Positionierung
Platzierung ist wie FreeCAD den Standort und die Lage (Orientierung) eines Objekts im Raum angibt. Die Platzierung kann in vielfältigen Formen angegeben und über Skripten, den Eigenschaftenbereich oder den Platzierungsdialog (Bearbeiten Menü) bearbeitet werden.
=Zugriff auf das Platzierungsattribut
Auf die Platzierungsattribute eines Objekts kann auf 3 Arten zugegriffen und verändert werden:
Formen der Platzierung
Die Platzierung wird intern als eine Position und eine Rotation (Drehachse und Winkel in ein Quaternion umgewandelt Quaternionen und räumliche Rotation, Quaternionen) gespeichert. Während es mehrere Formen gibt, um eine Rotation festzulegen, z.B. mit einem Rotationszentrum, wird dies nur zur Beeinflussung der Rotationsberechnung verwendet und nicht für spätere Operationen gespeichert. Wenn eine Drehachse von (1,1,1,1) angegeben ist, kann sie ebenfalls normalisiert werden, wenn sie im Quaternion gespeichert ist und als (0.58, 0.58, 0.58, 0.58, 0.58) erscheinen, wenn das Objekt später durchsucht wird.
Winkel, Achse und Position
Platzierung = [Winkel, Achse, Position]
Die erste Form der Platzierung fixiert die Position eines Objekts im Raum und beschreibt seine Ausrichtung als eine einzige Drehung um eine Achse.
Winkel = r ist ein Skalar, der den Grad der Drehung des Objekts um die Achse anzeigt. Wird zwar als Grad eingegeben, wird aber intern als Bogenmaß gespeichert.
Achse = (ax,ay,az) ist ein Vektor, der eine Drehachse beschreibt (siehe Hinweis zur Drehachse). Beispiele sind:
(1,0,0,0) ==> um die X-Achse. (0,1,0) ==> um die Y-Achse. (0,0,1) ==> um die Z-Achse (0.71,0.71,71,0) ==> um die Linie y=x.
Beachte, dass es auch möglich ist, ein Objekt entlang dieser Drehachse (Axialbewegung) zu verschieben (bewegen), indem Du den Bewegungsabstand in der Axialspinbox eingibst und auf die Schaltfläche Apply axial klickst. (Eine Möglichkeit, sich eine axiale Bewegung vorzustellen, ist, an ein Flugzeug zu denken, bei dem sich ein Propeller auf der Nase dreht - der Propeller dreht sich um eine Drehachse, während sich das Flugzeug entlang derselben Achse bewegt.) Die Werte im Vektor können als die relative Bewegungsgröße betrachtet werden, die in dieser Richtung angewendet wird. So wird beispielsweise im Fall y=x (0.71,0.71,71,0) der in der Axialspinbox enthaltene Wert gleichermaßen auf die X- und Y-Richtung angewendet, aber es findet keine Bewegung in der Z-Richtung statt.
Position = (x,y,z) ist ein Vektor, der den Punkt beschreibt, von dem aus die Geometrie des Objekts berechnet wird (in Wirklichkeit ein "lokaler Ursprung" für das Objekt). Beachten Sie, dass in Skripten Placement.Base verwendet wird, um die Positionskomponente einer Platzierung zu bezeichnen. Der Eigenschaftseditor ruft diesen Wert "Position" und der Positionierungsdialog nennt ihn "Translation".
Position und Gieren, Neigen und Rollen
Positionierung = [Position, Gieren-Neigen-Rollen]
Die zweite Form der Positionierung fixiert die Position eines Objekts im Raum mit einer Position (wie in der ersten Form), beschreibt aber seine Ausrichtung mit den Winkeln Gieren, Neigen und Rollen (Gieren, Neigen, Rollen). Diese Winkel werden manchmal als Euler-Winkel oder Tait-Bryan-Winkel bezeichnet (Euler-Winkel). Gieren, Neigen und Rollen sind gängige Luftfahrtbegriffe für die Orientierung (oder Haltung) eines Körpers.
Position = (x,y,z) ist ein Vektor, der den Punkt beschreibt, von dem aus die Geometrie des Objekts berechnet wird (in Wirklichkeit ein "lokaler Ursprung" für das Objekt).
Yaw-Pitch-Roll = (y,p,r) ist ein Tupel, das die Position des Objekts angibt. Die Werte für y,p,r geben den Grad der Drehung um jede der z,y,x-Achsen an (siehe Hinweis).
>>> App.getDocument("Name_des_Dokuments").Cylinder.Placement=App.Placement(App.Vector(0,0,0,0), App.Rotation(10,20,30), App.Vector(0,0,0))
App.Rotation(10,20,30) = Euler Winkel
Gieren = 10 Grad (Z)
Neigung = 20 Grad (Y)
Rollen = 30 Grad (X)
Yaw ist die Drehung um die Z-Achse, d.h. eine Drehung von links nach rechts.
(Der Gierwinkel wird Psi ψ genannt).
Pitch ist die Rotation um die Y Achse, man kann sagen, die Nase hoch und runter.
(Der Neigungswinkel wird Phi φ genannt).
Roll ist die Rotation um die X Achse, man sagt über die Flügel rollen.
(Der Rollwinkel wird Thêta θ genannt).
Matrix
Positionierung = Matrix
Die dritte Form der Positionierung beschreibt die Position und Orientierung des Objektes mit einer 4 mal 4 Transformationsmatrix (Affine Abbildung).
Matrix =
((r11,r12,r13,t1), (r21,r22,r23,t2), (r31,r32,r33,t3), (0,0,0,1)) , wobei rij die Rotation und ti die Verschiebung angibt.
Der Platzierungsdialog=
Der Platzierungsdialog wird über das Menü Bearbeiten aufgerufen. Er wird zum präzisen Drehen/Übersetzen von Objekten verwendet. Er wird auch verwendet, wenn wir eine Skizze auf einer "Nicht Standard" Ebene erstellen oder die Ausrichtung einer Skizze auf eine neue Ebene ändern müssen.
Der Abschnitt Schiebung passt die Position des Objekts im Raum an. Der Abschnitt Mitte passt die Rotationsachse an eine Achse an, die nicht durch den Referenzpunkt des Objekts verläuft. Der Abschnitt Rotation stellt den/die Rotationswinkel und die Methode zur Angabe dieser Winkel ein.
Aber während die Elemente innerhalb jedes Abschnitts im Allgemeinen für den Zweck dieses Abschnitts gelten, gibt es auch einige Elemente in einem Abschnitt, die sich auf Elemente in einem anderen Abschnitt auswirken können. Wenn Sie beispielsweise im Abschnitt Zentrum mit 2 in der 3D-Ansicht ausgewählten Punkten auf die Schaltfläche "Ausgewählte Punkte" klicken, werden nicht nur die Koordinaten-Rotationsboxen Zentrum mit den Koordinaten des Zentrums zwischen diesen beiden ausgewählten Punkten gefüllt, sondern es wird auch eine benutzerdefinierte Achse entlang der Linie erstellt, die durch diese beiden ausgewählten Punkte im Abschnitt Rotation definiert ist. In einem anderen Beispiel wird durch Platzieren eines Wertes in der Axial-Rotationsbox und Klicken auf die Schaltfläche "Übernehmen" axial im Abschnitt Verschieben das Objekt entlang der im Abschnitt Rotation definierten Achse verschoben/bewegt.
Das Kontrollkästchen 'Inkrementelle Änderungen an der Objektpositionierung anwenden ist nützlich, wenn Drehungen/Verschiebungen relativ zur aktuellen Position/Höhe des Objekts und nicht zur ursprünglichen Position/Höhe vorgenommen werden sollen. Das Ankreuzen dieses Kästchens setzt die Dialogeingabefelder auf Null zurück, ändert aber nicht die Orientierung oder Lage des Objekts. Nachfolgende Eingaben ändern zwar die Orientierung/Lage, werden aber von der aktuellen Position des Objekts aus angewendet. Das Aktivieren dieses Kontrollkästchens ist auch bei der Verwendung der Schaltfläche "Gewählte Punkte" nützlich, da es manchmal unerwünschte Positionierungsänderungen verhindern kann.
PS: seit Version 0.17 wird das neue Objekt "Part" eingeführt. Dieses Objekt hat eine Positionierungsfunktion und das im Objekt "Part" erstellte Positionierungsobjekt wird mit der "Part" Positionierungsfunktion inkrementiert. introduced in version 0.17 Mit dem folgenden Code erhält man das "Part" Positionierungsobjekt
import Draft, Part
sel = FreeCADGui.Selection.getSelection()
print sel[0].Placement
print sel[0].getGlobalPlacement() # return the GlobalPlacement
print sel[0].getParentGeoFeatureGroup() # return the GeoFeatureGroup, ex: Body or a Part.
print "____________________"
Die Schaltfläche Ausgewählte Punkte wird verwendet, um die Koordinaten in die Koordinaten-Rotationsboxen Zentrum einzutragen und, wenn 2 oder 3 Punkte ausgewählt sind, zusätzlich eine benutzerdefinierte Rotationsachse im Abschnitt Rotation zu erstellen. Ein Punkt kann ein Scheitelpunkt sein, aber er kann auch ein beliebiger Punkt entlang einer Kante oder auf einer Fläche sein. Wenn Sie eine Kante oder Fläche auswählen, wird die gesamte Kante oder Fläche ausgewählt, aber FreeCAD merkt sich auch, über welchen Punkt auf dieser Fläche oder Kante der Mauszeiger schwebte, als diese Kante oder Fläche ausgewählt wurde. Es sind die Koordinaten dieses Punktes, die im Positionierungsdialog verwendet werden, wenn die Schaltfläche Ausgewählte Punkte angeklickt wird. Dies ist keine präzise Art und Weise einen Punkt auszuwählen. Aber in vielen Fällen reicht es aus, dass sich der ausgewählte Punkt garantiert auf dieser Kante oder Fläche befindet. In Fällen, in denen ein zu verwendender Punkt genau bestimmt werden muss, sollten ein Scheitelpunkt gewählt werden. Wenn an der gewünschten Stelle kein Scheitelpunkt vorhanden ist, sollten einer erstellt werden, z.B. in einer temporären Skizze, die an diese Fläche oder Kante angehängt wird oder unter Verwendung eines "Draft workbench"-Objekts, wie z.B. einer Linie oder eines Punktes usw.
Let us first consider the simple case of selecting 1 point. The workflow is to first select the desired point, then click the Selected points button. The coordinates of the selected point will be used to populate the X, Y, and Z spinboxes within the Center section. Now any rotation done on the object will about this center of rotation.
Now consider the case of selecting 2 points. You would select the 2 desired points, and then click the Selected points button. The coordinates of the midpoint between the 2 selected points get placed into the X, Y, and Z spinboxes within the Center section. Now any rotation done on the object will be about this center of rotation. But in addition to setting up the Center section coordinates a custom (user-defined) axis is also added to the Axis element within the Rotation section. (Note: if you were in Euler rotation mode, the mode gets switched to Rotation with an axis mode and the new custom axis is selected as the current axis of rotation.) Now any rotation done using the new custom axis will be about this axis of rotation. As an added bonus, the distance is measured between the 2 selected points, and this information is given in the Report View. (Note: Hold down the Shift key while clicking the Selected points button to copy the distance measurement to the clipboard.) By entering this distance into the Axial spinbox in the Translation section and clicking the Apply axial button you can translate (move) the object so that the first selected point now occupies the coordinates occupied by the second selected point (at the time the Selected points button was clicked).
Now consider the case of selecting 3 points. You would select the 3 desired points, and then click the Selected points button. The coordinates of the first selected point (order of selection is very important here) get placed into the X, Y, and Z spinboxes within the Center section. Since 3 points define a plane FreeCAD is able to take advantage of that and use those 3 points to create a new custom (user-defined) axis of rotation that is normal (perpendicular) to that defined plane. As with 2 selected points, the distance between points is also shown in the Report View, but this time it is the distance between the 2nd and 3rd selected points. (Note: Hold down the Shift key while clicking Selected points button -- Shift + Click -- to copy the angle measurement to the clipboard.) Additionally, the angle between the 2nd and 3rd points is also measured and displayed in the Report View. By entering this angle into the Angle spinbox within the Rotation section we can very precisely rotate the object such that now the 2nd selected point is in alignment with the coordinates occupied by the 3rd selected point. (Note: you might want to increase the number of digits used within the Edit menu -> Preferences -> General -> Units -> Number of decimals spinbox if you desire more precision.)
Beispiele
Rotationen um eine einzelne Achse:
Vor der Rotation (Draufsicht)
Nach der Rotation um Z (Draufsicht)
Nach der Rotation um y=x (Ansicht von rechts)
Rotation mit versetztem Zentrum:
Vor der Rotation (Draufsicht)
Nach der Rotation um Z (Draufsicht)
Rotation mit Euler-Winkeln:
Vor der Rotation
Nach der Rotation
Placement.Base verglichen mit Shape Definition
Positionierung ist nicht der einzige Weg, eine Form im Raum zu positionieren. Siehe die Python Konsole in diesem Bild:
Beide Würfel haben den selben Wert zur Positionierung, befinden sich aber an verschiedenen Orten! Das geschieht, weil die beiden Formen durch unterschiedliche Knoten (Kurven in komplexeren Formen) bestimmt werden. Zu den beiden Formen in der Illustration oben:
>>> ev = App.ActiveDocument.Extrude.Shape.Vertexes >>> for v in ev: print v.X,",",v.Y,",",v.Z ... 30.0,30.0,0.0 30.0,30.0,10.0 40.0,30.0,0.0 40.0,30.0,10.0 40.0,40.0,0.0 40.0,40.0,10.0 30.0,40.0,0.0 30.0,40.0,10.0 >>> e1v = App.ActiveDocument.Extrude001.Shape.Vertexes >>> for v in e1v: print v.X,",",v.Y,",",v.Z ... 0.0,10.0,0.0 0.0,10.0,10.0 10.0,10.0,0.0 10.0,10.0,10.0 10.0,0.0,0.0 10.0,0.0,10.0 0.0,0.0,0.0 0.0,0.0,10.0 >>>
Die Knoten (oder Vektoren), die die Form bestimmen verwenden das Placement.Base Attribut als deren Ursprung. Wenn du also eine Form um 10 Einheiten entlang der X Achse verschieben möchtest, könntest du 10 zu den X Koordinaten aller Knoten hinzufügen, oder du kannst Placement.Base zu (10,0,0) setzen.
Verwendung von "Mitte" zur Steuerung der Rotationsachse
Standardmäßig ist die Rotationsachse nicht wirklich die x/y/z Achse. Sie ist eine Linie, die parallel zur ausgewählten Achse verläuft, aber durch den Referenzpunkt (Placement.Base) des zu drehenden Objekts verläuft. Dies kann durch die Verwendung der Felder Zentrum im Dialogfeld Platzierung oder, in Skripten, durch Verwendung des Parameters Zentrum des Konstruktors FreeCAD.Placement geändert werden.
Nehmen wir zum Beispiel an, wir haben einen Quader (unten), der auf (20,20,10) positioniert ist.
Wir möchten den Quader um seine eigene vertikale Mittelachse (d.h. das lokale Z) drehen, wobei er die gleiche Position beibehält. Dies lässt sich leicht erreichen, indem wir einen Mittelpunktswert angeben, der den Koordinaten des Quadermittelpunkts (25,25,15) entspricht.
In einem Skript würden wir das tun:
import FreeCAD
obj = App.ActiveDocument.Box # our box
rot = FreeCAD.Rotation(FreeCAD.Vector(0,0,1),45) # 45° about Z
#rot = FreeCAD.Rotation(FreeCAD.Vector(1,0,1),45) # 45° about X and 45° about Z
#rot = FreeCAD.Rotation(10,20,30) # here example with Euler angle Yaw = 10 degrees (Z), Pitch = 20 degrees (Y), Roll = 30 degrees (X)
centre = FreeCAD.Vector(25,25,15) # central point of box
pos = obj.Placement.Base # position point of box
newplace = FreeCAD.Placement(pos,rot,centre) # make a new Placement object
obj.Placement = newplace # spin the box
Das selbe Skript mit der Beispieldatei RotateCoG2.fcstd (Diskussion im Forum)
import FreeCAD
obj = App.ActiveDocument.Extrude # our box
rot = FreeCAD.Rotation(FreeCAD.Vector(0,0,1),45) # 45 about Z
#rot = FreeCAD.Rotation(FreeCAD.Vector(1,0,1),45) # 45° about X and 45° about Z
#rot = FreeCAD.Rotation(10,20,30) # here example with Euler angle Yaw = 10 degrees (Z), Pitch = 20 degrees (Y), Roll = 30 degrees (X)
centre = FreeCAD.Vector(25,25,0) # "centre" of rotation (where local Z cuts XY)
pos = obj.Placement.Base # original placement of obj
newplace = FreeCAD.Placement(pos,rot,centre) # make a new Placement object
obj.Placement = newplace # spin the box
Hinweise
- Achse und Winkel können auch als Quaternionen ausgedrückt werden.
- Der Referenzpunkt eines Objektes ändert sich, abhängit vom Objekt selbst. Beispiele allgemeiner Objekte:
| Objekt | Referenzpunkt |
|---|---|
| Part.Box | linker (minx), vorderer (miny), unterer (minz) Scheitelpunkt |
| Part.Sphere | Mittelpunkt der Kugel (d.h. Zentrum des Begrenzungskastens) |
| Part.Cylinder | Mitte der unteren Fläche |
| Part.Cone | Mitte der unteren Fläche (oder Scheitelpunkt, wenn der untere Radius 0 ist) |
| Part.Torus | Zentrum eines Torus |
| Von Skizzen abgeleitete Merkmale | das Merkmal erbt die Position der zugrundeliegenden Skizze. Skizzen beginnen immer mit der Position = (0,0,0). Diese Position entspricht dem Ursprung in der Skizze. |
Probleme
- Ab Version 0.13 wurde die Aktualisierung der Positionierungseigenschaften auf der Registerkarte Daten für Objekte deaktiviert, die mit PartDesign erstellt wurden, mit Ausnahme der ersten Skizze, aus der das Solid erstellt wird. Daher kann die Positionierung eines Solids, das in PartDesign aus einer Skizze erstellt wurde, nur geändert werden, indem die Positionierungsparameter der ursprünglichen Konstruktionsskizze (der ersten Skizze), aus der das Solid erstellt wurde, angepasst werden.
- Die Funktion der Positionierung wird eventuell im Arbeitsbereich Zusammenbau behandelt.
Weiteres
- Das Tutorial: Flugzeug deckt die Vorghensweise der Positionierung eines Objekts umfassend ab.
- Eine Schritt-für-Schritt-Erklärung des Positionierungsdialogs finden Sie hier Tasks_Placement.