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<p>This thesis presents an approach to free-form surface manipulations, which conceptually improves an existing CAD system that constructs surfaces by smoothly interpolating a network of intersecting curves. There are no regularity requirements on the network, which already yields superior modelling capabilities compared to systems that are based on industry-standard NURBS surfaces.</p><p>Originally, the shape of such a surface can be modified only locally by manipulating a curve in the network. In this process there is an inherent danger that the curve is being pulled away from intersections that it has with other curves. When this happens, the network is invalidated as a surface representation, and many curves may have to be adjusted to restore network consistency and surface quality. This thesis contributes a method that solves these problems by propagating changes that are made in one curve to curves in its vicinity. How and to what extent curves react to changes is controlled by two parameters that can be varied along the curve that is being manipulated. Any curve may be constrained in one or more degrees of freedom. The integrity of the curve network is implicitly conserved, as well as the geometric continuity of the surface.</p><p>The result is a tool for the modification of curve-interpolating surfaces, which can easily be applied to large areas on models with any level of detail. This allows designers to concentrate on the creative process, rather than on planning chains of actions. They can explore different design variations, optimise shapes further, and generally be more productive.</p> / <p>Dette doktorgradsarbeidet presenterer en fremgangsmåte for formgivning og modifisering av datamaskinbaserte, skulpturerte flater. Metoden forbedrer et eksisterende system for data-assistert konstruksjon (DAK) som bygger dobbeltkrummede flater ved å interpolere et nettverk av skjærende kurver. Nettverket trenger ikke være regelmessig, noe som allerede gir bedre modelleringsmuligheter sammenliknet med systemer som er basert på standard NURBS flater.</p><p>En slik flate kan opprinnelig bare endres lokalt ved å dra i en kurve. I denne prosessen er det fare for at kurven blir dratt fra skjæringspunkter den har med andre kurver. Hvis dette skjer, representerer ikke nettverket en flate lenger, og mange kurver må justeres for å få tilbake integriteten i nettverket og kvaliteten i formen. Denne avhandlingen bidrar med en metode som løser disse problemene ved å spre endringer som blir gjort i en kurve til andre kurver i nærheten. Hvordan og i hvilken utstrekning kurvene reagerer på endringen styres av to parametre som kan varieres langs kurven som blir endret. Enhver kurve kan låses i en eller flere frihetsgrader. Integriteten til nettverket samt glattheten i formen blir bevart automatisk.</p><p>Resultatet er et redskap for modifikasjon av kurve-interpolerende flater som med letthet kan brukes på større områder av modeller med hvilken som helst grad av detalj. Dette gir designere muligheten til å konsentrere seg om det kreative, istedenfor å planlegge handlingsrekker. De kan utforske forskjellige designvariasjoner, optimalisere former ytterligere, og i det hele tatt være mer produktive.</p>

This thesis presents an approach to free-form surface manipulations, which conceptually improves an existing CAD system that constructs surfaces by smoothly interpolating a network of intersecting curves. There are no regularity requirements on the network, which already yields superior modelling capabilities compared to systems that are based on industry-standard NURBS surfaces. Originally, the shape of such a surface can be modified only locally by manipulating a curve in the network. In this process there is an inherent danger that the curve is being pulled away from intersections that it has with other curves. When this happens, the network is invalidated as a surface representation, and many curves may have to be adjusted to restore network consistency and surface quality. This thesis contributes a method that solves these problems by propagating changes that are made in one curve to curves in its vicinity. How and to what extent curves react to changes is controlled by two parameters that can be varied along the curve that is being manipulated. Any curve may be constrained in one or more degrees of freedom. The integrity of the curve network is implicitly conserved, as well as the geometric continuity of the surface. The result is a tool for the modification of curve-interpolating surfaces, which can easily be applied to large areas on models with any level of detail. This allows designers to concentrate on the creative process, rather than on planning chains of actions. They can explore different design variations, optimise shapes further, and generally be more productive. / Dette doktorgradsarbeidet presenterer en fremgangsmåte for formgivning og modifisering av datamaskinbaserte, skulpturerte flater. Metoden forbedrer et eksisterende system for data-assistert konstruksjon (DAK) som bygger dobbeltkrummede flater ved å interpolere et nettverk av skjærende kurver. Nettverket trenger ikke være regelmessig, noe som allerede gir bedre modelleringsmuligheter sammenliknet med systemer som er basert på standard NURBS flater. En slik flate kan opprinnelig bare endres lokalt ved å dra i en kurve. I denne prosessen er det fare for at kurven blir dratt fra skjæringspunkter den har med andre kurver. Hvis dette skjer, representerer ikke nettverket en flate lenger, og mange kurver må justeres for å få tilbake integriteten i nettverket og kvaliteten i formen. Denne avhandlingen bidrar med en metode som løser disse problemene ved å spre endringer som blir gjort i en kurve til andre kurver i nærheten. Hvordan og i hvilken utstrekning kurvene reagerer på endringen styres av to parametre som kan varieres langs kurven som blir endret. Enhver kurve kan låses i en eller flere frihetsgrader. Integriteten til nettverket samt glattheten i formen blir bevart automatisk. Resultatet er et redskap for modifikasjon av kurve-interpolerende flater som med letthet kan brukes på større områder av modeller med hvilken som helst grad av detalj. Dette gir designere muligheten til å konsentrere seg om det kreative, istedenfor å planlegge handlingsrekker. De kan utforske forskjellige designvariasjoner, optimalisere former ytterligere, og i det hele tatt være mer produktive.

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Selon l’image reçue des Vikings, ce peuple incarne l'esprit d’une immense solidarité primitive ayant su résister rudement au joug du christianisme et à la domination du Latin en Europe occidentale. Cette image n’est pas sans ses contradictions et, s’il est vrai que l’écriture était encore inconnue en Scandinavie durant les premiers siècles de l’expansion viking, on sait maintenant que le commerce et la colonisation, autant que les célèbres raids, motivèrent l’irruption des peuples scandinaves sur la scène médiévale. Quant aux navires de ces marchands, colonisateurs, pêcheurs et guerriers, ils apparaissent, un peu à l’image des Vikings eux-mêmes, sur le grand tableau de l’histoire nautique sous l’enseigne d’une originalité et d’une technicité sans parallèle. Comment les Vikings construisaient-ils leurs navires, en leur donnant une symétrie, un équilibre et une finesse si achevés? Les premiers ethnologues qui se sont intéressés à cette question ont privilégié les idées issues d'une tradition acquise par des générations de constructeurs, et d'astuces simples pour équilibrer tribord et bâbord. Puis, ils se sont rapidement tournés vers les techniques inhérentes à la construction à clin : utilisation de planches fendues et non sciées et de rivets abondants témoignant d’une sidérurgie acquise depuis peu. Le problème que présentent ces navires, est que leur construction artisanale demeure conforme à l’image reçue des Vikings, mais que leur conception architecturale, réalisée selon des connaissances théoriques très exactes, brise la notion d’une Scandinavie médiévale illettrée et coupée des grands centres du savoir. Ce travail s’intéresse précisément à la conception architecturale des navires scandinaves du VIIIe au XIe siècle pour montrer comment ils s’insèrent dans un haut savoir européen dès leur apparition. Il explore ensuite les liens qui unissent ce savoir théorique aux aspects véritablement originaux des navires vikings, en l’occurrence leur construction à clin et leur homogénéité sur une grande région à travers plus de cinq siècles. Au terme de cette recherche, l'analyse réalisée sur le maître-couple de trois épaves vikings, une épave antique et une épave scandinave pré-viking, a permis de mettre en évidence plusieurs indices de l'utilisation du système de conception géométrique apparaissant pour la première fois dans les traités d'architecture navale de la Renaissance, et ce, sur chacune de ces épaves. Les résultats obtenus démontrent qu'il est possible d'employer un système transversal de conception pour des navires vraisemblablement construits bordé premier et assemblés à clin. / According to the popular image of the Vikings, this people embodied a spirit of immense solidarity that resisted the yoke of Christianity and the dominance of Latin in Western Europe. This image is not without its contradictions, and while it is true that writing was unknown in Scandinavia during the early centuries of the Viking expansion, we now know that trade and colonization, as much as their famous raids, motivated the irruption of the Scandinavian people on the medieval stage. However, there is an important area where the contradictions between the image of the Vikings and archaeological data still remain intact : the Vikings ships. These ships were designed for traders, settlers, fishermen and warriors. Like the Vikings themselves, their ships reflect a genius of unparallelled originality and high performance. How did the Vikings build their ships, conferring them with such impressive symmetry, balance and finesse? The first ethnologists who studied this issue favoured ideal notions of traditions compiled over generations of builders, along with simple tips for balancing portside and starboard. Following this reductive cultural representation, they then quickly turned to the essential elements of clinker built construction: use of split planks and a great number of iron rivets, evidence of a new metallurgy. The problem with these ships is that, while their construction is made using traditional methods fitting to the popular image of the Vikings, their architectural design, deriving from very refined knowledge, contradicts the idea of an illiterate medieval Scandinavia cut off from the main centres of learning. This work focuses on the architectural design of Scandinavian ships from the eighth to the eleventh century, to show their place in high European knowledge. It then seeks to understand the links between the theoretical and practical aspects of Vikings ships : the clinker built construction and a great homogeneity over more than five centuries. Analysis of the master frames of five wrecks – three Viking ships, one Ancient wreck and a pre-Viking Scandinavian vessel – has found positive indicators of the use of geometric design principles that were formerly thought to be original in Renaissance shipbuilding treatises. Each wreck showed signs of the application of these design principles. The results show moreover that it was possible to use a transverse system of hull design for ships that were built shell-first in the clinker style.

Em geral, uma embarcação de planeio é projetada para atingir elevados níveis de velocidade. Esse atributo de desempenho está diretamente relacionado ao porte da embarcação e à potência instalada em sua planta propulsiva. Tradicionalmente, durante o projeto de uma embarcação, as análises de desempenho são realizadas através de resultados de embarcações já existentes, retirados de séries sistemáticas ou de embarcações já desenvolvidas pelo estaleiro e/ou projetista. Além disso, a determinação dos atributos de desempenho pode ser feita através de métodos empíricos e/ou estatísticos, onde a embarcação é representada através de seus parâmetros geométricos principais; ou a partir de testes em modelos em escala reduzida ou protótipos. No caso específico de embarcações de planeio, o custo dos testes em escala reduzida é muito elevado em relação ao custo de projeto. Isso faz com que a maioria dos projetistas não opte por ensaios experimentais das novas embarcações em desenvolvimento. Ao longo dos últimos anos, o método de Savitsky foi largamente utilizado para se realizar estimativas de potência instalada de uma embarcação de planeio. Esse método utiliza um conjunto de equações semi-empíricas para determinar os esforços atuantes na embarcação, a partir dos quais é possível determinar a posição de equilíbrio de operação e a força propulsora necessária para navegar em uma dada velocidade. O método de Savitsky é muito utilizado nas fases iniciais de projeto, onde a geometria do casco ainda não foi totalmente definida, pois utiliza apenas as características geométricas principais da embarcação para realização das estimativas de esforços. À medida que se avança nas etapas de projeto, aumenta o detalhamento necessário das estimativas de desempenho. Para a realização, por exemplo, do projeto estrutural é necessária uma estimativa do campo de pressão atuante no fundo do casco, o qual não pode ser determinado pelo método de Savitsky. O método computacional implementado nesta dissertação, tem o objetivo de determinar as características do escoamento e o campo de pressão atuante no casco de uma embarcação de planeio navegando em águas calmas. O escoamento é determinado através de um problema de valor de contorno, no qual a superfície molhada no casco é considerada um corpo esbelto. Devido ao uso da teoria de corpo esbelto o problema pode ser tratado, separadamente, em cada seção, onde as condições de contorno são forçadamente respeitadas através de uma distribuição de vórtices. / Generally, a planing craft is designed to achieve high speed levels. This performance attribute is directly related to the boat size and to the propeller plant power. Traditionally, during a boat design, performance analyses are carried out using results taken from systematic series or from others boat previously build by the shipyard and/or designer. Furthermore, performance attributes can be calculated by semi-empirical and/or statistic methods or by tests of reduced scale models. In the specific case of planing boats, the costs of reduced scale tests are too high compared to the design cost itself. Because of this, most designers do not perform experimental tests during the development of new boats. During the last years, the Savitsky method was extensively used to estimate planing craft effective power. The method uses a set of semi-empirical equations to calculate the forces acting on the boat, from which the equilibrium position and the required propeller thrust are determined. During the preliminary phases of planing craft design, the hull geometry hasn\'t been fully defined. Therefore, the Savitsky method is widely used during this phase, because it uses only the main geometrical characteristics to estimate the forces acting on the hull. Advancing toward the final phases of the design process, more detailed information is required. To execute the structural design, for example, the pressure field acting on the hull must be known, which can\'t be estimate using the Savitsky method. The main objective of the present study is to implement a computer method that can be used to estimate the fluid flow and pressure field acting on the hull of a boat moving with forward speed constant in calm water. The fluid flow around the hull is treated as a boundary value problem, in which the wetted hull surface is considered a slender body. The slender body theory enables to solve the problem separately, in each transverse section, where boundary conditions are respected by a sheet of vortices.

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Em geral, uma embarcação de planeio é projetada para atingir elevados níveis de velocidade. Esse atributo de desempenho está diretamente relacionado ao porte da embarcação e à potência instalada em sua planta propulsiva. Tradicionalmente, durante o projeto de uma embarcação, as análises de desempenho são realizadas através de resultados de embarcações já existentes, retirados de séries sistemáticas ou de embarcações já desenvolvidas pelo estaleiro e/ou projetista. Além disso, a determinação dos atributos de desempenho pode ser feita através de métodos empíricos e/ou estatísticos, onde a embarcação é representada através de seus parâmetros geométricos principais; ou a partir de testes em modelos em escala reduzida ou protótipos. No caso específico de embarcações de planeio, o custo dos testes em escala reduzida é muito elevado em relação ao custo de projeto. Isso faz com que a maioria dos projetistas não opte por ensaios experimentais das novas embarcações em desenvolvimento. Ao longo dos últimos anos, o método de Savitsky foi largamente utilizado para se realizar estimativas de potência instalada de uma embarcação de planeio. Esse método utiliza um conjunto de equações semi-empíricas para determinar os esforços atuantes na embarcação, a partir dos quais é possível determinar a posição de equilíbrio de operação e a força propulsora necessária para navegar em uma dada velocidade. O método de Savitsky é muito utilizado nas fases iniciais de projeto, onde a geometria do casco ainda não foi totalmente definida, pois utiliza apenas as características geométricas principais da embarcação para realização das estimativas de esforços. À medida que se avança nas etapas de projeto, aumenta o detalhamento necessário das estimativas de desempenho. Para a realização, por exemplo, do projeto estrutural é necessária uma estimativa do campo de pressão atuante no fundo do casco, o qual não pode ser determinado pelo método de Savitsky. O método computacional implementado nesta dissertação, tem o objetivo de determinar as características do escoamento e o campo de pressão atuante no casco de uma embarcação de planeio navegando em águas calmas. O escoamento é determinado através de um problema de valor de contorno, no qual a superfície molhada no casco é considerada um corpo esbelto. Devido ao uso da teoria de corpo esbelto o problema pode ser tratado, separadamente, em cada seção, onde as condições de contorno são forçadamente respeitadas através de uma distribuição de vórtices. / Generally, a planing craft is designed to achieve high speed levels. This performance attribute is directly related to the boat size and to the propeller plant power. Traditionally, during a boat design, performance analyses are carried out using results taken from systematic series or from others boat previously build by the shipyard and/or designer. Furthermore, performance attributes can be calculated by semi-empirical and/or statistic methods or by tests of reduced scale models. In the specific case of planing boats, the costs of reduced scale tests are too high compared to the design cost itself. Because of this, most designers do not perform experimental tests during the development of new boats. During the last years, the Savitsky method was extensively used to estimate planing craft effective power. The method uses a set of semi-empirical equations to calculate the forces acting on the boat, from which the equilibrium position and the required propeller thrust are determined. During the preliminary phases of planing craft design, the hull geometry hasn\'t been fully defined. Therefore, the Savitsky method is widely used during this phase, because it uses only the main geometrical characteristics to estimate the forces acting on the hull. Advancing toward the final phases of the design process, more detailed information is required. To execute the structural design, for example, the pressure field acting on the hull must be known, which can\'t be estimate using the Savitsky method. The main objective of the present study is to implement a computer method that can be used to estimate the fluid flow and pressure field acting on the hull of a boat moving with forward speed constant in calm water. The fluid flow around the hull is treated as a boundary value problem, in which the wetted hull surface is considered a slender body. The slender body theory enables to solve the problem separately, in each transverse section, where boundary conditions are respected by a sheet of vortices.