Diseño paramétrico de un monoplaza mediante CAD a partir de fotogrametría

Abstract

El objetivo principal de este Trabajo de Fin de Grado (TFG) es desarrollar un método para modelar en 3D la forma exterior de un monoplaza de Fórmula 1 con un alto nivel de detalle. Para lograr esto, se utiliza un conjunto de fotografías del vehículo tomadas desde diferentes puntos de vista en entornos variados (caso más desfavorable) . El proceso de modelado se divide en varias etapas clave, que incluyen la generación del espacio 3D, la creación de un modelo no paramétrico mediante mallado tridimensional y la parametrización de todas las dimensiones del vehículo. La primera etapa del proceso implica el uso del software Autodesk Imagemodeler para generar un espacio 3D que sirva como marco de referencia para situar las cámaras de las fotografías en sus posiciones espaciales relativas. Esto permite establecer la geometría tridimensional del monoplaza y asegurar la precisión en la reconstrucción de su forma exterior. Una vez que se ha establecido el entorno tridimensional, se utiliza el software de modelado general Blender para crear el primer modelo no paramétrico del monoplaza. Este proceso implica la creación de un mallado tridimensional detallado que captura las características y la forma del vehículo basándose en las fotografías de referencia. El modelado no paramétrico permite una mayor flexibilidad y libertad en la manipulación de la geometría, lo que facilita la representación precisa del monoplaza en 3D. La siguiente etapa del proceso implica el uso del software Autodesk Inventor para parametrizar en este caso a modo de ejemplo, las dimensiones del alerón y del morro. Esto implica definir parámetros que controlen el tamaño, la forma y las proporciones del monoplaza de Fórmula 1. La parametrización permite una fácil modificación de las dimensiones del vehículo en función de los requisitos específicos y facilita la generación de las vistas ortogonales necesarias para documentar el diseño (alzado, planta y perfil), así como vistas de detalle, auxiliares y secciones. Estas vistas son fundamentales para comprender la forma y la estructura del monoplaza desde diferentes perspectivas. Una vez completado el proceso de modelado paramétrico, el diseño 3D resultante puede ser utilizado en proyectos futuros para realizar ensayos aerodinámicos utilizando software de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD). El uso de programas como ANSYS, Autodesk CFD, CATIA Fluent o SolidWorks Flow permite simular y analizar el 3

flujo de aire alrededor del monoplaza, lo que proporciona información valiosa para optimizar su rendimiento aerodinámico. La última parte del trabajo implica la fabricación física del modelo mediante la impresión en 3D. Se seleccionan las partes más representativas de la carrocería del monoplaza (alerón y morro) y se imprimen a escala utilizando tecnologías de impresión 3D. Esta etapa permite obtener una representación tangible y visualmente precisa del diseño en 3D, lo que facilita la comunicación de ideas y la evaluación física del monoplaza.

The main objective of this Bachelor's Thesis is to develop a method for 3D modeling the exterior shape of a Formula 1 single-seater with a high level of detail. To achieve this, a set of photographs of the vehicle taken from different viewpoints in various environments (including the most challenging scenarios) is used. The modeling process is divided into several key stages, including the generation of the 3D space, the creation of a non-parametric model through three-dimensional meshing, and the parameterization of all the dimensions of the vehicle. The first stage of the process involves using Autodesk Imagemodeler software to generate a 3D space that serves as a reference framework to position the cameras of the photographs in their relative spatial positions. This allows establishing the three-dimensional geometry of the single-seater and ensuring precision in reconstructing its exterior shape. Once the three-dimensional environment has been established, general-purpose modeling software Blender is used to create the initial non-parametric model of the single-seater. This process involves creating a detailed three-dimensional mesh that captures the vehicle's characteristics and shape based on the reference photographs. Non-parametric modeling enables greater flexibility and freedom in manipulating the geometry, facilitating the accurate representation of the single-seater in 3D. The next stage of the process involves using Autodesk Inventor software to parameterize, as an example, the dimensions of the wing and nose. This includes defining parameters that control the size, shape, and proportions of the Formula 1 single-seater. Parameterization allows for easy modification of the vehicle's dimensions based 4

on specific requirements and facilitates the generation of the necessary orthogonal views (elevation, plan, and profile), as well as detailed, auxiliary, and sectional views to document the design. These views are fundamental to understanding the shape and structure of the single-seater from different perspectives. Once the parametric modeling process is completed, the resulting 3D design can be utilized in future projects to conduct aerodynamic tests using Computational Fluid Dynamics (CFD) software. Programs like ANSYS, Autodesk CFD, CATIA Fluent, or SolidWorks Flow can simulate and analyze the airflow around the single-seater, providing valuable information to optimize its aerodynamic performance. The final part of the work involves the physical manufacturing of the model through 3D printing. The most representative parts of the single-seater's body (wing and nose) are selected and printed to scale using 3D printing technologies. This stage allows obtaining a tangible and visually accurate representation of the 3D design, facilitating the communication of ideas and the physical evaluation of the single-seater.