Web Application for Parametric Modelling of 2D Shapes Using Geometric Constraints

Bc. Miroslav Šerý

Master's thesis

Abstract:

Parametrické modelování v systémech CAD (Computer-Aided Design) zahrnuje vytváření modelů pomocí řady operací řízených parametry. Klíčovou součástí tohoto procesu je práce s parametrickými 2D skicami. Skicy se skládají z geometrií a geometrických vazeb, které spravuje geometrický solver. Tato práce pojednává o vývoji aplikace Sketcher – nové webové aplikace pro parametrické 2D skicování. Sketcher poskytuje grafické uživatelské rozhraní pro práci s geometriemi a vazbami. Pro webovou platformu byl upraven open-source C++ solver, planegcs z FreeCADu, a zveřejněn jako open-source knihovna pro řešení geometrických vazeb v aplikaci Sketcher. Kromě toho bylo implementováno několik automatických optimalizací vazeb pro lepší výkon a uživatelské rozhraní. Sketcher rozšiřuje Designer, stávající aplikaci pro modelování nábytku, pro kterou poskytuje potřebnou funkcionalitu pro modelování zakřivených tvarů. Sketcher dokáže promítat a odkazovat na prostorové geometrie z 3D scény aplikace Designer, což značně zjednodušuje modelování. Sketcher také zvyšuje možnost opakovaného použití, protože v návrhu lze použít více variant jedné parametrické šablony skicy. Byla provedena uživatelská studie, jejímž cílem bylo otestovat uživatelské rozhraní Sketcheru a identifikovat oblasti pro další vylepšení. Studie potvrdila celkově dobrou použitelnost nástroje Sketcher, neboť všichni uživatelé splnili zadané úkoly bez větších zásahů nebo jen s malým zásahem. Na druhou stranu studie poukázala na několik funkcí, které by bylo možné ještě implementovat pro dosažení lepší ergonomie.

Abstract:

Parametric modeling in Computer-Aided Design (CAD) systems involves creating models through a series of parameter-driven operations. A key part of this process is working with parametric 2D sketches. Sketches consist of geometries and geometric constraints managed by a geometric solver. This thesis discusses the development of Sketcher – a new web application for parametric 2D sketching. Sketcher provides a graphical user interface to work with geometries and constraints. An open-source C++ solver, planegcs from FreeCAD, was adapted for the web platform and published as an open-source wrapper library to solve the geometric constraints in Sketcher. In addition, several automatic constraint optimizations were implemented for better performance and user experience. Sketcher extends Designer, an existing furniture modeling application, for which it provides the necessary functionality to model curved shapes. Sketcher can project and reference spatial geometries from the 3D scene of Designer, greatly simplifying the modeling. Sketcher also increases reusability because multiple variations of a single parametric template sketch can be used in a design. A user study was conducted to test the Sketcher user interface and identify areas for further improvement. The study confirmed the overall good usability of Sketcher, as all users completed the assigned tasks with little or no intervention. On the other hand, the study pointed out several features that could still be implemented to achieve better ergonomics.

Keywords

geometric solving, Computer-aided Design, parametric modeling, parametric sketch, FreeCAD, feature-based modeling, WebAssembly, emscripten, JavaScript, TypeScript, Svelte, geometrické omezení, parametrické modelování, parametrická skica

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 12. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 5. 2. 2024
• Supervisor: RNDr. Katarína Furmanová, Ph.D.
• Reader: RNDr. Filip Opálený

Masaryk University

Faculty of Informatics

Master programme / field:
Software Engineering / Design and development of software systems