※此案例寫於 2006.03.31,於2022.05.12轉移到新站
前言
2005 年的某日,接到一通電話,問我們是否可以協助研發”導光板”,當時的我真的完全不知道這是什麼玩意,為何會找上我們,抱著好奇的心裡,逐步進行暸解。
備註說明:由於在此廠商希望在此報告中不要提及其名稱,所以下面就用 “S 公司” 稱呼之。
啟先用 S 公司 E-mail 傳了一個 AutoCAD 的檔案給我,開啟後發現圖檔內只有一個平面方塊上佈滿了圓形,詳細查看,這些圓以漸大或漸小的方式排列著,而且一張圖往往有數拾萬個圓,經過瞭解其作用是為了加工 “LCD導光板” 的設計作業所必需,其原料看起來是一片四方形的壓克力板,上面佈滿許多小凹點,利用這些小凹點就可以將來至於邊緣 LED 的光線折射到 LCD 面板上,這些小凹點的大小是用於控制其折射的量,在離光源亮度越近則小凹點越小,越遠則越大,這樣便能使來自邊緣的光線,看起來平均佈射於此壓克力板上,而無需如早期的螢幕必須從背後打光,而改由四邊、上下、左右打光,即可完成此超薄的 LCD 面板。
模擬展示 : (本圖採用 3DDE 2006 燈光模擬製作)
在腦肋中一閃而過,這是”數學的問題”,而這些圓形,必須是可被控制的,因為面板的大小、解折度、光源的照度…等都會影響圓孔大小與排列,於是我開始瞭解目前他們如何控制這些因素,經過到 S 公司 參觀及簡報,已經有進一步的認知,這個技術來自日本某知名的電子公司,是利用 “工作站等級的電腦”,經過精密完整計算並經由 PC 透過 AutoCAD 呈現出來,廠商完全依此摸式作業行之有年,對廠商來說,此技術完全來自於一台電腦,萬一壞了或其他的狀況發生,可能生產會停罷,所以找上我們公司,根據事後晾解,在我們之前已經有幾家專門的 CAD 公司,已經嘗試過,都沒有成功。
對於建築領域的我們來說,又是一個新的挑戰,現實上我不敢答應廠商一定能夠成功,但我們將全力以赴,不一定成功,當然就不能談”費用”,所以就直接進入”可行性分析”。
可行性分析
要作可行分析的第一階段是從結果中反算回來,看看它有何規則性,為此我們要了份已完成的圖檔,寫一支程式讀取每一個圓的面積,並投影在 Z 軸的高度值上,便形成了一個曲線所形成的曲面圖,發現越近光源 z 軸座標值越少.可以看出下面的導光板的光源燈管是來至兩邊,中間離光源最遠,所以越靠中間圓面積越大,則光線通過越大,四邊角落也是如此。
白色部份為 S公司 提供的結果檔,綠色部份為程式模擬後產生的曲線。
根據以上的分析,我就可以反向操作,如果能先有曲線就可以投影到平面上來作出圓形,只要提供操作者有控制幾條主要曲線的能力,進而利用這些曲線產生平滑的 90 度角曲線,就可完成任務。
對於此想法,我們提出了第一階段的簡報,並瞭解他們如何控制這些曲線。
錯誤的嘗試
控制最後結果的兩個關鍵是一條 Y方向的中軸線及 數條 X 方向的補正線,就如同一條方巾,放在網子上,要調整某區域的高度,只要拉動網面上的線就能夠達到目的,當然如果要用數學演算模擬,是一個複雜的運算,所以就讓 AutoCAD以圖形模式來解決吧
於是我們決定用 PLINE 線把它形成指定密度的聚合線,結果如下圖:但是中間不夠平滑,作出成品後會產生中間有分顯的一絛分界,所以算是失敗的實例。
成功的實例
改用 SPLINE 來作,就形成了平滑的圖形,如下圖:
再用此曲線圖透過精確的演算將Z軸的值用面積反算出圓半徑,在 XY 平面繪出圓形,如下圖:白色為原檔,紅色為根據現有之 SPLINE 產生的,兩個顏色幾乎完全重疊,這一點表示:立論正確才能成功。
簽約 – 專案開始製作
此時我們 與 S公司已經吃下定心丸,因為最關鍵的部份已經解決,簽約完成後開始正式進入研發程序,此時已將此初步的成果交給 S公司作各種狀況的測試,有問題就作細部修正,再下來就要完成中軸線與橫向補正線的建立與編輯的能力,為了讓使用者能夠視覺化調整這些曲線,其中使用了許多 CAD 特有的程式技巧,經過三個月左右的研發與測試終於完成。
這是一個典型的專案過程,因為我們當初無法確定是否有把握達成目標,所以先作前置研發,証明沒有問題,才簽約,這是我們面對新挑戰的態度,如果對於作過的行業,預計一定能夠成功,就未必進行此種模式了。
專案完成製作,展現成果
專案完成後,將所有的功能集合在一 ICON 功能表上,方便使用者操作。
分別依序簡述如下:
產生專案定義檔
用來自動產生佈點前置作業的『專案定義檔』,此檔定義了中軸檔及各補正線檔與其對應位置。
佈點主程式
此程式用 3DDE 對話框程式撰寫
設定主畫面:
視需要修改其它參數,譬如『光點形狀』。
參數完成設定,即開始佈點
進入補正線編輯模式
進入補正線編輯的第一個動作。一執行此功能,將會立刻開啟一新圖檔,將所有補正線繪製在圖面上,以供後續點選並進入單線編輯作業。
視需要修改其它參數
按『OK』後,即自動完成如下圖般的圖形,並帶出一個選取中控台(操作說明請見『補正線編輯主控台』)。
其它次要選項說明
- [縱向輔助線數]:增加曲面的視覺密度,不影響編輯的功能。
- [是否乘上實際透光率]:因補正線為中軸線資料的比率值,無法呈現出補正線所在位置的實際透光率。開啟此項功能將有助於觀察整個面板的實際透光率分佈情形。(當開啟此功能時,不建議進行編輯作業)
- [精度控制]:用於數學演算中的精度控制,保持內定值即可。
- [模擬曲面倍率]:用來誇張曲面的高度,以便肉眼觀察。改變此值不會影響時實際的編輯結果。
圖例一:誇張的視覺效果。
圖例二:高密度的曲面被覆(縱向輔助線數:100)
補正線編輯主控台
呼叫出補正線編輯中控台,以此為作業核心,可一一修改專案中的所有補正線,最後再將結果存出。
操作說明:
- [左欄] 為參考線,可用來包圍目標補正線,據以參考。(參考線的顏色可以修改,按 Ctrl 鍵可複選)
- [右欄] 為編輯目標,每按一次,圖面中對應的補正線會以黃色來顯示,方便辨識。
- [預視] 用來立即顯示參考線的顏色及位置,但選取目標線的動作已涵蓋此功能,故此功能可忽略。
- [OK] 即進入單線編輯模式。
- [儲存結果] 會將所有補正線的目前結果存出。(注意:任何補正線的異動均會被存出,包含手動修改)
按 [OK] 後,即進入單線編輯模式,請執行『編輯補正線節點』來進行後續編輯動作。
按 [儲存結果] ,會經確認後再執行。
編輯補正線節點
執行單線編輯功能,包含節點的位移、新增、移除。
- [X點位]:點選時,圖面中相應點位會凸顯,並可於下方的輸入欄直接輸入數值。
- [透光率]:點選時,圖面中相應點位會凸顯,並可於下方的輸入欄直接輸入數值。
- [認點]:按下後,對話框暫時關閉,圖面中所有節點均會凸顯。等待點取其中一點後,對話框重新顯示,並突顯該點所對應的數值。
- [加點]:按下後,對話框暫時關閉,這時請在圖面中任點一點,新的節點立刻產生,對話框中也會將新的節點資訊載入並突顯。
- [移除]:按下後,對話框暫時關閉,這時請在圖面中選取一個節點(移到目標附近時會有鎖點標示),被點到的節點會立刻移除,對話框中的對應資料也會移除。
圖例一:在對話框中每點一組資料,圖面中的節點會相應凸顯。
圖例二:[認點][加點][移除]時,均會顯示出目前的所有節點以方便辨識。
取得佈點資訊
當佈點作業完成時,會將總體透光率 存出到 SM.INFO 檔,點選此功能可得知總體透光率。
原理說明篇
說明工作原理
結語
這是一個成功的專案,利用專案的過程讓我們瞭解了一個新的領域,當然,此研發結果將成為”套裝軟體”,提供給需要的廠商使用,歡迎相關廠商來電洽詢。
我們雖然是工程業的背景,對其他行業也抱著高度的興趣,以工程業踏實的作業摸式,完成每一個業界所委託的專案,只要您需要,我們會試試看。