringها و segmentها یک استوانه نرم‌تر تولید می‌کند اما به قیمت تعداد مثلث‌های بیشتر.

همانند هرم، هر تغییری که در پنجره پیکربندی لوله (??) ایجاد می‌کنید، بلافاصله در مش رندرشده بازتاب می‌یابد (??). افزایش تعداد ringها و segmentها چگالی مش را افزایش می‌دهد، که می‌تواند وفاداری هندسی را بهبود دهد اما ممکن است زمان رهگیری پرتو را نیز بیشتر کند.

لوله توخالی

primitive Hollow tube یک پوسته استوانه‌ای با شعاع داخلی و خارجی تعریف‌شده توسط کاربر تولید می‌کند. این گزینه برای مدل‌سازی لوله‌ها، موجبرهای توخالی، یا ساختارهای نگهدارنده حلقوی مفید است. علاوه بر شعاع و ارتفاع، می‌توانید تعداد ringها و segmentها را برای کنترل مثلث‌بندی مش تنظیم کنید.

Mesh editor window showing configuration options for a hollow tube. — گزینه‌های پیکربندی برای یک **Hollow tube**: شعاع داخلی، شعاع خارجی، ارتفاع، تعداد ringها، و تعداد segmentهای زاویه‌ای.

Wireframe hollow cylinder mesh rendered in the 3D scene. — مش لوله توخالی در صحنه 3D. سیم‌فریم قرمز هم سطوح استوانه‌ای داخلی و هم خارجی را مشخص می‌کند.

با تنظیم شعاع‌های داخلی و خارجی در ??، می‌توانید به‌صورت پیوسته بین یک پوسته نازک و یک استوانه تقریباً توپر جابه‌جا شوید. همانند قبل، تفکیک‌پذیری مش با تعداد ringها در امتداد محور و تعداد segmentهای زاویه‌ای حول محیط کنترل می‌شود (??).

کره

primitive Sphere یک سطح کروی مثلث‌بندی‌شده ایجاد می‌کند. در پنل پیکربندی می‌توانید Radius کره، همراه با تعداد Rings (تقسیمات عرضی) و Segments (تقسیمات طولی) را تنظیم کنید. این پارامترها با هم کنترل می‌کنند که کره با چه دقتی tessellate شود و در نتیجه در نمای 3D چقدر نرم به نظر برسد.

Mesh editor window showing configuration options for a sphere. — گزینه‌های پیکربندی برای یک **Sphere**: شعاع، تعداد ringها، و تعداد segmentهای زاویه‌ای.

Wireframe sphere mesh rendered in the 3D scene. — مش کروی حاصل در نمای 3D. افزایش ringها و segmentها باعث می‌شود سطح نرم‌تر به نظر برسد اما به قیمت تعداد مثلث‌های بیشتر.

برای بسیاری از کاربردهای اپتیکی، تعداد متوسطی از ringها و segmentها کافی است؛ افزایش این مقادیر بیش از حدی که از نظر بصری نرم به نظر می‌رسد تنها زمان شبیه‌سازی را افزایش می‌دهد بدون آن‌که دقت را بهبود دهد. از ?? و ?? به‌عنوان راهنما برای انتخاب مقادیر مناسب استفاده کنید.

منشور

primitive Prism برای ایجاد ساختارهای ساده گوه‌ای یا نوک‌تیز طراحی شده است. در پنل پیکربندی، xyz size کلی منشور (ابعاد dx، dy، و dz) را مشخص می‌کنید. گزینه Peak in center کنترل می‌کند که قله منشور در وسط footprint باشد یا به یک سمت جابه‌جا شود.

Mesh editor window showing configuration options for a prism. — گزینه‌های پیکربندی برای یک **Prism**: اندازه کلی در `x`، `y`، و `z`، و یک کلید برای قرار دادن قله در مرکز footprint.

Wireframe prism mesh rendered in the 3D scene. — مش منشور در صحنه 3D. سطوح مثلث‌بندی‌شده در قله‌ای که در پنجره پیکربندی تعریف شده به هم می‌رسند.

منشورها برای ساخت اجزای اپتیکی پیچیده‌تر، مانند ساختارهای تغییرمسیر نور یا منحرف‌کننده‌های ساده پرتو، مفید هستند. رابطه بین مقادیر dx، dy، و dz در ?? و هندسه حاصل که در ?? نشان داده شده مستقیم است، بنابراین طراحی و تنظیم این شکل‌ها ساده است.

جعبه

primitive Box یک نسخه صریح مبتنی بر مش از جعبه مستطیلی ساده‌ای ارائه می‌دهد که وقتی مش‌های پیچیده غیرفعال هستند استفاده می‌شود. می‌توانید اندازه جعبه را در فیلدهای xyz size (dx، dy، dz) مشخص کنید. در اغلب موارد، از نظر عملی هیچ مزیتی در استفاده از یک مش جعبه‌ای به‌جای باقی گذاشتن شیء در شکل پیش‌فرض جعبه‌ای وجود ندارد، اما این گزینه برای کامل بودن و برای موقعیت‌هایی که می‌خواهید همه اشیا به‌طور یکنواخت از سامانه مش استفاده کنند فراهم شده است.

Mesh editor window showing configuration options for a box. — گزینه‌های پیکربندی برای یک **Box**: ابعاد `x`، `y`، و `z` با آنچه برای جعبه پیش‌فرض شیء استفاده می‌شود یکسان‌اند.

Wireframe box mesh rendered in the 3D scene. — مش جعبه در صحنه 3D. سطوح مثلث‌بندی‌شده همان هندسه شیء مستطیلی پیش‌فرض را بازتولید می‌کنند.

اگر فقط به یک شیء مستطیلی ساده نیاز دارید، معمولاً می‌توانید مش‌های پیچیده را غیرفعال نگه دارید و به جعبه پیش‌فرض تکیه کنید. با این حال، جعبه مبتنی بر مش در ?? و ?? می‌تواند زمانی مفید باشد که بخواهید کنترل سطح مش یکسانی داشته باشید (برای مثال، هنگام export کردن هندسه یا هنگام ترکیب با primitiveهای مش دیگر).

دیافراگم

primitive Aperture برای مدل‌سازی stopها و diaphragmهای اپتیکی در نظر گرفته شده است. این primitive یک صفحه تخت با یک بازشدگی چندضلعی در مرکز ایجاد می‌کند. در پنل پیکربندی، قطر خارجی d0، قطر داخلی d1 (روزنه شفاف)، و تعداد Blades را مشخص می‌کنید که تعداد ضلع‌های بازشدگی چندضلعی را تعیین می‌کند.

Mesh editor window showing configuration options for an aperture. — گزینه‌های پیکربندی برای یک **Aperture**: اندازه بیرونی `d0`، بازشدگی داخلی `d1`، و تعداد bladeها که شکل چندضلعی دیافراگم را تعیین می‌کند.

Wireframe aperture mesh rendered in the 3D scene, showing the polygonal opening. — مش دیافراگم در صحنه 3D. بازشدگی چندضلعی مرکزی ناحیه‌ای را تعریف می‌کند که نور می‌تواند از آن عبور کند.

در یک مدل اپتیکی معمول، ماده صفحه دیافراگم روی یک محیط جاذب یا فلزی تنظیم می‌شود تا فقط نوری که از بازشدگی عبور می‌کند در شبیه‌سازی سهم داشته باشد. با تنظیم d0، d1، و تعداد bladeها در ??، می‌توانید به‌سرعت اندازه‌ها و شکل‌های مختلف stop را نمونه‌سازی کنید و فوراً هندسه حاصل را که در ?? نشان داده شده ببینید.

لنز

primitive Lens در Mesh Editor به شما اجازه می‌دهد لنزهای اپتیکی کاملاً مثلث‌بندی‌شده بسازید. لنزها می‌توانند گرد یا مربعی باشند، و هر سطح می‌تواند یکی از چندین شکل را داشته باشد: plano (تخت)، spherical، parabolic، ellipsoid، hyperbolic، یا aspheric. این گزینه‌ها مدل‌سازی انعطاف‌پذیر عناصر اپتیکی برای رهگیری پرتو را ممکن می‌سازند.

هر لنز دو سطح دارد—Surface 0 و Surface 1—و هر سطح را می‌توان به‌صورت مستقل پیکربندی کرد. پارامترها شامل موارد زیر هستند:

Surface r — شعاع انحنا (بسته به این‌که سطح محدب یا مقعر باشد مثبت یا منفی).
Surface k — ثابت مخروطی برای سطوح غیرکروی.
Surface A4, A6, … — ضرایب aspheric مرتبه بالاتر.
ct — ضخامت مرکزی بدنه لنز.
Diameter — قطر فیزیکی لنز.
Hole diameter — اندازه یک سوراخ مرکزی اختیاری.

Lens Editor قدرتمند است، اما در بیشتر گردش‌کارهای اپتیکی دستکاری لنزها با استفاده از S-plane editor که بعداً توضیح داده می‌شود آسان‌تر است. Mesh Editor عمدتاً زمانی مفید است که به هندسه صریح مثلث‌بندی‌شده لنز برای export یا برای اشکال‌زدایی دیداری نیاز داشته باشید.

Lens editor configuration window showing aspheric surface parameters. — پنل **Lens configuration**. هر دو سطح را می‌توان روی plano، spherical، parabolic، ellipsoid، hyperbolic، یا aspheric تنظیم کرد. پارامترهایی مانند r، k، A4، و A6 انحنا و رفتار مرتبه بالاتر هر سطح را تعریف می‌کنند.

Concave lens mesh shown in the 3D scene. — یک **لنز مقعر** که با استفاده از Mesh Editor تولید شده است. سطح مثلث‌بندی‌شده از انحنای مشخص‌شده در ?? پیروی می‌کند.

Lens with central hole rendered in the 3D scene. — یک لنز با **سوراخ مرکزی**. اندازه سوراخ توسط فیلد **Hole diameter** کنترل می‌شود. چنین لنزهایی در چیدمان‌های اپتیکی ویژه که باید انسدادهای مرکزی مدل شوند استفاده می‌شوند.

Convex lens mesh shown in the 3D scene. — یک **لنز محدب** که هر دو سطح آن روی پروفایل‌های خمیده تنظیم شده‌اند. فرم مثلث‌بندی‌شده برای شبیه‌سازی‌های اپتیکی دقیق که در آن‌ها شکل فیزیکی باید به‌طور صریح مدل شود مناسب است.

نمونه‌های پیکربندی در ??، ??، ??، و ?? با هم نشان می‌دهند که Lens Editor چگونه می‌تواند طیف گسترده‌ای از عناصر اپتیکی را بسازد.

پایگاه داده اشکال

گزینه Shape Database دسترسی به کتابخانه‌ای از مش‌های CAD از پیش تعریف‌شده را که در قالب خود OghmaNano ذخیره شده‌اند فراهم می‌کند. این شکل‌ها به‌صورت on the fly توسط Mesh Editor تولید نمی‌شوند؛ در عوض مستقیماً از پایگاه داده داخلی بارگذاری می‌شوند و می‌توان آن‌ها را در چندین شبیه‌سازی مجدداً استفاده کرد.

افزون بر شکل‌های استاندارد کتابخانه، می‌توانید تصاویر تخت—مانند نقشه‌های ارتفاع AFM—را نیز به Shape Database وارد کرده و آن‌ها را به اشیای 3D تبدیل کنید. این موضوع آن را به مکانی مناسب برای نگه‌داری هندسه‌های پرکاربرد تبدیل می‌کند، چه منشأ آن‌ها اندازه‌گیری‌ها باشد، چه ابزارهای CAD خارجی، یا پروژه‌های قبلی.

Mesh editor window showing a shape selected from the internal shape database. — پنل **Shape Database**. یک مش CAD ذخیره‌شده (اینجا با نام `teapot`) از کتابخانه داخلی انتخاب شده و با استفاده از فیلدهای **xyz size** مقیاس‌دهی شده است.

وقتی یک شکل در ?? انتخاب شود، مانند هر primitive مش دیگری رفتار می‌کند: به شیء فعلی متصل می‌شود و به‌طور کامل در شبیه‌سازی رهگیری پرتو مشارکت می‌کند.

وارد کردن فایل‌های CAD

به‌جای آن‌که ابتدا شکل‌ها را به پایگاه داده داخلی اضافه کنید، همچنین می‌توان مش‌ها را مستقیماً از فایل‌های CAD خارجی با استفاده از گزینه CAD File متصل کرد. این کار زمانی مفید است که از قبل یک مدل ذخیره‌شده روی دیسک داشته باشید و صرفاً بخواهید آن را به یک شبیه‌سازی OghmaNano وارد کنید.

در حال حاضر، واردکننده از فایل‌های استاندارد Wavefront OBJ پشتیبانی می‌کند. سایر قالب‌های غیراستاندارد یا اختصاصی پذیرفته نمی‌شوند، بنابراین اگر هندسه شما در قالب دیگری ذخیره شده باشد، ابتدا باید به‌صورت یک مش Wavefront OBJ export شود.

Mesh editor CAD file panel showing the selected OBJ file and scaling controls. — پنل **CAD File**. از انتخاب‌کننده فایل برای انتخاب یک فایل Wavefront OBJ استفاده کنید و **xyz size** آن را تنظیم کنید تا مقیاس فیزیکی مش واردشده تعیین شود.

Imported CAD teapot mesh rendered in the 3D scene. — یک مش CAD واردشده (یک قوری) که در صحنه 3D رندر شده است. این هندسه مستقیماً از یک فایل OBJ خارجی می‌آید و سپس به‌عنوان یک مش کامل 3D در شبیه‌سازی استفاده می‌شود.

نمونه در ?? و ?? نشان می‌دهد که چگونه یک مدل CAD خارجی را می‌توان به OghmaNano وارد کرد و با دیگر اجزای اپتیکی موجود در صحنه ترکیب نمود.