Resumen de Diseño e implementación de un motor gráfico para la creación y visualización de objetos complejos en programas de simulación electromagnética
- español
En esta tesis se presenta el diseño y desarrollo de una nueva herramienta gráfica para el conjunto de software de simulación electromagnética newFASANT. El sistema presentado permite el modelado geométrico de escenarios complejos en 3D, la simulación electromagnética y la visualización de resultados.
La empresa NEWFASANT S.L. desarrolla desde hace años herramientas software orientadas al análisis electromagnético. Estas herramientas permiten reducir notablemente los costes de diseño y fabricación de elementos radiantes o sus entornos.
La parte de diseño del escenario de simulación es muy importante, es necesaria una herramienta potente para trabajar con los modelos geométricos en 3D y que se ajusten a las especificaciones del usuario. A su vez, el éxito del programa depende en gran medida de lo fácil e intuitivo que resulte trabajar con su interfaz de usuario.
Para la nueva herramienta, se ha creado un motor gráfico que permite trabajar con curvas y superficies NURBS de manera sencilla. Los núcleos de simulación electromagnética utilizan este tipo de superficies debido al alto rendimiento que proporcionan, ya que permiten definir formas arbitrarias de manera exacta utilizando muy poca información.
La nueva herramienta se ha desarrollado en Java utilizando Swing y se ha escogido Java3D para desarrollar el motor gráfico. Dichas librerías permiten la integración del escenario 3D en la herramienta y proporcionan las funcionalidades básicas de visualización. Por encima de esto se ha desarrollado la funcionalidad necesaria para trabajar con curvas y superficies NURBS, la cual es independiente y podría adaptarse a otras plataformas como OpenGL o JOGL.
La parte de simulación electromagnética se estructura en distintos módulos (RCS, Antenas, Estructuras Periódicas, IR...) dependiendo del tipo de simulación que se va a realizar. El usuario crea o importa el modelo geométrico en la herramienta e introduce los datos de simulación, generalmente mediante pestañas o interactuando con el escenario 3D. Posteriormente, la interfaz de usuario se encarga de escribir los ficheros de entrada y ejecutar los programas de simulación. Cuando el proceso ha terminado, se leen los ficheros de salida y la herramienta permite visualizar y exportar los resultados de forma atractiva.
Finalmente y como validación de la herramienta propuesta, se presenta el diseño de un reflectarray conformado sobre una superficie parabólica que utiliza la técnica VRT para generar una discriminación en polarización circular. Para comprobar la validez del diseño, también se ha creado un demostrador, que ha sido fabricado y medido para comparar los resultados.
- English
This thesis presents the design and development of a new graphical user interface (GUI) for the newFASANT electromagnetic simulation software. The developed system allows geometric modeling integration of complex 3D scenarios, electromagnetic simulations and results visualization in the same application.
The NEWFASANT S.L company has developed several software tools of electromagnetic analysis. These tools allows to reduce the design and manufacturing costs of the radiating elements and their environments.
The design process is very important, a powerful tool is needed to create 3D models of real environments that can be simulated. In turn, the program’s success depends on how easy and intuitive it’s to work with the user interface.
For the application, a new graphics engine has been developed, which allows to work with NURBS curves and surfaces in a simple way. The electromagnetic simulation kernel works with these surfaces due to the high performance, they allow to define accurately arbitrary shapes with less information.
The user interface has been developed in Java using Swing and Java3D to develop the graphics engine. These libraries allow the integration of the 3D scenario in the GUI and provide the basic visualization tools. It has also developed the necessary functionality to work with NURBS, it does not depend of Java3D and could be adapted to other platforms like OpenGL or JOGL.
The electromagnetic simulation process is divided into different modules (RCS, Antennas, Periodical Structures, IR ...) depending on the simulation type. The user creates or imports the geometric model in the GUI and selects the simulation parameters, usually by tabs or interacting with the 3D scene. Subsequently, the application writes the input files and execute the simulation program. When the process has finished, output files are read and the user interface displays the results in an attractive way.
Finally and as a validation of the proposed tool, a parabolic reflectarray designed to generate a circular polarization discrimination using the VRT technique is presented. To verify the design, a demonstrator has also been created, which has been manufactured and measured to compare the results.
