CAD Conference Exhibition CAD’12 Volume · International CAD Conference and Exhibition, Final...

90
International CAD Conference and Exhibition Final Program – CAD’12 Volume 9 CAD’12 JUNE 1114, 2012 MARRIOTT GATEWAY ON THE FALLS HOTEL NIAGARA FALLS, CANADA www.cadconferences.com

Transcript of CAD Conference Exhibition CAD’12 Volume · International CAD Conference and Exhibition, Final...

 

 

 

 

 

International CAD Conference and Exhibition 

Final Program – CAD’12 Volume 9 

 

CAD’12 JUNE 11‐14, 2012MARRIOTT GATEWAY  ON THE FALLS HOTEL 

NIAGARA FALLS, CANADA 

 

www.cadconferences.com 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             2 of 113  

 

International CAD Conference and Exhibition Final Program 

ISSN 2291‐1987 

CAD’12 Volume 9 

www.cadconferences.com/Program/CAD12Program.html 

Copyright © 2012 

311 Digital Workflows Inc. 

Ontario Corp. 002250165 

26 Ormerod Close 

Dundas, ON  L9H 7N7  Canada 

Tel (905) 379‐1378 

www.cadconferences.com 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             26 of 113  

Presentation Abstracts 

Full length manuscripts for many of the presentations will be archived in the journal 

Computer Aided Design & Applications (www.cadanda.com) 

 

When available, the web link to the journal manuscript will be linked using a red underline as follows 

Paper 24 

Title:   

Interactive Inverse 3D Modeling 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             27 of 113  

Paper 2 

Title:   

Dimensional Accuracy and Surface Quality Assessment of FDM and ZPrinter Models 

Authors:   

Hassan Iqbal1, Anwar K Sheikh2 , Mohudin Ahmed3, M.Younas4 1King Fahd University of Petroleum and Minerals, [email protected] 2King Fahd University of Petroleum and Minerals, [email protected] 3King Fahd University of Petroleum and Minerals, [email protected] 4King Fahd University of Petroleum and Minerals, [email protected] 

Abstract: 

Z‐Printer and FDM are two important types of additive rapid prototyping systems. Models made on both 

systems have different properties which make them viable for different prototyping needs depending on 

strength,  surface  finish,  dimensional  accuracy  and  cost.  The  purpose  of  this  paper  is  to  study  the 

dimensional accuracy and surface assessment of models made of both systems. FDM TITAN and Z‐450 

ZPrinter  were  used  to  fabricate  the  test models.  The  dimensional  accuracy  and  surface  finish  was 

analyzed  by  using  laser  scanner  and  surface  roughness  tester  respectively.  Based  on  this  study  the 

capability of the both systems will be assessed to meet the rapid prototyping quality needs on the bases 

of dimensional accuracy and surface finish requirements for the needed application. FDM is usually used 

for the models suitable to check fitment and operational characteristics and functionality of the part, 

as well  as  to make  pattern models  for making  sand  or  silicon molds, whereas  ZPrinters  are  known 

primarily  for visualization  ,concept verification or product marketing purposes.. However  in this paper 

the  feasibility  was  studied  of  model  manufacturing  by  using  FDM  as  well  as  Z‐Printer  based  on 

dimensional accuracy and surface finish as a key factor, for any application where any of these models 

can be used. 

Keywords: 

Rapid Prototyping, FDM, Z‐Printer, Surface Finish, Dimensional Accuracy, Process Optimization, Surface 

Measurement. 

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             28 of 113  

Paper 3 

Title:   

Application  of  NX  Knowledge  Fusion module  for  the  Design  Automation  of  an  Automotive  Painting 

Defects Inspection Tunnel 

Authors:   

Bernal Z. Fabio A.1, Rojo V. Alejandro2 and Tornero M. Josep3 1Tecnológico de Monterrey, [email protected] 2Tecnológico de Monterrey, [email protected] 3Universidad Politécnica de Valencia, [email protected] 

Abstract: 

This article  shows  the application of Knowledge Based Engineering  (KBE) methodology  for  the design 

automation  of  the  structure  of  an  automotive  painting  defects  inspection  tunnel.  A  previous  work 

reached  the design automation  through  the data  transferring  from Spreadsheets  to Siemens NX CAD 

software using applications programmed with Visual Basic. With the application of KBE,  it was possible 

to  control  the  geometrical  features  of  every  part  in  the  tunnel,  to  properly manage  the  component 

addition  to  the assembly and  to  reach a direct  interaction between  the designer and  the CAD  tunnel 

model  in a new and more  insightful manner. The presented work was developed  through Knowledge 

Fusion (KF), a Siemens NX module which is based in Knowledge Based Engineering (KBE). 

Keywords: 

KBE, knowledge fusion, CAD, design automation 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             29 of 113  

Paper 5 

Title:   

A Hybrid Redesign Strategy to Derive Load‐Adaptive Parts 

Authors:   

Uwe Klemme1 and Prof. Peter Köhler2 1University of Duisburg‐Essen (Germany), uwe.klemme@uni‐due.de 2University of Duisburg‐Essen (Germany), peter.köhler@uni‐due.de 

Abstract: 

The meaning of simulation of virtual prototypes has become more and more  important over  the past 

years. Corresponding to this  is the necessity to manipulate the CAD‐parts which represent the basis of 

those simulations. This article deals with methods to handle virtual models  in theory and praxis within 

the context of a simulation process. In detail an approach for a workflow is presented that enables one 

to make  use  of  a  deformed  part  in  the  CAD‐environment  after  successful  structural  simulation.  The 

advantage  of  the  utilization  of  such  native  CAD  data which  fulfill  specific  needs with  regard  to  the 

applied load situation is based on the still precise and parametric definition of the geometry, as there is 

no approximation through smoothing or similar necessary. One pre‐condition  is the use of an efficient 

CAD  software with  the  ability  to  create hybrid models. During  realization of  the  approach  there  are 

issues of coding and software‐interfaces to be taken into account as well as a proper modeling strategy 

within the context of CAD. Therefore one of the main aspects will be to create a CAD‐model  in a way 

that  enables  loss‐free  implementation  of  external  data.  The  approach  also  increases  the  available 

degrees‐of‐freedom for geometry‐manipulation in contrast to sizing‐ and shape‐optimization. In further 

steps this method is mainly utilized to create load‐adaptive parts in an iterative optimization process. 

Keywords: 

CAD, CAO, comprehensive adaptivity, virtual redesign, interoperability 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             30 of 113  

Paper 6 

Title:   

Computing Rotation Minimizing Frames using Quaternions 

Authors:   

David Yoon1, Mark Narduzzi2 and Jie Shen3 

1University of Michigan ‐ Dearborn, [email protected] 2University of Michigan ‐ Dearborn, [email protected] 3University of Michigan ‐ Dearborn, [email protected] 

Abstract: 

Frenet Frames have been employed as  local  frames along a  trajectory. However,  they behave poorly 

around inflection points of the path. To remedy this, we propose to compute rotation minimizing frames 

(RMF) using quaternions. 

Keywords: 

3D curves, Frenet Frames, Rotation Minimizing Frames 

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             31 of 113  

Paper 7 

Title:   

Luminance Contrast as Depth Cue: Investigation and Design Applications 

Authors:   

Nan‐Ching Tai1 and Mehlika Inanici2 

1Tamkang University, [email protected] 2University of Washington, [email protected] 

Abstract: 

It is known that contrast can be an effective depth cue on planar displays. However, previous studies do 

not  provide  enough  information  on  the  impact  of  luminance  contrast  and  luminance  distribution 

patterns on perceived distances in three dimensional built spaces. This research investigates the role of 

luminance  contrast  and  luminance  distribution  patterns  on  space  perception  of  three‐dimensional 

layouts. Three experiments were conducted to study the  impact of the following parameters on depth 

perception:  1)  investigation  of  different  lighting  apertures,  2)  lighting  distribution  patterns,  and  3) 

luminance contrast as a depth cue.  It  is concluded  that  the  luminance contrast of a  target against  its 

surround is an effective depth cue that can increase or decrease the perceived distance of a visual target 

in  a  built  space.  The  application  of  this  depth  cue  is  demonstrated  through  an  architectural  design 

example. 

Keywords: 

Space Perception, Depth Cue, Luminance Contrast, Psychophysical Experiments, High Dynamic Range 

Imagery 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             32 of 113  

Paper 8 

Title:   

GPU Based Evaluation and LOD Rendering of NURBS Surfaces 

Authors:   

Tan Dunming1,2, Zhao Gang1 and Lu Hu3 

1State Key Laboratory of Virtual Reality Technology and Systems, Beihang University, 

[email protected] 2The First Aeronautical Institute of PLA Air Force, [email protected] 3Shanghai Aircraft Manufacturing CO., Ltd, [email protected] 

Abstract: 

This paper proposes a new GPU method for the evaluation and LOD (Level of Detail) rendering of NURBS 

surfaces. Compared with the existing evaluation method of basis function, the approach simplifies the 

process by just one‐pass and saves the graphics memory with only one texture array. The wavelet based 

LOD rendering method also saves the time to re‐evaluate and re‐transfer the data for rendering. 

Keywords: 

GPU, NURBS, De Boor's algorithm, LOD, wavelet 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             33 of 113  

Paper 9 

Title:   

The Evolutes of Log‐Aesthetic Planar Curves and the Drawable Boundaries of the Curve Segments 

Authors:   

Norimasa Yoshida1, Takafumi Saito2 

1Nihon University, [email protected] 2Tokyo University of Agriculture and Technology, [email protected] 

Abstract: 

This paper investigates the two characteristics of log‐aesthetic curves. We first show that the evolutes of 

log‐aesthetic curves are also log‐aesthetic curves. We provide a proof that the evolute of a log‐aesthetic 

curve with the shape parameter ・ is a log‐aesthetic curve with the shape parameter  1/ 2 . Then, 

we present a method for drawing the theoretical drawable boundaries of log‐aesthetic curve segments 

with  0  or  1 . We compare the theoretical drawable boundaries with the experimental drawable 

regions and show that they agree well except when   is close to  0 . 

Keywords: 

log‐aesthetic planar curves, evolute, drawble region 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             34 of 113  

Paper 10 

Title:   

Optimized Control of Indoor Environmental Health ‐ Example of the Fu‐An Memorial Building 

Authors:   

Shang‐Yuan Chen1, Jui‐Ting Huang2, Show‐Lin Wen3, Ming‐Whei Feng4 

1Feng Chia University, [email protected] 2Feng Chia University, Smart Network System Institute, [email protected] 3Chinese Culture University, [email protected] 4Smart Network System Institute, [email protected] 

Abstract: 

This study proposes  the establishment of an environmental health  information management platform 

providing  residential  users  a  comfortable,  healthy  indoor  environment.  Taking  the  Fu‐An Memorial 

Building, as an example, the design of the control logic algorithm ensures that the environmental health 

information management platform can simultaneously:  (1) provide a healthy  indoor environment and 

(2)  realize  optimized  control mechanisms  and methods minimizing  the  energy  consumption  of  the 

building's environmental control equipment. Because of this, the Fu‐An Memorial Building uses (1) PMV 

thermal comfort  sensors,  (2) energy‐conserving environmental controls, and  (3) natural ventilation  to 

regulate the building's interior microclimate, realizing an energy‐saving, environmentally‐friendly, smart 

building.  The  study  and  building  construction  work  revealed  that  the  next  stage  should  include: 

(1) development  of  an  expert  system  to  control  the  health  environment,  (2)  establishment  of  an 

information processor learning mechanism, and (3) development of adaptive logic control technology. 

Keywords: 

optimized  control,  building  environmental  control  system,  environmental  health  information 

management platform 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             35 of 113  

Paper 11 

Title:   

Conceptual Design of Hemp Fibre Production Lines in Virtual Environments 

Authors:   

Jinke Xu1, Qingjin Peng2 and Ying Chen3 

1McGill University, [email protected] 2University of Manitoba, [email protected] 3University of Manitoba, [email protected] 

Abstract: 

Increasing demand for hemp fibre requires sustainable manufacturing methods to produce the fibre  in 

high  quality  efficiently.  The  existing  hemp  fibre production  lines  are  inefficient with  the high  energy 

consumption.  This  paper  introduces  the  conceptual  design  of  hemp  fibre  production  lines.  The 

conceptual  design  and  evaluation  are  conducted  in  virtual  environments.  A  conceptual  search  and 

evolution  method  is  described  for  the  design  of  two  types  of  the  fibre  production  lines.  Virtual 

environments are built to evaluate prototypes of the conceptual design and to simulate operations of 

the proposed production  lines. Design visualization and  concept evolution are achieved  in  the virtual 

environment. It is proved that the proposed design has the better performance in terms of cost, product 

quality and energy efficiency. 

Keywords: 

Conceptual design, Hemp fibre production, Virtual environments 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             36 of 113  

Paper 13 

Title:   

Data Compression Method for Trimmed Surfaces Based on Surface Fitting with Maintaining  1G  

Continuity with Adjacent Surfaces 

Authors:   

Yuta Muraki1, Katsutsugu Matsuyama2, Kouichi Konno3 and Yoshimasa Tokuyama4 

1Iwate University, muraki@iwate‐u.ac.jp 2Iwate University, [email protected]‐u.ac.jp 3Iwate University, [email protected]‐u.ac.jp 4Tokyo Polytechnic University, [email protected]‐kougei.ac.jp 

Abstract: 

Trimmed surfaces are one of the versatile shape representations. When 3D data  is put  into circulation 

on the Internet, data size reduction for trimmed surfaces is an important issue in digital engineering. In 

this  paper,  we  propose  a  data  compression method  based  on  surface  fitting method.  Our method 

enables  efficient  surface  data  compression  by  using  the  surface  fitting method.  In  our method,  the 

surface  fitting method  is applied  to a closed region surrounded by  the boundary edges of a 3D shape 

model. With  the  approximation method  that  uses  boundary  curves  and  sample  points  based  on  a 

tangent plane at  the boundary edges,  the  surface  fitting method  can also be applied  to  shapes with 

holes or concave shapes. In order to maintain  1G  continuity with adjacent surfaces, the cross boundary 

derivatives obtained by  the  surface  interpolation method  are  applied  to  the  connection  section with 

adjacent surfaces. When a surface  is generated  in good accuracy,  the original surface element can be 

deleted  and data  size  can be drastically  reduced.  The deleted  surface  element  can be  reconstructed 

from the boundary edges using our method. 

Keywords: 

Trimmed Surface, Surface Fitting, Data Compression,  1G  continuity, Notch Shape 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             37 of 113  

Paper 14 

Title:   

Design of the Tolerance Ring in the Actuator Arm of a Hard Disk Drive Using Finite Element Analysis 

Authors:   

Somkid Suthaweesub1 and Arbtip Dheeravongkit2 

1King Mongkut’s University of Technology Thonburi, Thailand, [email protected] 2King Mongkut’s University of Technology Thonburi, Thailand, [email protected] 

Abstract: 

This paper presents  conceptual designs of  the hard disk drive's  tolerance  ring  in order  to  reduce  the 

installation force during the assembly process of the actuator arm and to decrease the total deformation 

of  the  tolerance  ring, while maintaining  the  natural  frequency within  the  specification  range.  In  this 

research, the  finite element analysis  is employed  to compare and analyze the  installation  forces, total 

deformations of tolerance ring, and natural frequencies of Actuator Pivot Flex Assembly (APFA). Around 

its cylindrical body,  the  tolerance  ring consists of  several waves, which provide  stiffness  for  the APFA 

assembly  to  resist  the  axial  rocking motion of  the  actuator  arm. The  idea  is  to decrease  the  contact 

surface  area  between  the waves  and  the  e‐block  by  smoothing  the  contacting  surface  of  the waves 

along  the  installation direction, while  keeping enough  friction  to  resist  the axial  rocking motion. This 

research  examines  five  designs  of  tolerance  ring's wave,  including  the  vertical  and  horizontal  curve 

designs, the symmetric and asymmetric wave designs, and the alternating  flat‐curve design. The  finite 

element analysis results show that the concept of the horizontal curve design is better than the vertical 

curve design, since  it effectively decreases both the  installation force and the total deformation of the 

tolerance ring, while the natural frequency of the pivot butterfly mode remains within the specification 

range.  However,  the  alternating  flat‐curve  design  can  keep  the  installation  force  and  the  natural 

frequency closer to the mid values of the specification range than other designs. 

Keywords: 

hard disk drive, finite element analysis, tolerance ring, mechanical vibration, natural frequency 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             38 of 113  

Paper 16 

Title:   

Advances and Prospects of Digital Metrology 

Authors:   

Jie Shen1 and David Yoon2 

1University of Michigan‐Dearborn, [email protected] 2University of Michigan‐Dearborn, [email protected] 

Abstract: 

In this paper, the authors first summarize recent advances in digital metrology at the Virtual Engineering 

Laboratory,  the University of Michigan – Dearborn. Different algorithms of  surface denoising of  laser 

scanning  and  computed  tomography  are  then  briefly  discussed.  Last,  some  challenges  of  digital 

metrology are provided for supporting high‐precision digital manufacturing and industrial inspection. 

Keywords: 

Metrology, Reverse Engineering, Laser Sensor, Noise, Computed Tomography   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             39 of 113  

Paper 17 

Title:   

Multi‐Chip Power Module Fast Thermal Modeling for Layout Optimization 

Authors:   

Brett W. Shook1, Zihao Gong2, Yongfeng Feng3, A. Matthew Francis4, and H. Alan Mantooth5 

1University of Arkansas, [email protected] 2University of Arkansas, [email protected] 3University of Arkansas, [email protected] 4University of Arkansas, [email protected] 5University of Arkansas, [email protected] 

Abstract: 

This paper proposes a method for fast thermal modeling of Multi‐Chip Power Modules (MCPMs) for use 

in  layout  optimization.  MCPMs  integrate  multiple  high  power  semiconductor  devices  into  a  single 

package and allow for increased power densities and efficiencies critical for next generation alternative 

energy systems. In a typical MCPM layout, the design is modified iteratively to search for best electrical, 

thermal, and electromagnetic performance.  In order to speed up design optimization, a novel thermal 

model  is developed which can approximate  thermal performance of a module under modifications of 

metal trace layout and power device positioning and quantity. Particle Swarm Optimization is chosen to 

perform the layout optimization process and is briefly compared against other optimization techniques. 

Keywords: 

Multi‐Chip Power Modules, Thermal Modeling, Layout Optimization   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             40 of 113  

Paper 19 

Title:   

A Model Based Enterprise Approach in Electronics Manufacturing 

Authors:   

Ibrahim T. Ozbolat 1, Amer Dababneh2, Omer Elgaali3, Yahui Zhang4, Timothy Marler5 and Steven Turek6 

1The University of Iowa, ibrahim‐[email protected] 2The University of Iowa, amer‐[email protected] 3The University of Iowa, omer‐[email protected] 4The University of Iowa, yahui‐[email protected] 5The University of Iowa, [email protected] 6Air Force Research Laboratory, [email protected] 

Abstract: 

Electromagnetic  compatibility  and  overheating  are  two  key  issues  in  printed  circuit  board  (PCB) 

manufacturing.  Due  to  design  and  manufacturing  limitations,  the  Department  of  Defense  (DoD) 

suppliers put tremendous efforts on testing physical prototypes of PCBs.  In this work, we developed a 

model‐based  interactive  and  3D  environment,  the  predictive  environment  for  visualization  of 

electromechanical  virtual  validation  (PREVIEW),  to  test  and  analyze  the  virtual performance of  PCBs, 

which  aids  designers  assessing  manufacturability  of  PCBs  virtually  prior  to  developing  a  physical 

prototype. Firstly, a  thermal  simulation module  is developed and  integrated  into PREVIEW  to analyze 

thermal performance of PCBs. Secondly, electromagnetic compatibility  is visualized through simulation 

of 3D electromagnetic field and noise emission. 

Keywords: 

electronics manufacturing, printed circuit Boards, model based enterprise   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             41 of 113  

Paper 20 

Title:   

Concave hull of a set of freeform closed surfaces in 3R  

Authors:   

A. V. Vishwanath1 and M. Ramanathan2 

1Indian Institute of Technology Madras, [email protected] 2Indian Institute of Technology Madras, [email protected] 

Abstract: 

Bounding hulls, such as convex hulls, have been shown to be useful in many application areas.  ‐hull, a 

generalization of convex hull, has been predominantly employed  in reconstruction. Other hulls such as 

concave hull, which generates non‐convex polygons poly hull,  r ‐shape and  s ‐shape etc. have also been 

shown  to  be  useful. Most  algorithms  for  bounding  hulls  deal with  point‐set  as  input.  Recently, we 

approached  the question of bounding hull  to a  set of  close planar  freeform  curves and proposed an 

algorithm for concave hull by defining  it (definition was  lacking even for a point‐set).  In this paper, we 

extend  it  to  concave  hull  of  a  set  of  freeform  closed  surfaces  in  3R   of  genus  0 .  Surfaces  used  are 

represented as NURBS  (non‐uniform rational B‐splines). The concept of concave hull  is  then extended 

for  genus 0   and  showed  that  the  hull will  consists  of  lower  dimensional  elements  and  topological 

disks. Based on this observation, a conjecture is proposed for elements in the concave hull of freeform 

closed objects in  n  dimensions. 

Keywords: 

concave hull, enclosing surface, region occupied, convex hull, freeform surfaces   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             42 of 113  

Paper 23 

Title:   

A Robust and Centered Curve Skeleton Extraction from 3D Point Cloud 

Authors:   

Vanna Sam1, Hiroaki Kawata2 and Takashi Kanai3 

1The University of Tokyo, [email protected]‐tokyo.ac.jp 2The University of Tokyo, [email protected]‐tokyo.ac.jp 3The University of Tokyo, [email protected]‐tokyo.ac.jp 

Abstract: 

A curve skeleton of a 3D object is one of the most important structures of the object, which is extremely 

useful for many computer graphics applications involving in shape analysis. Much research has focused 

on volumetric and polygonal mesh models. However, only a few have been paid attention to point cloud 

and  suffered  from  several  limitations  such  as  connectivity or  inside‐shape  information  requirements, 

difficulty to compute junction nodes, or inappropriate parameter tuning. To resolve these problems, we 

propose an effective algorithm  for extracting a  robust and centered curve  skeleton  from point cloud. 

The process starts from estimating centers of antipodes of a point cloud, so called skeletal candidates, 

which are fundamentally inside the shape; but scattered. We thus filter and shrink them to create less‐

noisy skeletal candidates before applying one‐dimensional Moving Least Squares  (MLS) to build a  thin 

point cloud. The latter is then down sampled to sparse skeletal nodes. With recent nodes, it is possible 

to create a smooth curve skeleton; but distorted due to shrinking and thinning (MLS) processes. We thus 

utilize cross‐section plane technique and least squares ellipse fitting to relocate skeletal nodes to create 

a centered curve skeleton. The algorithm is validated on many complex models ranging from cylindrical 

to planar ones, and from clean to noisy and incomplete data. We show that the extracted curve skeleton 

is robust to noises and under centeredness property. 

Keywords: 

curve skeleton, point cloud, antipode, regression line, ellipse fitting   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             43 of 113  

Paper 24 

Title:   

Interactive Inverse 3D Modeling 

Authors:   

James Andrews1, Hailin Jin2 and Carlo Séquin3 

1University of California, Berkeley, [email protected] 2Adobe, [email protected] 3University of California, Berkeley, [email protected] 

Abstract: 

“Interactive  Inverse 3D Modeling”  is a user‐guided approach  to  shape construction and  redesign  that 

extracts well‐structured, parameterized, procedural descriptions  from unstructured, hierarchically  flat 

input data, such as point clouds, boundary representation meshes, or even multiple pictorial views of a 

given  inspirational prototype. This approach combines  traditional “forward” 3D modeling  tools with a 

system of user‐guided extraction modules and optimization  routines. With a  few cursor  strokes users 

can express their preferences of the type of modeling primitives to be used  in a particular area of the 

given prototype to be approximated, and they can also select the degree of parameterization associated 

with each modeling routine. The results are then pliable, structured descriptions that are well suited to 

implement the particular design modifications intended by the user. 

Keywords: 

reverse engineering, shape redesign, parameterized procedural modeling, interactive structure 

extraction, generalized sweeps   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             44 of 113  

Paper 25 

Title:   

Variational Formulation of the Log‐Aesthetic Surface and Development of Discrete Surface Filters 

Authors:   

Kenjiro T. Miura1, Ryo Shirahata2, Shin’ichi Agari3, Shin Usuki4 and R.U. Gobithaasan5 

1Shizuoka University, [email protected] 2Shizuoka University, [email protected] 3Shizuoka University, [email protected] 4Shizuoka University, [email protected] 5University Malaysia Terengganu, [email protected] 

Abstract: 

Log‐aesthetic curves include the logarithmic (equiangular) spiral, clothoid, and involute curves. Although 

most of these are expressed only by an integral form of the tangent vector, it is possible to interactively 

generate and deform them, and they are expected to be utilized in industrial and graphical design. The 

discrete  log‐aesthetic  filter based on  the  formulation of  the  log‐aesthetic curve has  successfully been 

introduced to avoid strong constraints on the designer's activity, to allow free design, and to embed the 

properties  of  the  log‐aesthetic  curves  for  complicated  shapes  with  both  increasing  and  decreasing 

curvature.  In  this  paper,  to  define  the  log‐aesthetic  surface  and  develop  surface  filters  based  on  its 

formulation, we first reformulate the  log‐aesthetic curve with variational principles. Then, we propose 

several new  functionals  to be minimized  for  free‐form  surfaces  and define  the  log‐aesthetic  surface. 

Furthermore, we propose new discrete surface filters based on the log‐aesthetic surface formulation. 

Keywords: 

log‐aesthetic surface, log‐aesthetic curve, variational principle, digital filter, discrete curve and surface.

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             45 of 113  

Paper 26 

Title:   

Grain Generation Method for Large Die Data Using the Out‐of‐Core Method 

Authors:   

Cam Nguyen Tang1, Daijiro Uzuyama2, Kenjiro T. Miura3, Shin Usuki4 and Mamoru Kikuta5 

1Shizuoka University, [email protected] 2Shizuoka University, [email protected] 3Shizuoka University, [email protected] 3Shizuoka University, [email protected] 5Calsonic Kansei Corp., KIKUTA‐M@ck‐mail.com 

Abstract: 

The surfaces of automobile interior parts have geometrically microfabricated textures, which are called 

“grain  textures.”  The  purpose  of  our  research  is  to mill  dies with  grain  by  use  of  digital  data. We 

generate microfabricated geometric data from a large CAD model of a die with the out‐of‐core method, 

texture  synthesis,  and  displacement mapping. With  these  geometric  data,  the  die with  grain  can  be 

manufactured by milling or laser machining 

Keywords: 

digital grain generation, out‐of‐core, s‐patch   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             46 of 113  

Paper 27 

Title:   

Mesh Segmentation and Surface Reconstruction of Automotive Panels 

Authors:   

Chun‐Fong You1 ,Yu‐Yu Lin2, Kai‐Wei Tzeng3, Kun‐Yu Liu4 

1Department of ME, National Taiwan University, [email protected] 2Department of ME, National Taiwan University, [email protected] 3Department of ME, National Taiwan University, [email protected] 4Department of ME, National Taiwan University, [email protected] 

Abstract: 

The after‐market services of automotive industries are incapable of obtaining automotive original panel 

designs, explaining why automotive parts are often developed by  reverse construction of sheet metal 

surfaces.  These  processes  depend  entirely  on manual  trial  and  error methods. Without  systematic 

reconstruction methods, quality of the surface varies  from  individual to  individual. Additionally,  labor‐

intensive  processes  have  lost  their market  competitiveness.  Therefore,  this work  presents  an  semi‐

automatic  surface  reconstruction  scheme, based on  the mesh model of automotive panels. Following 

calculation of the differential geometric properties, feature point retraction, region growth, and surface 

fitting, the results of hood and  fender verification demonstrate the  feasibility of the proposed surface 

reconstruction method. Based on the rule of quadrilateral surface, this work also develops a set of rules 

applicable for convex polygon mesh surface reconstruction to increase the applicability of surface fitting. 

The proposed methods allow  for a  systematic and automated  construction of  the auto parts  surface, 

thus shortening the manufacturing time. 

Keywords: 

Auto body parts, Mesh segmentation, Surface reconstruction   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             47 of 113  

Paper 28 

Title:   

On Incorporating FEM Results in Selective Laser Sintering to Achieve Customized Material Properties 

Authors:   

Prashant K. Jain1, Pulak M. Pandey2 

1PDPM Indian Institute of Information Technology, [email protected] 

2Indian Institute of Technology Delhi, [email protected] 

Abstract: 

This article presents a novel computational method to incorporate stress analysis results by subdividing 

a solid model into various subparts and subsequent fabrication of the part using selective laser sintering 

process.  Stress  analysis  of  a  tensile  specimen  part  is  carried  out  in  ANSYS  software,  nodal  stress 

developed at all the nodal points is calculated and grouped as per stress values. These points are used to 

write CLI file. A MATLAB program has been developed for writing CLI files for various sub‐parts based on 

the stress analysis. All subdivided solid models are fabricated together by using selective laser sintering 

process with parameters assigned as per their stress values. As mechanical properties are varying with 

process parameters and hence fabricated part will have customized mechanical properties for different 

regions. This paper discusses various  issues  in  implementation and current  limitations of the proposed 

methodology. Future direction to achieve this for the free form shapes has also been discussed. 

Keywords: 

Selective Laser Sintering, customized material properties, FEA   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             48 of 113  

Paper 29 

Title:   

Extended Axiomatic Design and Computational Support to Design for Aesthetics 

Authors:   

Sitaram Soni1, Pritee Khanna2, Puneet Tandon3 

1Research Scholar, PDPM IIITDM, Jabalpur INDIA, [email protected] 2Assoc. Professor, PDPM IIITDM, Jabalpur INDIA, [email protected] 3Professor, PDPM IIITDM, Jabalpur INDIA, [email protected] 

Abstract: 

The research describes the extension of the Axiomatic Design model to incorporate the aesthetic design 

as the customer requirement.  It also proposes a computational model to support the  formalization of 

aesthetic design in industrial products. The methodology takes into account the cognition process during 

the design generation and captures this behavior in a group theoretic structure. This approach leads to 

application of Axiomatic Design paradigm to the domain of the aesthetics. The proposed framework  is 

implemented and validated by taking a design case of the consumer products. 

Keywords: 

aesthetics, knowledge support, generative shape description, axiomatic design   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             49 of 113  

Paper 30 

Title:   

Optimization of Medical CT Data with High Precision 

Authors:   

Jing Chi1 and Caiming Zhang2 

1Shandong University of Finance and Economics, Ji'nan, China, [email protected] 2Shandong University of Finance and Economics, Ji'nan, China, [email protected] 

Abstract: 

The precision of medical CT data has an  important effect on the CT  image reconstruction precision.  In 

this  paper, we  present  a  novel  approach  for  optimizing  the  raw  CT  data  acquired  by  scanner.  The 

approach  can  effectively  improve  the  raw  CT  data  precision,  and  consequently,  improve  the 

reconstruction precision. The new approach is based on the fact that the raw CT data can be regarded as 

the area samples of human density, and  the point samples are more accurate  than  the area samples. 

The new approach transforms the raw area samples to more accurate point samples to improve the CT 

data precision by  three  steps: 1) establish  the mapping  relationship between area  samples and point 

samples; 2) Segment  the  raw CT  slice  into different  regions based on  the human  tissue  feature; 3)  in 

each  segmented  region,  construct  quadric  spline  fitting  equation  with  the mapping  relationship  to 

transform  the  area  samples  to  more  accurate  point  samples.  Experiments  show  that  the  image 

reconstruction with the new data optimized by our method has more details and fewer artifacts. 

Keywords: 

Computerized tomography, Precision optimization, Quadric spline   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             50 of 113  

Paper 31 

Title:   

A Projection Operator for Representing Sharp Features using Visibility 

Authors:   

Hiroaki Kawata1 and Takashi Kanai2  

1The University of Tokyo, [email protected]‐tokyo.ac.jp  2The University of Tokyo, [email protected]‐tokyo.ac.jp 

Abstract: 

We  propose  a  projection  operator  for  point  sets without  normal  vector  information.  Based  on  the 

visibility of points,  it  is possible  to represent sharp  features when points are projected on  the surface 

without normal vector information. Our method is based on the Moving Least‐Square Surface projection 

operator. Visibility computation  is utilized to avoid average computation of points near sharp features 

when  selecting  points,  in which  visibility  information  is  computed  before  starting  the  projection  for 

selecting  point  clouds  of  one  side. We  also  demonstrate  the  effectiveness  of  our  visibility  approach 

through several experiments. 

Keywords: 

point‐based, projection, sharp feature    

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             51 of 113  

Paper 32 

Title:   

CAD Based Geometric and Force Modeling of Single Point Form‐Cutting Tools 

Authors:   

K. Sambhav1, P. Tandon2, S.G. Dhande3 

1Indian Institute of Technology, Kanpur, India, [email protected] 2PDPM Indian Institute of Information Technology, Jabalpur, India, [email protected] 3Indian Institute of Technology, Kanpur, India, [email protected] 

Abstract: 

The paper models Single Point Cutting Tools (SPCTs) with free‐form rake and flank surfaces for geometry 

and cutting  forces using CAD. The geometric profile of  the  rake and  flank surfaces has been modeled 

using NURBS where the control points can be arbitrarily chosen and interactively modified to obtain the 

desired  cutting angles along  the  cutting edge. Such a model  can be employed  to design  form‐cutting 

tools with optimum profile. The geometric model  is used to calculate the rake and  flank angles  in the 

prevalent nomenclatures such as ASA, ORS and NRS by obtaining projections  to  the normal along  the 

cutting edge on  the chosen planes. The angles are  then used  to predict  the cutting and  thrust  forces 

using a mechanistic equation for HSS tool and MS work‐material combination. To validate the results, an 

HSS tool is ground arbitrarily and the points on the cutting edge and rake face are captured. The control 

points  are  derived  and  the model  is  fitted  to  generate  the  geometry  of  the  tool.  Experiments  are 

conducted  for  different  machining  conditions  and  the  theoretical  and  experimental  results  are 

compared. The results show a good correlation with the prediction. 

Keywords: 

Single point cutting tool, free‐form, NURBS, mechanistic model 

 

 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             52 of 113  

Paper 33 

Title:   

Designing Natural‐Tooth‐Shaped Dental Implants based on Soft‐Kill Option Optimization 

Authors:   

Yongki Yoon1, Xiaoyan Sun2, Jen‐Kuang Huang3, Gene Hou4, Krzysztof Rechowicz5, Frederic D. McKenzie6 

1Old Dominion University, VA, USA, [email protected] 2Old Dominion University, VA, USA, [email protected] 3Old Dominion University, VA, USA, [email protected] 4Old Dominion University, VA, USA, [email protected] 5Old Dominion University, VA, USA, [email protected] 6Old Dominion University, VA, USA, [email protected] 

Abstract: 

This paper presents the refinement and optimization of three‐dimensional (3D) dental implants with the 

complex  root  shapes of natural  teeth. These  root  shapes are  too  complex  to be drilled manually  like 

current  commercial  implants  and  so  are designed  to be  conducive  to  robotic drilling utilizing milling 

algorithms. Due to the existence of sharp curvatures and undercuts, anatomically correct models must 

be  refined  for  3D  robotic milling  and  these  refined  shapes must be  shown  to be optimized  for  load 

bearing. Refinement of  the  anatomically‐correct natural  tooth‐shaped models  for  robotic milling was 

accomplished  using  Computer‐Aided‐Design  (CAD)  tools  for  smoothing  the  sharp  curvatures  and 

undercuts. The  load bearing optimization algorithm  is based on the Soft‐Kill Option (SKO) method, and 

the geometries are represented using non‐uniform rational B‐spline (NURBS) curves and surfaces. Based 

on  these methods, we present optimized  single and double  root‐shaped dental  implants  for use with 

robotic site preparation. 

Keywords: 

mesh, dental implants, finite element analysis, shape optimization 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             53 of 113  

Paper 34 

Title:   

Evaluation  of  Fatigue  for  a  Pectus  Bar  Removal  Surgical  Tool Design  for  a  Safe  Clinical  Practice Use 

Setting 

Authors:   

Krzysztof J. Rechowicz1, Frederic D. McKenzie2, Sebastian Y. Bawab3 and Robert Obermeyer4 

1Old Dominion University, [email protected] 2Old Dominion University, [email protected] 3Old Dominion University, [email protected] 4Children's Hospital of The King's Daughters, [email protected] 

Abstract: 

The Nuss procedure  is a minimally  invasive procedure for the correction of pectus excavatum ‐ a chest 

wall deformity which results in the placement of a metal bar inside the chest cavity. The bar is removed 

after approximately  two years. Surgeons report  that  the currently available  tools  for  the extraction of 

the bar are  frequently  slow and  suboptimal. Previously, we had proposed a novel design of  the  tool 

which showed deficiencies when experimentally  tested. Then, with  the aid of CAD and  finite element 

analysis, modifications  to the original design were adopted  to drastically  increase the  factor of safety. 

However,  there  is  a  need  to  determine  whether  the  effects  from  repetitive  loading  will  affect  the 

performance of the tool over a long duration and to investigate the accumulation of damage and, hence, 

fatigue.  In this paper, repetitive  loading and  fatigue analysis are performed to predict the  life cycle of 

the tool and to further ensure that the tool  is safe for utilization prior to the clinical evaluation of the 

prototype by the surgeon. 

Keywords: 

finite element analysis, fatigue, surgical tools, Nuss procedure 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             54 of 113  

Paper 36 

Title:   

Examining CAD Interoperability through the Use of Ontologies 

Authors:   

Ramya T. Chaparala1, Nathan W. Hartman2 and John Springer3 

1Purdue University, [email protected] 2Purdue University, [email protected] 3Purdue University, [email protected] 

Abstract: 

Product  data  interoperability  in  CAD  systems  has  become  one  of  the  key  areas  of  concern  for 

collaboration of work and  integration of product data through various phases of a product  lifecycle. In 

this paper, we propose  a  framework which uses  an ontology  to bridge  the data  interoperability  gap 

between  various  CAD  software  systems  allowing  these  systems  to  interact with  each  other  during  a 

product’s  lifecycle.  An  ontology  is  created  from  the  native  file  from  a  CAD  system  through  an 

intermediate standard format, STEP. The ontology represents the geometric product data from the CAD 

file and the semantics of the product data. The ontology is converted back into a STEP file to be used by 

another  CAD  system.  This  could  be  an  open  source  alternative  to  expensive  proprietary  software 

packages used for this type of data conversion. 

Keywords: 

PLM, ontology, data interoperability, STEP, Protégé, OWL 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             55 of 113  

Paper 37 

Title:   

Parameterized Geometric Design of a Generic Form Milling Cutter 

Authors:   

Mohammed Rajik Khan1 and Puneet Tandon2 

1National Institute of Technology Rourkela, [email protected] 2PDPM‐Indian Institute of Information Technology, [email protected] 

Abstract: 

This paper presents the design methodology to develop a comprehensive geometric model for a generic 

form milling cutter. Unlike conventional projected geometry approach, the geometric design of the form 

milling  cutter  is modeled here using  (a)  composite NURBS  curve  to  create  the generic profile  for  the 

multi‐cutting edges and  (b) biparametric sweep and planar surfaces to form the rest of the geometry. 

The methodology  is  illustrated by varying the dimensional and geometric parameters of the composite 

model and generating a variety of cutters  lying  in  the same conceptual  family of generic  form milling 

cutter. The proposed method is validated by fabricating one of the form milling cutters. 

Keywords: 

parameterized geometric design, form milling cutter, generic profile 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             56 of 113  

Paper 38 

Title:   

BIM‐based Computer‐Aided Architectural Design 

Authors:   

Yi‐Feng Chang1, Shen‐Guan Shih2 

1National Taiwan University of Science and Technology, [email protected] 2National Taiwan University of Science and Technology, [email protected] 

Abstract: 

Computer‐aided architectural design  is evolving  from CAD  (Computer‐aided drafting)  to BIM  (building 

information modeling), which represents a progression from assisting designers to produce construction 

drawings  to  facilitating  design  plan  decision making  and  integration  of  AEC  industry  teams,  which 

involves the key aspects of  information processing and exchange during the design stage.  Information 

processing  and  exchange  during  the  design  stage  can  be  accomplished  using  a  building  information 

model, which can yield the benefits of (1) comprehensive information, no omissions, and inclusion of all 

information needed for operations; (2) no redundant information; and (3) no mutual contradictions plus 

effective  search and analysis  functions. This  study analyzes and  compares  the  information processing 

and integration methods of CAD and BIM systems from the perspective of computer‐aided architectural 

design  (CAAD),  and  proposes  that  BIM‐based  CAD  can  boost  the  horizontal  integration  efficiency  of 

cooperating teams, and achieve vertical  integration of  information between different stages. Now that 

BIM software  is available, designers must  transfer existing CAD systems data  into BIM databases, and 

use  BIM  technology  to  perform  architectural  design  and  transmit  design  information,  boosting  the 

effectiveness of cooperation between architectural  teams.  In accordance with  the AIA's  level of detail 

(LOD)  standards,  this  study  divides  the  design  process  into  three  stages  (LOD100  to  LOD300) 

corresponding to the design key points and objectives during each stage, and conducts an actual design 

case. Two design objectives are achieved through BIM use: (1) sustainability design of a green building 

and (2) the use of BIM technology to perform building planning and design. 

Keywords: 

Computer‐aided drafting  (CAD), building  information modeling  (BIM),  information  integration,  level of 

detail (LOD) 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             57 of 113  

Paper 39 

Title:   

Context Dependent Automatic View Planning: The Inspection of Mechanical Components 

Authors:   

Roberto Raffaeli1, Maura Mengoni2, Michele Germani3 

1Polytechnic University of Marche, [email protected] 2Polytechnic University of Marche, [email protected] 3Polytechnic University of Marche, [email protected] 

Abstract: 

Literature  shows  how  3D  CAD  product  models  can  be  used  as  reference  in  order  to  manage  the 

verification  process  by  3D  optical  scanning  systems  and  the  computation  of  the  optimal  viewpoints. 

However,  in the mechanical field, a variety of  inspection tasks  is experienced by engineers  involved  in 

the quality control process: GD&T verification, production phases control such as sheet metal cutting, 

evaluation of aesthetic appearance of parts, global shape deformation measurement and specific point 

deviations assessment. This  leads to the necessity of flexible view planning approaches which adapt to 

the  specificity  of  the  required  inspection  task.  The  present  work  targets  the  development  of  a 

comprehensive  view  planning  approach  in  which  several  algorithmic  options  are  triggered  by  the 

product features to be  inspected. Algorithms have been  implemented  in a prototypal software system 

which  has  been  experimented  as  an  off‐line  application  to  provide  inputs  to  a multiaxis  Degree  of 

Freedom  (DoF)  robot  arm  mounting  an  optical  3D  scanner.  Two  test  cases  from  die  casting  and 

automotive fields are presented. They show the computation of acquisition poses in a suitable sequence 

and efficiency in the obtained results. 

Keywords: 

GD&T, 3D scanning, Inspection, View Planning, Quality Control 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             58 of 113  

Paper 40 

Title:   

Manufacturability Mode Analysis Formulated In Algebraic Mathematical Functions 

Authors:   

Ramy F. Harik1 

1Lebanese American University, [email protected] 

Abstract: 

This paper presents an algebraic mathematical formulation for selecting the appropriate manufacturing 

modes combinations to manufacture a featured part. In a first section we introduce the topic as well as 

we  forward  a  literature  review.  Then we  present  a  set  of  algebraic  definitions  that will  be  used  to 

perform  the manufacturability  analysis  selection.  The  third part will  study  the  complete  set of  study 

cases and propose the face repartition algorithm accordingly. The fourth part summarizes the proposed 

methodology within a table. Finally a conclusion is presented. 

Keywords: 

manufacturing mode, mathematical formulation 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             59 of 113  

Paper 43 

Title:   

A Survey to Evaluate How Non‐Designers Perceive Aesthetic Properties of Styling Features 

Authors:   

Franca Giannini1, Marina Monti2, Jerome Pelletier3 and Jean‐Philippe Pernot4 

1Istituto di Matematica Applicata e Tecnologie Informatiche – CNR, [email protected] 2Istituto di Matematica Applicata e Tecnologie Informatiche – CNR, [email protected] 3Arts et Métiers ParisTech, LSIS Laboratory, UMR CNRS 6168, [email protected] 4Arts et Métiers ParisTech, LSIS Laboratory, UMR CNRS 6168, jean‐[email protected] 

Abstract: 

World‐wide  market  competition  and  the  need  to  create  products  that  better  satisfy  the  market 

expectations require a more comprehensive involvement of the customer in the product definition loop. 

Therefore,  it  is  crucial  to provide  customers with  very  easy‐to‐use  shape definition  and modification 

tools,  allowing  them  to  verify  and  evaluate  possible  shape  alternatives  without  requiring  specific 

knowledge on geometric modeling. A set of aesthetic properties guiding the shape characterization and 

appraisal have been identified together with measures for their evaluation and shape modeling methods 

for their direct modification. Since these properties have been indicated by stylists, no guarantee exists 

that they are usable in a context directly involving customers in the product definition loop. To verify the 

extent  to which  the  terms  indicating  the properties,  their meaning and  their measures are  significant 

and understandable by non‐expert designer people we carried out a survey. This paper describes  the 

methodology adopted and the outcomes of this survey. 

Keywords: 

geometric modeling, styling, aesthetic features, semantic‐oriented 3D modeling 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             60 of 113  

Paper 44 

Title:   

Analytical  Modeling  and  Evaluation  of  Microneedles  Apparatus  with  Deformable  Soft  Tissues  for 

Biomedical Applications 

Authors:   

Apichart Boonma1, Roger J. Narayan2, and Yuan‐Shin Lee3 

1Industrial and Systems Engineering, North Carolina State University, [email protected] 2Biomedical Engineering, North Carolina State University, [email protected] 3Industrial and Systems Engineering, North Carolina State University, [email protected] 

Abstract: 

This  paper  presents  an  analytical  modeling  of  microneedle  insertion  force  to  evaluate  different 

microneedle  geometric  designs.  To  analyze  the  microneedle  insertion  force,  monotonous  and 

heterogeneous  tetrahedral models of  soft  tissue were developed.  This paper  introduces  a  two‐stage 

analytical  modeling  technique  by  considering  different  geometric  design  parameters.  The  method 

divides microneedle  insertion  process  into  pre‐puncture  and  post‐puncture  stages,  and  employs  the 

concept  of  finite  element  analysis,  fracture  mechanics  and  distributed  load.  Different  microneedle 

designs can be evaluated based on the geometric design parameters. Experiments were conducted with 

both the linear elastic and the nonlinear finite element models. The microneedle geometry that provides 

better  tissue penetration and operation stability  is selected and used  for biomedical applications. The 

presented  techniques  can  be  used  in  the  design  and  developemnt  of microneedles  for  biomedical 

applications. 

Keywords: 

Biomedical device design, Soft tissue modeling, Geometry analysis, Biomedical applications 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             61 of 113  

Paper 45 

Title:   

Quantitative Similarity Comparison based on Group Technology: Improving Quality of Data Retrieval for 

CAD/CAM 

Authors:   

Leila Zehtaban1, Dieter Roller2 

1Universität Stuttgart, [email protected]‐stuttgart.de 2Universität Stuttgart, [email protected]‐stuttgart.de 

Abstract: 

The high potential of optimizing a new product design with reusing know‐how of existing or previously 

manufactured  products  has  exceedingly  attracted  interests  of  manufacturers  as  well  as  designers. 

Reusing existing know‐how has the potential to  improve product quality, shorten the design  lead‐time 

and  reduce  costs.  A  key  factor  for  a  quick  and  precise  accessibility  and  possibility  of  reusing  the 

accumulated knowledge  is  standardization and classification of  the products  in a  repository. Between 

the main methods  for classification of geometrical and  topological  information of a 3D model, Group 

Technology is the only method which contains additional information beside the geometry of a product. 

This paper presents the state‐of‐the‐art of Group Technology in design and manufacturing as well as its 

application  as  an  optimization  method  for  data  retrieval  of  CAD  models.  The  retrieval  process  is 

performed  with  numerical  (quantitative)  calculation  of  the  similarity  comparison  between  the 

requirements specification and the retrieved models. 

Keywords: 

Similarity comparison, Group Technology, CAD/CAM 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             62 of 113  

Paper 47 

Title:   

Conceptual Full‐Vehicle Development supported by Integrated Computer‐Aided Design Methods 

Authors:   

Severin Stadler1, Mario Hirz, Katharina Thum and Patrick Rossbacher 

1University of Technology Graz, [email protected] 

Abstract: 

Today’s  automotive  industry  is  characterized  by  a  high  product  diversification  in  combination  with 

decreasing  times‐to‐market.  This  leads  to  high  demands  on  product  development  processes  and 

assumes  the  application  of  multidisciplinary  and  flexible  virtual  product  development  tools  and 

methods. The present publication  introduces to the challenges of conceptual full‐vehicle development 

and discusses the ability of applying a centralized product master model by an exemplarily illustration of 

a 3D CAD approach. As a key aspect of this publication, a method  for the support of geometrical  full‐

vehicle  development  processes  (e.g.  geometrical  integration,  vehicle  packaging)  during  early  product 

generation phases is presented and discussed in detail. 

Keywords: 

automotive concept development, packaging layout, CAD master model 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             63 of 113  

Paper 48 

Title:   

Multiple View Motion Tracking of Gridded Surfaces using Topological Structure 

Authors:   

M. H. Kinsner1, T. S. Kenyon2, D. W. Capson3 and A. D. Spence4 

1McMaster University, [email protected] 2McMaster University, [email protected] 3McMaster University, [email protected] 4McMaster University, [email protected] 

Abstract: 

This paper describes a novel algorithm for  interframe motion tracking of gridded surfaces across close 

range video sequences. The topological approach exploits the regular grid structure, simplifying feature 

extraction requirements, and reducing dimensionality of the projective tracking problem from eight to 

two. Multiple view grid asymmetry  is  implemented using  loosely defined tracking fiducials that do not 

need to be explicitly detected or measured. Results  from an experimental setup validate the accuracy 

and robustness of the algorithm. Timing results demonstrate throughput greater than the 15 frames per 

second camera data acquisition rate. 

Keywords: 

computer vision, interframe motion, grid tracking, topological structure 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             64 of 113  

Paper 49 

Title:   

Layered Pentahedral Mesh Generation for Biomechanical Geometries with Unclosed Surfaces 

Authors:   

Zhipeng Lei and Jingzhou (James) Yang1 

Human‐Centric Design Research Laboratory, Texas Tech University, [email protected] 

Abstract: 

Available  methods  for  automatic  volumetric  mesh  generation  require  the  inputted  surface  to  be 

watertight. However, biomechanical  geometries obtained  from  a  3D  scanner,  computed  tomography 

(CT),  or magnetic  resonance  (MRI) may  not  provide  a  closed  surface.  This  paper  proposes  a  layered 

pentahedral mesh generation method  for a biomechanical geometry  that  is defined by any unclosed 

surface. Based on  the  initial geometries,  two basic meshing problems  for biomechanical model were 

solved. One is that the biomechanical geometry is defined by two surfaces and the volume bounded by 

the  two  surfaces  is meshed. The other one  is  that  the geometry defined by one  surface and a  list of 

points  is meshed where there are predefined depths on these points. A distance function was defined 

for determining relative distance between a surface and a plane. The volumetric mesh was created by 

adding  layers  of  pentahedral  elements,  and  these  pendtahedral  elements were  smoothed  using  the 

signal  processing method.  The  proposed method was  demonstrated with  examples  of meshing  the 

deadspace  of  headform/respirator  and  developing  the  finite  element model  of  a  human  face  with 

different  soft  tissue  thicknesses.  Further,  two  applications,  the  CFD  simulation  of  air  leakage  of 

headform/respirator and finite element contact simulation between a headform and a respirator, used 

the proposed method  to create volumetric mesh. Results  show  that  the proposed mesh method was 

able to create biomechanical models with acceptable mesh qualities from highly curved geometries. 

Keywords: 

Layered pentahedral mesh, respirator, biomechanical geometry 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             65 of 113  

Paper 50 

Title:   

B‐spline Surface Based Concept Design Module for Applications in Virtual Reality Environment 

Authors:   

Harish Pungotra1, George K. Knopf2 and Roberto Canas3 

1Beant College of Engineering and Technology, India, [email protected] 2Western University , London, Canada, [email protected] 3National Research Council, Canada, roberto.canas@nrc‐cnrc.gc.ca 

Abstract: 

Over the past decade, B‐spline modeling has become the standard mathematical model for representing 

freeform or organic objects in CAD/CAM systems. Using a B‐spline surface to represent the virtual model 

in a haptic  concept design module helps  to  streamline  the exchange of  the  information with existing 

CAD/CAM  systems.  B‐spline  surfaces  also  help  increase  visual  realism  because  these  represent 

continuous  surface. At  the  same  time, physically based virtual deformable models provide a  sense of 

realism  to  the  user. However,  the  algorithms  used  for  interaction with  the  virtual model  should  be 

efficient to maintain acceptable  level of virtual realism and perceive the simulation as continuous with 

no time lag. This paper presents a B‐spline surface based concept design framework, which can be used 

to  generate  various  concepts,  evaluate  these  concepts,  and  provide  user  training.  The  proposed 

framework assumes that all deformable models are represented as B‐spline surfaces. The tools used to 

interact with  the deformable models  can be  implicit  surface,  tessellated  surface, B‐spline  surface, or 

point‐based. The technique exploits blending matrices for the B‐spline surface that are  independent of 

the  control  point  positions  and,  hence,  can  be  pre‐calculated  prior  to  haptic  interaction.  Once 

determined, the pre‐calculated blending matrices are used to generate discrete points on the B‐spline 

surface. Mass spring system  is used  to  incorporate material properties  to  the virtual objects. Practical 

illustrations of  the concept design  framework are presented  for modeling and evaluation of concepts 

and provide training to the intended user segment. 

Keywords: 

concept design, deformable model, virtual reality, modeling and simulation, B‐spline surfaces, blending 

matrices 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             66 of 113  

Paper 51 

Title:   

Reliable Surface Extraction from Point‐Clouds using Scanner‐Dependent Parameters 

Authors:   

Hiroshi Masuda1, Ichiro Tanaka2, and Masakazu Enomoto3 

1The University of Tokyo, [email protected]‐tokyo.ac.jp 2Tokyo Denki University, [email protected] 3The University of Tokyo, [email protected]‐tokyo.ac.jp 

Abstract: 

Phase‐based and  time‐of‐flight  laser scanners can be used  to capture dense point clouds of  industrial 

plants. Our goal is to reconstruct 3D models of components in industrial plants. For robustly extracting 

surfaces,  the  standard  deviation  of  residuals  in  surface  fitting  has  large  impact  on  the  result.  The 

standard deviation is one of basic parameters in the least‐squares, robust estimate, region growing, and 

RANSAC. However, it is not easy to estimate the standard deviations of fitting errors in a wide range of 

field,  because  the  standard  deviations  vary  in  a  point‐cloud,  according  to  the  sizes,  distances,  and 

materials of scanned objects. In this paper, we investigate the distributions of residuals in surface fitting 

using experimental data, and derive prediction  functions of  the standard deviations  for measurement 

errors. Our experimental result shows that our prediction functions are effective for reliably extracting 

surfaces of diverse sizes, distances, and materials. 

Keywords: 

point‐cloud, surface extraction, as‐built modeling, point processing 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             67 of 113  

Paper 52 

Title:   

An Evaluation of Interactive and Automated Next Best View Methods in 3D Scanning 

Authors:   

Grigori D. Pintilie1 and Wolfgang Stuerzlinger2 

1York University, Toronto, Canada, [email protected] 2York University, Toronto, Canada, [email protected] 

Abstract: 

Scanning of objects to produce 3D models is becoming more commonplace as the required hardware is 

becoming  less expensive and more widely attainable. The process  involves obtaining scans of multiple 

views so as to create a complete 3D model. This is typically a user‐driven process, and an analysis of the 

difficulty of this task, use of automation, visualization methods, and their effect on the final result has 

not yet been thoroughly investigated. In this paper we report on a user study related to 3D scanning in 

which the user is asked to use a simulated, somewhat simplified 3D scanner with a simple user interface. 

Our  investigation focuses on scanning the complete surface of an object with decent sampling density, 

but  does  not  take  all  sampling  issues,  such  as  reflections,  into  account.  We  evaluate  different 

visualization methods, which aim to help the user complete or improve scans, and compare the results 

obtained by participants to those obtained using an automated approach. The results show that users 

can easily obtain complete scans or improve existing scans using this simple interface, and that different 

visualization methods  are more or  less equally effective; moreover, user performance  is on par with 

automated scanning methods. 

Keywords: 

Human factors, humanizing engineering design, Reverse engineering 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             68 of 113  

Paper 53 

Title:   

Draping Curves on Surfaces for Quad‐Meshing of Architectural Surfaces 

Authors:   

Sai Kit Fan1, Ajay Joneja2 and Shawn Wang3 

1Hong Kong University of Science & Technology, [email protected] 

2Hong Kong University of Science & Technology, [email protected] 

3Hong Kong University of Science & Technology, [email protected] 

Abstract: 

Modern  architectural  projects  increasingly  use  free  form  curved  surfaces.  These  are  eventually 

fabricated out of a  large set of simpler pieces, or  tiles  that are more economical  to manufacture and 

maintain. The most common tiling scheme is quadmeshing. Typical tiling approaches work in two stages: 

an  initial pattern of  lines  is  generated  to  yield  an  initial  tiling,  followed by  an  adjustment  stage  that 

optimizes the precise geometry of each tile. In this paper, we introduce an approach to address the first 

stage: draping of aesthetic 2D curves onto 3D surfaces in order to create initial tiling patterns. We test 

our approach by using a common aesthetic curve, the Archimedean spiral. Several examples from real‐

world projects are used to illustrate our method. 

Keywords: 

draping, architectural geometry, quad‐meshing, surface re‐meshing 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             69 of 113  

Paper 54 

Title:   

A Conceptual  Framework Based on  Fractal Geometry  for Design, Modeling  and Rapid Prototyping of 

Complex Geometric Shapes 

Authors:   

Dina Rochman1, Sergio Vázquez2 

1México, Universidad Autónoma Metropolitana, Cuajimalpa [email protected] 2México, Universidad Autónoma Metropolitana, Cuajimalpa [email protected] 

Abstract: 

In  the  "Project  GEMA"  geometry  and  mathematics,  62  prototypes  were  created  to  establish  a 

conceptual and  formal  language of  the  internal architecture of the solids that maintains a progressive 

continuity  through mathematics,  to  explore  and  analyze  the  changes  generated  by  the  points,  lines, 

planes and volume of  the  cube,  the  sphere and  the  tetrahedron. The  idea of  this project  came  from 

mixture  of  geometric  graphics  and mathematics  to  construct models  in  three  dimensions  using  CAD 

applications and  rapid prototyping  through  the  resources and elements of descriptive geometry. This 

paper illustrates step by step the construction of the "Project GEMA"® cube # 022, from the standpoint 

of mathematics and design with CAD applications. 

Keywords: 

Spatial reasoning, Polihedra, Digital technology, Rapid prototyping 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             70 of 113  

Paper 56 

Title:   

A Bottom‐up Approach for Reconstructing 3D Models from Line Drawings 

Authors:   

Masaji Tanaka1, Tomoyuki Miyake2 and Kenzo Iwama3 

1Okayama University of Science, [email protected] .ac.jp 2Okayama University of Science, [email protected] .ac.jp 3Engicom Corporation, k‐[email protected] 

Abstract: 

The automatic  reconstruction of a 3D object  from a single 2D  line drawing as a sketch has been very 

crucial research area since decades. Most of methods for the reconstruction have applied the technique 

of  line  labeling. However,  it would be often difficult  to apply  the methods when sketches have many 

curved  lines and have not any hidden  lines.  In  this paper, a method whose approach  is bottom‐up  is 

proposed. In this method, primitives and features are extracted repeatedly from sketches and they are 

composed to reconstruct 3D models. New primitives and features can be always included as learned by 

human when they are required in the more complex sketches of 3D objects. As the result, this method 

can easily handle sketches that have many curved lines and have not any hidden lines. The effectiveness 

of this method has been verified by experimental systems. 

Keywords: 

line drawing, sketch, reconstruction, bottom‐up, primitive, feature, CSG 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             71 of 113  

Paper 57 

Title:   

Fast and Automatic Identification of Contours for Girth Measurement on 3D Human Models with Variant 

Postures 

Authors:   

Zhanqing Chen1, Kai Tang2, Ajay Joneja3 

1Hong Kong University of Science and Technology, [email protected] 2Hong Kong University of Science and Technology, [email protected] 3Hong Kong University of Science and Technology, [email protected] 

Abstract: 

We  develop  a  novel  method  for  fast  and  automatic  identification  of  characteristic  contours  for 

measuring girths on digital 3D human models with various stable postures. For  fast  identification,  the 

characteristic  contours with  salient  topology  and  geometric  features  are  selected  among  the multi‐

source geodesic iso‐contours, which are constructed under a new Morse function as using multi‐source 

points to compute geodesic distance instead of using solely one source point. The resulting iso‐contours 

are stable in a wide range of postures due to the bending invariance of geodesic distance. Based on the 

characteristic  contours,  we  develop  an  efficient  algorithm  to  extract  the  contours  for  girth 

measurement. We present a number of experiments on 3D human body samples with variant postures 

to demonstrate the validity of our approach. 

Keywords: 

iso‐contour, girth measurement, posture 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             72 of 113  

Paper 58 

Title:   

Surface Pattern Generation Using L‐system 

Authors:   

Pui Lam Chan1, Kin Chuen Hui2 

1Chinese University of Hong Kong, [email protected] 2Chinese University of Hong Kong, [email protected] 

Abstract: 

The aim of  this  research  is  to  create aesthetic patterns automatically on a mesh  surface by using 2D 

L‐system. Patterns are generated by providing cross‐sections and loci as elements to form tiles. They are 

then packed together to form local pattern using 2D L‐system. Genetic Algorithm is adopted to optimize 

the patterns.  Finally  cross‐section  is blended on  the mesh  along  a  locus defined  in each  tile  to  form 

surface. A non‐self‐intersecting offset  surface  is  generated  and  its distance  from  the mesh  surface  is 

used as a maximum height to prevent the pattern intersecting itself. 

Keywords: 

aesthetic, pattern, L‐system, Genetic Algorithm, tiling, geometric synthesis 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             73 of 113  

Paper 59 

Title:   

An Approach of Irregular Porous Structure Modeling Based on Subdivision and NURBS 

Authors:   

S. T. Kou1, S. T. Tan2 

1Department of Mechanical Engineering, The University of Hong Kong, [email protected] 2Department of Mechanical Engineering, The University of Hong Kong, [email protected] 

Abstract: 

Porous structure has its own unique advantages such as low relative density, high specific strength, high 

specific surface area and good permeability etc., and these advantages lead to porous structure’s wide 

application  in  the  field  of  rapid  manufacturing,  lightweight  design  and  tissue  engineering.  Porous 

structure modeling, however,  is a challenging task  in CAD due to the difficulties  in controlling the pore 

shape,  size,  diversity  and  interconnectivity.  In  this  paper, we  present  a method  for  irregular  porous 

structure modeling. Quadtree (Octree)  is used to subdivide the modeling object  into small sub‐regions 

and  the derived polygon  (polyhedron)  is  generated  in each of  the  sub‐region. T‐mesh  is used  in  this 

paper  as  a  refinement  tool  for  subdivision.  Finally  non‐uniform  rational  B‐spline  (NURBS)  curves 

(surfaces) are generated using  the derived polygon  (polyhedron) as  the control polygon  (polyhedron). 

Easy  control  of  the  structure  size  and  interconnectivity  is  achieved  through  the  flexibility  and 

independent  characteristics  of  the  quadtree  (octree)  structure  and  Tmesh.  Structure  irregularity  is 

obtained by creating NURBS features based on the derived polygons or polyhedrons. 

Keywords: 

porous structure modeling, subdivision, NURBS 

 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             74 of 113  

Paper 61 

Title:   

Normal Vector Estimation for Point Clouds via Local Delaunay Triangle Mesh Matching 

Authors:   

Ji Ma1, Hsi‐Yung Feng2 and Lihui Wang3 

1The University of British Columbia, [email protected] 2The University of British Columbia, [email protected] 3University of Skövde, [email protected] 

Abstract: 

Reliable  estimation  of  normal  vectors  for  point  clouds  is  of  practical  importance  in  computer‐aided 

geometric modeling and  inspection. This paper  introduces a new normal vector estimation method for 

point clouds based on the matching results of the  local Delaunay triangle mesh formed at each point. 

The local mesh is a manifold patch of Delaunay triangles and resembles an open umbrella. According to 

the matching  results  of  these  umbrellas,  the  local Delaunay  neighbors  at  each  point  can  be  reliably 

identified, which leads to accurate normal vector calculations. Compared with the existing methods, the 

proposed method yields normal vectors of notably improved accuracy, especially for points near edge or 

corner  features.  The  improvement  has  been  demonstrated  using  both  simulated  and  scanned  point 

cloud data sets. 

Keywords: 

normal vector, point cloud, Delaunay neighbors, local mesh matching 

 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             75 of 113  

Paper 65 

Title:   

A New Adaptive Slicing Approach to Control Cusp Height of Rapid Prototyping Parts 

Authors:   

S. Sikder1 , Ahmad Barari2, and H.A.Kishawy3 

1University of Ontario Institute of Technology, [email protected] 2Corresponding Author, University of Ontario Institute of Technology, [email protected] 3University of Ontario Institute of Technology, [email protected] 

Abstract: 

Adaptive slicing in Rapid Prototyping Manufacturing (RPM) allows selection of layer thickness based on 

desired quality of the final product, rather than using a constant layer thickness as seen in the common 

practice. This type of slicing can be used to control part accuracy and the number of layer. Layer‐based 

manufactured parts exhibit  stair‐case effect which  can be quantified by cusp height or  the maximum 

distance measured  along  a  surface  normal  between  Computer‐Aided  Design  (CAD)  surface  and  the 

produced  layer.  This  paper  proposes  an  improved  adoptive  slicing  technique  for  rapid  prototyping 

implemented  in  a  direct  slicing  platform.  The  developed  procedure  directly  slices  the  CAD  model 

expressed in standard Initial Graphics Exchange Specification (IGES) format. The developed methodology 

uses  the  allowable  minimum  and  maximum  thickness  limits  of  RP  machine,  and  the  maximum 

acceptable cusp height of the final part to calculate the number and thickness of the layers to slice the 

solid model. A  variety  of  experiments  is  conducted  and  the  accuracy  of  the  developed  procedure  is 

compared with other slicing approaches. 

Keywords: 

Adaptive Slicing, Direct Slicing; Rapid Prototyping; Cusp Height, Layer Based Manufacturing 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             76 of 113  

Paper 66 

Title:   

Optimization of Vehicle  Structure Considering  Torsion  Stiffness Using  Simple  Structural Beam  Frame‐

Approach 

Authors:   

Steven Tebby1, Ahmad Barari2 and Ebrahim Esmailzadeh3 

1University of Ontario Institute of Technology, [email protected] 2Corresponding Author, University of Ontario Institute of Technology, [email protected] 3University of Ontario Institute of Technology, [email protected] 

Abstract: 

Vehicle  structural  design  is  an  important  component  of  automotive  design  since  the  structure  of  a 

vehicle plays complex interactions with the other vehicle components and has significant impact on the 

performance of the vehicle. Structural design is usually completed after many iterations and the design 

changes in the late design stages effect many other parameters in the design of vehicle. Therefore, it is 

highly valuable  for designers  to employ  simple but effective analyses at  the early design  stages. One 

method of analysis  is using Simple Structural Surfaces. This method utilizes planar sheets to model the 

vehicle structure and allows the determination of the forces in each sheet. The major drawback of this 

method is its inability to determine deflections in a structure. To overcome this drawback a method that 

uses  beam  elements  to  represent  the  vehicle  structure  has  been  developed.  This  method  uses  a 

numerical finite element method and  is able to determine unknown deflections and reaction forces as 

well  as  the  internal  loading on  each member.  This method  can  also be  readily  adapted  to  allow  for 

parametric optimization  for  torsion stiffness. The parameters associated with each beam element are 

the  length,  orientation  and  the  beam  characteristics  of  beams’  cross‐sectional  area  and moment  of 

inertia. An automated process  is developed  that manipulates some of  these parameters  to develop a 

structure that will have the greatest torsional stiffness. 

Keywords: 

Stiffness Matrix Method, Automotive Structure, Finite Element Analysis‐Based Design, Beam‐Frame 

Model 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             77 of 113  

Paper 67 

Title:   

Algebraic Distance Field for Meshless Analysis of Free Form CAD Models 

Authors:   

Kritika Upreti1 and Ganesh Subbarayan2 

1Purdue University, [email protected] 2Purdue University, [email protected] 

Abstract: 

In  the  class of problems  containing  embedded boundaries,  the  fields  approximating behavior on  the 

boundaries  are  often  blended  with  approximations  built  on  the  underlying  domain  using  weight 

functions.  For  example,  analysis  of  objects  in which  bounding  surfaces  are  embedded  into  regularly 

structured grids, or when the boundaries are moved by the governing physics as in crack propagation or 

solidification problems. The blending weight functions in the approximations are typically dependent on 

the distance from the bounding surface. For general domains, bounded by free form curves or surfaces, 

the  distance  fields  have  to  be  constructed  numerically.  This  may  require  either  a  polytope 

approximation  to  the  boundary  and/or  an  iterative  solution  to  determine  the  exact  distance  to  the 

boundary.  In  this paper, we describe  a purely  algebraic,  and  computationally efficient,  technique  for 

constructing distance measures as  level sets from Non‐Uniform Rational B‐Splines (NURBS) boundaries 

that retain the geometric exactness of the boundaries while eliminating the need for  iterative distance 

calculation.  The  level  sets  are  constructed by  implicitization of  the  constituent Bezier patches of  the 

NURBS surfaces. These  implicit functions, however, extend beyond the parametric range of the Bezier 

patch. Therefore, Boolean compositions with the convex hull of control polygon of the Bezier patch are 

used  to  trim  these  global  implicit  functions.  Further  compositions  are  then  carried  out  between 

adjoining Bezier patches to describe a composed distance field over the domain. The compositions rely 

on  R‐functions  that  permit  algebraic  manipulations.  Algorithms  are  also  described  to  enable 

computation of signed distance measure for bounded geometries. Geometry‐based (meshless) analysis 

of freeform CAD models is demonstrated using the proposed technique through a set of linear elasticity 

problems.  The  geometric models  are  assumed  to  be  boundary  representations  (B‐rep)  that  do  not 

contain parametric description of the domain of analysis. The utility of the proposed technique is that it 

enables direct analysis on these B‐rep CAD models without resorting to the tedious mesh generation in 

the analysis domain. 

Keywords: 

Distance field, Implicitization, NURBS, R‐ functions, Meshless, Explicit   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             78 of 113  

Paper 68 

Title:   

Modeling of Variational Gradient Porous Architecture with Multidirectional Filament Deposition  in 3D 

Scaffolds 

Authors:   

AKM Khoda1, Ibrahim T. Ozbolat2 and Bahattin Koc3 

1University at Buffalo, [email protected] 2The University of Iowa, ibrahim‐[email protected] 3Sabanci University, Istanbul, [email protected] 

Abstract: 

Porous scaffolds with interconnected and continuous pores have recently been developed to stimulate 

tissue  regeneration. Even  though  few  researches have  focused on  the  internal architecture of porous 

scaffolds  but  concluded  that  properly  interconnected  and  continuous  pores with  spatial  distribution 

might perform diverse mechanical, biological and  chemical  functions of a  scaffold. Thus  the need  for 

reproducible and fabricatable scaffold design with controllable gradient porosity is obvious but is hardly 

achieved  because  of  design  and  fabrication  limitations.  In  this  paper,  a  novel  functionally  gradient 

variational  porosity  architecture  has  been  proposed  with  continuous  material  deposition  planning 

scheme. The medial  axis  transformation  for  the  scaffold has been  calculated  to  generate  an  internal 

feature of the geometric domain. The medial axis is then used as a base to develop the medial boundary 

to define  the medial  regions. Then  the  complex  internal architecture of  scaffolds  is divided  into  sub‐

regions using the ruling lines that are generated between the slice’s contour and the medial boundary. 

The desired controlled variational porosity along  the scaffold architecture has been achieved with  the 

combination of two geometrically oriented consecutive  layers while meeting the tissue scaffold design 

constraints. This ensures truly porous structures in every direction as well as controllable porosity with 

interconnected  pores  along  the  scaffold  architecture.  The  proposed  methodology  has  been 

implemented  and  illustrative  examples  are  also  provided.  A  sample  designed  structure  has  been 

fabricated with a NC motion controlled micro‐nozzle deposition system. 

Keywords: 

Medial axis, variational porosity, internal scaffold architecture 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             79 of 113  

Paper 69 

Title:   

Three‐Dimensional Reconstruction of Large Micro‐CT Datasets of Vascular Corrosion Cast Using Parallel 

Visualization 

Authors:   

William Lafayette Mondy1, Bhanu Rekepalli2, Pragnesh Patel 

1Claflin University, Medical University of South Carolina, and Adiana Research and Development, 

[email protected] 2University of Tennessee‐Oak Ridge National Laboratory, [email protected] 

Abstract: 

The inability to manage and process the large Micro‐CT datasets, and large 3D stereo lithographic image 

files  created  using  Micro‐CT  methodology  limits  the  volume  of  tissues  reproducible  in  CAD  with 

microscopic details. We address the limitations in our ability to manage the large amounts of image data 

generated by these methods by using supercomputer imaging technology based on NUMA architecture 

which  has  1024  cores,  4TBs  of  global  shared memory,  and  8 GPUs  in  a  single  system  image  called 

Nautilus. Preliminary runs on Nautilus were able to generate a 3D model/STL file for approximately 70% 

of the complete dermal vascular system of an adult New Zealand White rabbit skin vascular tree system 

consisting of 3301 images (4000 by 4000 pixels) requiring more than 3 terabytes of shared memory. This 

work  investigates  the  architecture  and  shared memory  requirement  of  supercomputers  needed  to 

generate these models using various intensity levels for accurate data visualization which was previously 

prohibited  by  desktop  computers.  Using  interactive  parallel  visualization  and  graphical  analysis  for 

contour  plotting  and  generation  of  STL  files we  reduced memory  footprint  by  removing  noise  from 

datasets. In near future, we would  like to conduct a contour spectrum to select  important values from 

datasets. 

Keywords: 

Dermal Vascular Tree; Capillary Bed; memory footprint; NUMA architecture 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             80 of 113  

Paper 71 

Title:   

A method for designing users’ experience with industrial products based on a multimodal environment 

and mixed prototypes 

Authors:   

Francesco Ferrise1, Monica Bordegoni2 and Serena Graziosi3 

1Politecnico di Milano, [email protected] 2Politecnico di Milano, [email protected] 3Politecnico di Milano, [email protected] 

Abstract: 

The paper describes a methodology that can be employed to perform the analysis of aspects related to 

human interaction with consumer products during the Product Development Process, thanks to the use 

of mixed prototypes. The methodology aims at helping designers to take decisions earlier compared to 

the current practice based on not easily modifiable physical prototypes. Authors’ method considers the 

interaction with adaptable mixed prototypes as a possible validating procedure for product interaction‐

enabling features: a multimodal environment  is created to perform these validations,  integrating three 

sensorial modalities such as vision, hearing and touch. The paper firstly describes the requirements for 

the creation of the multimodal environment. Then  it focuses on the opportunity of using an approach 

based on mixed prototypes rather than on completely virtual ones: the intent is to increase the level of 

“realism”  of  the  simulation  by  overcoming  limitations  of  actual  technologies  for  the  sense  of  touch. 

Finally, a case study is discussed, starting from the analysis of a commercial consumer product up to the 

interaction with  the developed Mixed Prototype. The expected benefits  for  the product development 

process are highlighted. 

Keywords: 

Virtual and Mixed Prototyping, Haptic Interaction, Product Virtualization 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             81 of 113  

Paper 72 

Title:   

GPU‐Based Super‐Union for Minkowski Sum 

Authors:   

Yuen‐Shan Leung1, Charlie C.L. Wang2 and Yong Chen3 

1The Chinese University of Hong Kong, [email protected] 2The Chinese University of Hong Kong, [email protected] 3University of Southern California, [email protected] 

Abstract: 

We present an efficient and  robust algorithm  to approximate  the 3D Minkowski sum of  two arbitrary 

polyhedra on Graphics Processing Unit  (GPU). Our algorithm makes use of  the  idea of super‐union,  in 

which we decompose the two polyhedra into convex pieces as usual, but the way we perform pairwise 

convex Minkowski sum and merge the pairwise sums one by one is changed to group by group on GPU. 

The  core  technique  involved  is  to  directly  compute  the  convex  hull  of  pairwise  sum  in  image 

representation  and  utilize  voxelization  to  perform  massive  union  operations.  Despite  the  lack  of 

accuracy, we guarantee that the voxelization of Minkowski sum is conservative, and the inner voids are 

well preserved. Our algorithm is also scalable and fits well into GPU’s streaming architecture. 

Keywords: 

Minkowski sum, Voxelization, Inner void, GPU, MAX/MIN blending 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             82 of 113  

Paper 74 

Title:   

Smart Spatial Ontology: Bridging Semantic Ontology to Spatial Topology 

Authors:   

Chieh‐Jen Lin1 

1Tainan University of Technology, [email protected] 

Abstract: 

This  paper  proposes  a  feasible  approach  named  “Smart  Spatial Ontology”  for  converting  ontological 

declarations into topological relations and geometric features, which would then assist users to retrieve 

relevant cases from the case library. The purpose of this project is to extend the knowledge representing 

abilities  of  our  design  case  library,  which  develops  smart  retrieval  of  spatial  topology  within  plan 

drawings for assisting architectural design. 

Keywords: 

case‐based design; case library; spatial topology; semantic ontology 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             83 of 113  

Paper 75 

Title:   

About the Introduction of a Dialogue‐Based Interaction within CAD Systems 

Authors:   

Niccolò Becattini1, Yuri Borgianni2, Gaetano Cascini3, and Federico Rotini4 

1Politecnico di Milano (Italy), [email protected] 2Università di Firenze (Italy), [email protected] 3Politecnico di Milano (Italy), [email protected] 4Università di Firenze (Italy), [email protected] 

Abstract: 

CAD systems are nowadays extending their domain of application towards the preliminary phases of the 

design process, with the emergence of Computer‐Aided Innovation – CAI. However, the first generation 

of CAI  commercial  software  is  far  from  achieving  the  intended objectives;  among  them,  the diffused 

TRIZ‐based  systems made no exception. Particular  limitations are highlighted within  the embodiment 

design  stage with  reference  to  the  support  provided  by  CAx  tools  in  fulfilling  product  specifications, 

whenever  the  generated  solutions  do  not  satisfy  system  requirements.  The  authors  propose  to 

overcome  the  current  limitations  by  implementing  a  dialogue  based  system  into  the  framework  of 

existing CAD applications,  to support  the designer  in overcoming problems emerged during  the  initial 

design stages. The manuscript illustrates a refined set of requirements for a Dialogue‐Based CAD system 

according to the outcomes of a testing campaign carried out with a preliminary version of a question‐

answer  framework. The proposed  instrument  is capable  to measure  the achievement of all  the major 

characteristics highlighted by the survey of established models for carrying out embodiment design. 

Keywords: 

Dialogue‐based interaction; Innovation; Problem Solving; Embodiment Design 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             84 of 113  

Paper 76 

Title:   

Interactive Virtual Prototypes for Testing the Interaction with New Products 

Authors:   

Francesco Ferrise1, Monica Bordegoni2 and Umberto Cugini3 

1Politecnico di Milano, [email protected] 2Politecnico di Milano, [email protected] 3Politecnico di Milano, [email protected] 

Abstract: 

Today, the tests of a new product  in  its conceptual and design stage can be performed by using digital 

models owning various levels of complexity. The level of complexity depends on the nature and on the 

accuracy of  the  tests  that have  to be performed. Besides,  the  tests can  involve or not  the  interaction 

with  humans.  Particularly,  this  second  aspect  must  be  taken  into  account  when  developing  the 

simulation model.  In  fact,  this  introduces  a  different  kind  of  complexity with  respect  to  simulations 

where humans are not  involved. Simulation models used for numerical analyses of the behavior of the 

product (such as Finite Element Analysis, multi‐body analysis, etc.) are typically named Digital Mock‐Ups. 

Instead,  simulations  that  are  interactive  in  their  nature,  requiring  humans‐in‐the‐loop,  are  named 

interactive  Virtual  Prototypes.  They  cannot  be  intended  as  a  simple  upgrade  of  a  CAD model  of  a 

product, but they are instead a combination of functional models, mapped into sensorial terms and then 

accessed  through multisensory and multimodal  interfaces.  In  this paper,  the validity of  this concept  is 

demonstrated  through  some  case  studies where  interactive Virtual Prototypes are used  to  substitute 

the corresponding physical ones during activities concerning the product conceptualization and design. 

Keywords: 

Virtual Prototyping, Mixed Prototyping, CAD modeling, Simulations 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             85 of 113  

Paper 77 

Title:   

Networking Architecture for a Multi‐User FEA Pre‐Processor 

Authors:   

Prasad Weerakoon1, James Wu2, Tim Bright3, Chia‐Chi Teng4, Ed Red5, Greg Jensen6 and Karl Merkley7 

1Brigham Young University, [email protected] 2Brigham Young University, [email protected] 3Brigham Young University, [email protected] 4Brigham Young University, [email protected] 5Brigham Young University, [email protected] 6Brigham Young University, [email protected] 7Computational Simulation Software, LLC, [email protected] 

Abstract: 

Current  computer‐aided  engineering  applications  (CAx) only  allow  a  single user  to  create/manipulate 

geometry and prepare the model/assembly for analysis at a given time. These engineering applications 

do not support multiple users  to make changes  to  the model/assembly simultaneously. Though  there 

are some collaborative tools embedded within these applications, they are limited to simple interactions 

such  as  screen  sharing,  conference  calling,  instant messaging,  etc.  In  the  Product Development  (PD) 

cycle,  a  considerable  amount  of  time  is  spent  in  preparing  the model/assembly  for  Finite  Element 

Analysis  (FEA).  This paper discusses  the  architectural  considerations  that were  taken  into  account  to 

allow multiple users to work on the same model in CUBIT (a commercial FEA mesh generation software). 

Keywords: 

Multi‐user architectures, ipc, named pipes, collaborative architectures, CAx 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             86 of 113  

Paper 78 

Title:   

Mesh  Simplification  Based  on  Feature  Preservation  and  Distortion  Avoidance  for  High‐Quality 

Subdivision Surfaces 

Authors:   

Tetsuo Oya1, Toshiyuki Tanamura2, Hideki Aoyama3 and Masatake Higashi4 

1Keio University, [email protected][email protected][email protected] 2Keio University, [email protected][email protected][email protected] 3Keio University, [email protected][email protected][email protected] 4Toyota Technological Institute, higashi@toyota‐ti.ac.jp 

Abstract: 

We propose  a mesh  simplification  scheme  that  can  reduce  the number of meshes  to  the  requested 

number while uniform and high‐quality base meshes for subdivision surfaces. In this paper, a modified 

QEM  (Quadric Error Metrics) scheme  is proposed  to obtain high‐quality subdivision surfaces on which 

sharp features exist. To meet the requirements for surface quality and precise feature expressions, we 

combined mesh distortion check and feature preservation with the QEM scheme. We demonstrated our 

algorithm  using  some  models  including  complex  shapes,  and  the  demonstrations  showed  the 

effectiveness of the proposed method. 

Keywords: 

Reverse engineering, subdivision surface, mesh simplification, and feature preservation. 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             87 of 113  

Paper 79 

Title:   

Determination of Elbow Flexion‐Extension Axis Based on Planar and Closed B‐Splines 

Authors:   

Kamal Mostafavi1, O. Remus Tutunea‐Fatan2, Emily Lalone3, Graham J. W. King4 and James A. Johnson5 

1The University of Western Ontario, [email protected] 2The University of Western Ontario, [email protected] 3The University of Western Ontario, [email protected] 4The University of Western Ontario, [email protected] 5The University of Western Ontario, [email protected] 

Abstract: 

Accurate  determination  of  the  flexion‐extension  axis  of  the  elbow  affects  the  outcome  of  implant 

replacement. The current  study proposes an automated approach capable of determining  the FE axis 

based on a stack of axial computer tomographic (CT)  imaging slices of the distal humerus. The core of 

the  algorithm  consists  of  an  original  technique  employing  control  polygon  deformation  used  to 

approximate  the  segmented  outer  cortical  bone  points with  closed  B‐Splines,  followed  by  curvature 

based and  least squares fitting methods for determination of the two relevant geometric centers. The 

new  approach  was  validated  against  a  conventional  voxel  based  FE  axis  determination  procedure 

involving marching cubes algorithm. 

Keywords: 

elbow flexion‐extension axis, distal humerus, B‐Spline based shape approximation, curvature‐based 

feature recognition, least squares fitting, voxel‐based representations 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             88 of 113  

Paper 80 

Title:   

Integration  of  Additive Manufacturing  and  Virtual  Verification  Strategies  within  a  Commercial  CAM 

System 

Authors:   

R. W. Hedrick1 and R. J. Urbanic2 

1CNC Software, Canada, [email protected] 2University of Windsor, [email protected] 

Abstract: 

Additive manufacturing  (AM) processes are becoming more  common; however,  there  is  little process 

planning  control.  Standalone  proprietary  software  is  used  by AM  systems  to  create  a  build  file  that 

displays  the  travel  paths,  but  not  a  complete  representative  model,  which  may  not  be  optimal. 

Integrating AM  into existing CAM systems provides a direct  link between  the CAD model and  the AM 

build  file, as well as allowing planners  to directly combine additive and  subtractive operations. When 

considering the number of entities and constraints related to the travel paths, most of the AM processes 

are  a  derivative  of  the  Fused Deposition Modeling  (FDM)  process;  consequently, modeling  the  FDM 

process within  a  commercial  CAM  system  is  the  focus  of  this  research. An AM  user  interface  and  a 

process verification system based on the X3D standard  is developed, as current machining verification 

solid modeling kernels have been found to not be suited due to the number of entities to be processed. 

Various examples are presented to highlight the merits of the approaches taken. 

Keywords: 

Additive manufacturing, tool path generation, computer aided manufacturing simulation tools 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             89 of 113  

Paper 81 

Title:   

Targeted  Reverse  Engineering  Techniques  for  Generating  Architectural  Solid  Models  for  Additive 

Manufacturing Fabrication 

Authors:   

R. J. Urbanic1, M. Kilani2 and A. Hassoun3 

1University of Windsor, [email protected] 2University of Windsor, [email protected] 3University of Windsor hassouna @ uwindsor.ca 

Abstract: 

Additive manufacturing  (AM)  technologies enable designers  to  readily  fabricate a physical model of a 

complex free form object; however, a ‘water tight’ model is required for effective fabrication. To create 

the  CAD  model  for  a  classical  building  that  has  limited  relevant  structural  information,  reverse 

engineering techniques must be applied. Using digital images, similarity and pattern analyses, a full solid 

model of key exterior and interior features was generated in a systematic manner for manufacture using 

the 3D Printing process. Feature geometry consisted of lines, arcs, extruded, swept, and revolved solids. 

Design redundancies were leveraged to ignore noise due to the data collection or building variations. 3D 

Printing  technology  specific  constraints needed  to be addressed,  such as altering wall  thicknesses  for 

appropriate  model  strength,  and  providing  assembly  interfaces  to  allow  for  ease  of  assembly  and 

disassembly.  This  approach  is most  appropriate  for buildings  that do not  contain  complex  free  form 

geometry, and is illustrated using a case study: Assumption University in Windsor, which was founded in 

1857 and is administered by the Congregation of St. Basil. 

Keywords: 

Reverse Engineering, Architectural Replica Model, 3D Printing 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             90 of 113  

Paper 82 

Title:   

Towards a Feature‐Based Agent‐Driven NC Tool Path Generation to Support Design and Process Changes 

Authors:   

Wei Wang1, Yingguang Li2 and Yongsheng Ma3 

1Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, [email protected] 2Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, [email protected] 3University of Alberta, [email protected] 

Abstract: 

On  the  shop  floor  of manufacturing  aircraft  structural  parts,  design  changes  and machining  process 

changes accompany the entire development cycle of aircraft products. Such constant changes represent 

a typical characteristic of a dynamic and integrated design and manufacturing environment. For such an 

environment,  a  feature‐based,  and  agent‐driven  automatic  numerical  control  tool  path  generation 

method  is  proposed  in  this  paper.  An  object‐oriented  collaboration  framework  is  employed  to 

implement  well‐defined  machining  features  which  keep  engineering  knowledge  about  tool  path 

generation, and  those  involved processes. Agents are used  for collaboration control,  function services 

and  domain mediation  to  propagate  design  and  process  changes  to machining  features. Machining 

features are activated by agents to make the proper responses automatically. A prototype for feature‐

based tool path generation has been developed to verify the proposed method. 

Keywords: 

feature‐based machining, agent, tool path generation, aircraft structural part 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             91 of 113  

Paper 83 

Title:   

Multi‐view Feature Model Representation  to Support  Integration of Chemical Process and Mechanical 

Design 

Authors:   

Yanan Xie1, Jingxing Wei2 and Yongsheng Ma3 

1University of Alberta, [email protected] 2University of Alberta, [email protected] 3University of Alberta, [email protected] 

Abstract: 

Increasingly extensive attentions have been given for the collaboration between chemical process and 

mechanical design teams, especially for large scale energy industries such as oil sands mining, upgrading 

and refining. The  innovation of this proposed approach  is to provide efficient and  flexible  information 

share capability between different engineering departments. In this direction for the oil industry, as an 

example,  the  information  flow  between  chemical  process  engineering  and  mechanical  engineering 

domains  is very crucial. Currently the engineers working for these two fields use different engineering 

platforms whose  information  are  also  isolated.  In  this  paper,  a  system  design with  the  generic  data 

framework  is proposed  to  facilitate  the  sharing of  information  and  to help  the design  from different 

aspects using multi‐view feature technology. A preliminary scenario has been implemented with NXTM 

and SmartPlantTM software tools. It has been proved that under the proposed system design, engineers 

working on these two domains can integrated their work coherently and share different information and 

constraints consistently. 

Keywords: 

multiple view; feature‐based integration; generic feature; collaborative engineering 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             92 of 113  

Paper 84 

Title:   

Tolerance  allocation  Based  on  the Minimum  Deformation  Zone  of  Finite  Element  Structural  Frame 

Analysis 

Authors:   

Ahmad Barari1 

1University of Ontario Institute of Technology, [email protected] 

Abstract: 

As  a  design  and manufacturing  principle  the  combination  of  the  actual  deformations  in  a  designed 

mechanical part due  to all of  its  service  loads and  the deviations due  to all of  its manufacturing and 

production  uncertainties  should  be  equal  or  less  than  its maximum  acceptable  total  geometric  and 

topological  deviations  that  can  satisfy  its  form,  fit,  and  function  requirements.  Therefore,  precise 

knowledge of the actual deformations of mechanical components under the applied loads and boundary 

conditions need to be used to allocate suitable tolerances. However, this process is optimized only if the 

minimum  geometric  zone  that  covers  the  evaluated  deformations  is  studied  properly.  In  order  to 

achieve  this  goal,  the  concept  of minimum  deformation  zone  is  introduced  in  this  paper. Using  this 

concept,  a  unified  methodology  is  developed  to  find  the  optimum  tolerances  for  the  geometric 

parameters  of  mechanical  frame  structures.  Validity  of  the  developed  procedure  is  studied  by 

conducting  case  studies  and  variety  of  experiments.  The  developed methodology  can  be  employed 

efficiently during detailed design process in a Computer Aided Design environment. 

Keywords: 

Tolerance Analysis, Minimum Deformation Zone, Geometric Deviations, Finite Element Analysis 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             93 of 113  

Paper 86 

Title:   

Mapping Causal Relationships and Conflicts among Design Parameters and System Requirements 

Authors:   

Niccolò Becattini1 and Gaetano Cascini2 

1Politecnico di Milano – Dipartimento di Meccanica, [email protected] 2Politecnico di Milano – Dipartimento di Meccanica, [email protected] 

Abstract: 

This  paper  proposes  a  Computer‐Aided  tool  aimed  at  increasing  the  efficiency  of  the  Product 

Development Process by bridging the definition of system requirements to the preliminary assessment 

of  the  impacts of design choices on product characteristics.  In details,  it  supports  the designer  in  the 

definition of desired and undesired characteristics of a technical system throughout  its entire  lifecycle, 

according  to  a  standardized  set  of  criteria  for  eliciting  and  organizing  knowledge  from  experts.  The 

Computer‐Aided  tool also assist  the user  in managing  the complex network between design variables 

and  system  requirements,  characterizing  their  cause‐and‐effect  relationships  with  the  objective  of 

determining critical parameters for product design. The paper also presents an exemplary application of 

the  software  prototype  in  the  field  of  washing  machines  with  the  purpose  of  highlighting  that  a 

progressive  integration of this kind of  instruments  into existing CAD/CAE tools also allows to promptly 

determine a connection between requirements and objectives of physically based simulations. 

Keywords: 

System  requirements;  design  variables,  system  parameters;  causal  relationships;  Product  Lifecycle 

Management 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             94 of 113  

Paper 87 

Title:   

Gesture Interface for 3D CAD Modeling using Kinect 

Authors:   

Dipen Dave1, Ashirwad Chowriappa2 and Thenkurussi Kesavadas3 

1Virtual Reality Laboratory, University at Buffalo, [email protected] 2Virtual Reality Laboratory, University at Buffalo, [email protected] 3Virtual Reality Laboratory, University at Buffalo, [email protected] 

Abstract: 

Modeling in general can be viewed as a two‐step process, the first being concept visualization followed 

by  the  final design. Most designers who work with CAD systems go  through  the concept visualization 

stage  and  follow  the  same  steps  required  in  the  final design  stage. A  standard  approach  to  concept 

visualization is traditionally performed using clay modeling, yet there is a lack of computer aided design 

tools that can faithfully mimic the process of traditional clay modeling both in terms of representation of 

virtual clay as well as an  immersive user  interface capable of capturing the user’s  intent  in an  intuitive 

sense. In this paper we describe a voxel based representation of virtual clay and introduce a hierarchical 

gestural  interface using Kinect which together brings the  intuitiveness of traditional clay modeling to a 

CAD  environment.  The  framework was  validated  using  a  3D  clay modeling  software  (n=13).  Results 

showed that most of the participants were able to adapt to the new interface quickly. 

Keywords: 

Free form modeling, virtual clay, Kinect Gesture interface 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             95 of 113  

Paper 88 

Title:   

Virtual Testing Laboratory for Lower Limb Prosthesis 

Authors:   

Giorgio Colombo1, Giancarlo Facoetti2 and Caterina Rizzi3 

1Politecnico di Milano, [email protected] 2Università di Bergamo, [email protected] 3Università di Bergamo, [email protected] 

Abstract: 

This paper presents an environment, named Virtual Testing Lab‐VTL, where the orthopedic technicians 

can  test  the  prosthesis  replicating  the  traditional  procedures.  It  is  part  of  an  innovative  design 

framework  centered on digital models of  the whole patient or of his/her  anatomical districts, which 

constitute  the  backbone  of  the whole  prosthesis  design  process.  The  virtual  lab  permits  to  realize  a 

complete amputee's digital model, an avatar, by which  it  is possible  to execute prosthesis set up and 

evaluate  its  functionality  simulating  postures  and movements.  First, we  describe  the  state  of  art  of 

techniques  used,  i.e.,  virtual  humans  and motion  capture  systems.  Then,  the  application  of  virtual 

humans for the prosthesis design and simulation is presented as well as preliminary results. 

Keywords: 

Virtual human, prosthesis design, virtual testing 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             96 of 113  

Paper 89 

Title:   

Embedded CFD Simulation for Blood Flow 

Authors:   

Simone Bartesaghi1, Giorgio Colombo2 

1Dipartimento di Meccanica, Politecnico di Milano, [email protected] 2Dipartimento di Meccanica, Politecnico di Milano, [email protected] 

Abstract: 

The aim of the study is the analysis of strategies and parameters to automate CFD simulations. The idea 

is to perform an Embedded CFD simulation for product development and verification. This work focuses 

on biomedical problems,  in particular on vessel bifurcations with aneurysm  located  in  the  circulatory 

system. The  research  is  conducted by  the analysis of  the pre‐processing,  solving and post‐processing 

steps, in order to find a methodology that involves the reliable calculation of the CFD variables. For the 

pre‐processing  step,  spatial grids  study  is  conducted  to  find  the element density  that allows efficient 

calculations. The evaluations are done on a blood  flow  through an  ideal artery bifurcation aneurysm. 

Subsequently the time step entity and the maximum inner iteration number are studied to calculate the 

independent  variables. The  time  step  is evaluated on  the  ideal bifurcation aneurysm with a  constant 

inlet flow velocity, while the maximum inner iteration value is evaluated on the ideal bifurcation with a 

time dependent inlet flow velocity. The last study of the preprocessing is conducted on a reconstruction 

of  real  artery  bifurcation  aneurysm, modified with  the  extrusion  of  the  inlet  region,  that  allow  the 

complete velocity field to develop. For each one, the original and the modified models, it’s generated an 

unsteady simulation with set up  in agreement with previous steps. A correct postprocess management 

study done through the pulsatile non‐stationary simulation. The solution data will be used for the post‐

processing evaluations. So pressure and velocity evaluation layouts will be identified; Wall Shear Stress 

(WSS) based indices evaluation layouts will be implemented in order to enable a better evaluation of the 

case: Time Averaged Wall Shear Stress, Oscillatory Shear Index, Relative Residence Time. Lastly it will be 

considered  a  layout  about Q‐Criterion  evaluation.  The procedures defined during  the  study  enable  a 

partial automation of the CFD simulations. Acquiring an arterial bifurcation aneurysm model is possible 

to proceed  to  the automatic  spatial grids generation;  the numeric model  is used  to  resolve unsteady 

flow, set with optimal parameters. Finally it is possible to evaluate the calculated variables by means of 

appropriate diagrams generation. 

Keywords: 

CFD, KBE, Hemodynamics 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             97 of 113  

Paper 90 

Title:   

A new branching method for solid CAD models 

Authors:   

Ujjaval Gupta1, Vishal Wagholikar2, Stuti Awasthi3 and Amba D. Bhatt4 

1Motilal Nehru National Institute of Technology, Allahabad, [email protected] 2Motilal Nehru National Institute of Technology, Allahabad, [email protected] 3Motilal Nehru National Institute of Technology, Allahabad, [email protected] 4Motilal Nehru National Institute of Technology, Allahabad, [email protected] 

Abstract: 

Three  dimensional model  reconstruction  of  human  body  parts  is  an  important  area  of  research  in 

biomechanical engineering. These models are  constructed using CT  scan or MRI  scan data which  is a 

stack  of  two  dimensional  slices.  However  some  of  the  human  body  parts  like  bones  have  complex 

shapes  and  this  causes  some  of  the  CT  scan  slices  to  carry  multiple  cross  sections.  Accurate 

representation  of  such  intricate  shapes  is  a  great  challenge  for  scientists.  In  this  paper  we  have 

proposed a new method of branching for generating 3D solid CAD models. As an example of branched 

object, we have used CT scan data of proximal femur and B‐spline triparametric hyperpatch approach is 

used to represent solid model. 

Keywords: 

CAD model branching, B‐Spline, CAD model sectioning 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             98 of 113  

Paper 91 

Title:   

Stress Analysis of Second Molar Tooth 

Authors:   

Jasvir Singh1 and Amit Kohli2 

1D.A.V Institute of Engineering and Technology, [email protected] 2D.A.V Institute of Engineering and Technology, [email protected] 

Abstract: 

It is well known fact that molar tooth of human being faces different loading conditions. In this paper a 

general model  is made  in Pro‐Engineer to carry out analysis of second premolar tooth of human using 

Finite Element Analysis(FEA). Also  the effect of breaking hard objects  like walnut on  teeth and  stress 

distribution under  this  loading  condition  is  considered.  This  analysis has been  carried out  seamlessly 

between  CAD  and  FEA.  As  the  stress  distribution  is  an  important  factor  for many  types  of  dental 

treatments,  including designing dental  implants, applying restoration etc., the results of this paper will 

help in understanding the way in which stresses are distributed in dental structures. 

Keywords: 

Pro‐Engineer, walnut, CAD, FEA 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             99 of 113  

Paper 92 

Title:   

An  Alternative  Methodology  to  Represent  B‐spline  Surface  for  Applications  in  Virtual  Reality 

Environment 

Authors:   

Harish Pungotra1, George K. Knopf2 and Roberto Canas3 

1Beant College of Engineering and Technology, India, [email protected] 2Western University, Canada, [email protected] 3National Research Council, Canada, roberto.canas@nrc‐cnrc.gc.ca 

Abstract: 

B‐spline representation is one of the main methods for free‐form surface modeling and has become the 

standard  for  CAD  systems.  However,  in  Virtual  Reality  (VR)  environment,  when  a  B‐spline  surface 

deforms,  the blending  functions need  to be  continuously  computed.  The high  computational  cost of 

continuously  calculating  the  blending  functions  for  merging,  collision  detection  and  physics‐based 

deformation system, while the model  is deforming, restricts the use of B‐spline representation  in a VR 

environment. This paper presents an alternative methodology to represent B‐spline surface patches for 

an  interactive VR environment. A uniformly discretized B‐spline surface patch can be represented by a 

set of control points and two precalculated B‐spline blending matrices. The proposed technique exploits 

the  fact  that  these B‐spline blending matrices  are  independent of  the position of  control points  and 

therefore can be pre‐calculated. The blending matrices enable the algorithm to merge B‐spline surface 

patches, accurately  check  the  collision, and generate nodes  for  the mass  spring  system  to determine 

deformation  using  the  physics‐based model.  This  technique  does  away  with  the  need  to  calculate 

computationally  intensive  blending  functions  for  the  Bspline  surfaces,  and  inverse  of  large matrices 

during the run‐time. The computational efficiency achieved by using blending matrices helps to achieve 

real  time  interactions  between  the  virtual model  and  the  tool.  The  results  of  computational  cost  of 

haptic interaction are presented in this paper to prove the efficacy of the proposed methodology. 

Keywords: 

B‐spline surface, blending matrices, collision detection, deformable objects, virtual reality, and physics‐

based modeling   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             100 of 113  

Paper 93 

Title:   

Considerations for Multi‐User Decomposition of Design Spaces 

Authors:   

Edward Red1, Felicia Marshall2, Prasad Weerakoon3, C. Greg Jensen4 

1Brigham Young University, [email protected] 2Brigham Young University, [email protected] 3Brigham Young University, [email protected] 4Brigham Young University, [email protected] 

Abstract: 

The advent of multi‐user computer‐aided applications  (CAx)  like multi‐user‐CAD/CAE/CAM will change 

personnel/organizational  assignment  processes  in  product  development.  In  the  near  future 

collaborating personnel/organizations will enter design sessions and simultaneously edit/review design 

spaces. This paradigm  shift will  require new methods  to be developed  that decompose development 

tasks  over  personnel/organizations  at  both  local  and  global  locations.  Experiential  data  will  not  be 

restricted to suppliers, organizations, or sites, or other grouping types, but reflect a different granularity 

where a particular group of  individuals  from a variety of organizations might be collected  into design 

teams  for  optimal  collaboration.  This  paper  will  consider  general  collaborative  principles  from  two 

perspectives:  1)  from  an  administrative  perspective  and  2)  from  simple  CAx  prototypes  that 

demonstrate how  to decompose  complex design models  among  several multi‐users.  Thus,  the paper 

considers  the decomposition challenges  that must be  resolved  from project administration  to project 

conduct,  i.e., from the top down. The paper demonstrates that modern CAx applications already have 

some of the tools needed for multi‐user decomposition, if not the mentality. 

Keywords: 

Collaborative design, multi‐user decomposition 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             101 of 113  

Paper 94 

Title:   

The Analysis of T‐spline Fairness 

Authors:   

Wang Aizeng1, Zhao Gang2 

1Beihang University, [email protected] 2Beihang University, [email protected] 

Abstract: 

The fairness of curves and surfaces has been used  in the shape design of  industrial products more and 

more widely. With  the wide applications of T‐splines  in  the surface modeling,  this paper analyzes  the 

fairness  of  T‐splines  and  gives  some  fairness  properties  of  standard  T‐splines  and  semi‐standard 

T‐splines. For some special Tsplines, this paper proposes a method of comparing the T‐spline fairness. 

The research will contribute to the relevant research of T‐spline fairing algorithms, and will contribute to 

the applications of T‐splines in computer‐aided manufacturing. 

Keywords: 

T‐spline, fairness, surface 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             102 of 113  

Paper 96 

Title:   

Building Editable Free‐form Models from Unstructured Point Clouds 

Authors:   

Ioannis Kyriazis1 and Ioannis Fudos2 

1University of Ioannina, [email protected] 2University of Ioannina, [email protected] 

Abstract: 

We present  a novel  approach  to  reconstructing  the  surface of a 3D object using  a point  cloud of  its 

surface  scan. The objective  is  to obtain an editable CAD model  that  is manufacturable and describes 

accurately  the structure and  topology of  the point cloud. The point cloud  is sliced  into cross sections. 

Each  cross  section  is  represented  as  a  2D  point  set.  Then,  a  collection  of  interpolating  curves  is 

computed that describes each cross section accurately, using computational geometry methods on the 

corresponding point set. The organized point set for the surface reconstruction  is obtained from these 

curves.  Freeform  transformations may  also  be  applied,  allowing  high  level  global  editing  of  the  final 

object. 

Keywords: 

surface reconstruction, cross sections, transformations 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             103 of 113  

Paper 97 

Title:   

Multi‐objective Optimal Design of Driving Spring in Slide Cover Hinge 

Authors:   

Alan C. Lin1 and Tu‐Chuan Wang2 

1National Taiwan University of Science and Technology, [email protected] 2National Taiwan University of Science and Technology, [email protected] 

Abstract: 

Combining  Taguchi  experimental  design  and  fuzzy  theory,  this  research  aims  to  develop  a  multi‐

objective algorithm to determine the optimal design parameters for the driving springs  in a slide cover 

hinge. The goal is to determine parameters that will meet the two basic requirements of the spring that 

would  generate  adequate  reaction  force  but minimize maximum  stress.  This  research  applies  finite 

element method to calculate the reaction force and maximum stress of a deformed spring. Meanwhile, 

the Taguchi method, which could dramatically reduce the number of experiments, is used to determine 

the optimal design parameters for the spring. Experimental results suggest that if the maximum stress is 

minimized,  the  reaction  force will  decrease,  resulting  in  the  autonomous  release  of  the  slide  cover 

hinge;  if adequate  reaction  force  is achieved,  the maximum stress would exceed  the design standard. 

Therefore, this research employs fuzzy theory to achieve multi‐objective as “minimization of maximum 

stress” and “sufficient reaction force”, as a result of an optimal design for driving springs in a slide cover 

hinge. 

Keywords: 

Finite element method, Taguchi method, Fuzzy theory, Multi‐objective algorithm, Slide cover hinge 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             104 of 113  

Paper 99 

Title:   

Milling of Weld Fillets with Variable Assembly Geometry 

Authors:   

Yu Pin Lin1, D. Alan Sawula2, Allan D. Spence3, and Robert V. Fleisig4 

1McMaster University, [email protected] 2McMaster University, [email protected] 3McMaster University, [email protected] 4McMaster University, [email protected] 

Abstract: 

Assembled components are often welded  together. To avoid  fluid  flow disruption or  fatigue cracking, 

the weld  surface may be  smoothed by milling. Actual assembly geometry may deviate  from  the CAD 

model, and hence nominal CNC tool paths must be adjusted to achieve a continuous blend with actual 

neighbouring  surface  measurements.  This  paper  describes  a  laser  digitizer  inspection,  tool  path 

adjustment, and milling workflow for smoothing welds between two adjacent assembly components. 

Keywords: 

gas turbine blade, point cloud, CAD/CAM, laser digitizing 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             105 of 113  

Paper 100 

Title:   

Assessment of CAE Results Acquired Using Different Engineering Simulation Tools 

Authors:   

Elias. N. Atallah1, Ahmad. K. Zein2 and Ramy F. Harik3 

1Lebanese American University, [email protected] 2Lebanese American University, [email protected] 3Lebanese American University, [email protected] 

Abstract: 

Nowadays, numerical analysis  software  is heavily used  to validate  results obtained  in  real  life.  In  the 

market, the available and most commonly used simulation tools are ANSYS and Fluent for CATIA (FfC). 

In  this  paper,  a  research will  be  conducted  to  formulate  a methodology  of  analyzing  the  difference 

between software knowing that they all follow an iterative simulation approach. Our study will be based 

on many parameters such as CAD modeling, processing  time, accuracy,  interface, post processing and 

installation cost. 

This comparison requires at first designing a standard common geometry which will be used as an input, 

then, the numerical analysis will take place. For instance, the imported shape can be meshed and then 

using  a  finite  element method,  an  output will  be  generated.  A  link  between  ANSYS  and  FfC will  be 

emphasized  in  order  to  acquire  the  basic  advantages  and  drawbacks  of  each  one  since  they  are  all 

somehow compatible and similar in terms of solution computation. Concerning the output, all software 

will eventually generate a result, but they mainly differ in accuracy and convergence time. The objective 

of this research is to guide users towards choosing the most suitable software within their constraints. 

Keywords: 

CAE, CFD, FEM, Comparison, Assessment, ANSYS, FfC 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             106 of 113  

Paper 101 

Title:   

An Interface Based API for Mesh Visualization 

Authors:   

Michael M. Heck1, Pascal Doux2 and Jean‐Michel Godinaud3 

1Visualization Sciences Group, [email protected] 2Visualization Sciences Group, [email protected] 

Abstract: 

We  present  the  design  and  implementation  of  MeshViz  XLM™,  an  interface  based  API  for  mesh 

extraction and visualization.  Large meshes and  the associated data are a key  challenge  in application 

domains such as  finite element analysis, computational  fluid dynamics and  reservoir engineering. Our 

design uniquely  takes advantage of  interface based programming  to enable  tight  integration with  the 

application’s data without actually knowing anything about the application’s data structures. As a result 

the API avoids duplication of application data, supports any  type of data structure and data  type and 

supports features required by state of the art solvers such as polygonal cells and parametric nonlinear 

cells.  In  addition  the  API  presents  a  consistent  model  where  “everything  is  a  mesh”  and  cleanly 

separates extraction of derived meshes from visualization techniques. For example, an isosurface is not 

a  visualization  technique  as  in  some APIs. An  isosurface  is  a  surface mesh  extracted  from  a  volume 

mesh. Contour lines are a set of line meshes extracted from a surface mesh and so on. 

Keywords: 

graphics API, mesh extraction, mesh visualization 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             107 of 113  

Paper 146 

Title:   

Printable Micro‐fluidic Channels towards Organ Printing 

Authors:   

Yahui Zhang1, Howard Chen2 and Ibrahim T. Ozbolat3 

1The University of Iowa, yahui‐[email protected] 2The University of Iowa, howard‐[email protected] 3The University of Iowa, ibrahim‐[email protected] 

Abstract: 

Organ printing  is a complex and challenging process due to the  lack of fundamental understandings of 

tissue and organ formation, and problems associated with giving the organ‐conforming 3D shapes. One 

of  the major  challenges  is  the  inclusion of blood vessel‐like  channels  to provide nutrient and oxygen 

transport between layers to aid in the support viability of cells. While tissue scaffolds have been widely 

used  in  the  generation  of  replacement  tissue  by  providing  mechanical  support  and  microfluidic 

connections, problems with  scaffold degradation  and  corresponding  adverse  effects on  extra  cellular 

matrix are present. This paper  introduces a basis for scaffold‐free architecture for cellular assembly to 

minimize  these  problems.  This  research  investigates manufacturability  of  new  printable micro‐fluidic 

channels, which can provide mechanical integrity and fluid transport in 3D. A pressure assisted freeform 

fabrication  platform  is  developed  with  a  co‐axial  needle  dispenser  unit  to  print  hollow  alginate 

filaments. The printed hollow filaments are used to support nutrients and oxygen transport through the 

printed cell assembly. 

Keywords: 

Tissue engineering, biomanufacturing, micro‐fluidic channels 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             108 of 113  

Paper 147 

Title:   

An Object Oriented Approach to the Online Simulation of CNC Turning and Milling Machining Operations 

through Computational Geometry 

Authors:   

Vikas K. Malviya1 and Prashant K. Jain2 

1PDPM Indian Institute of Information Technology, [email protected] 2PDPM Indian Institute of Information Technology, [email protected] 

Abstract: 

This paper presents an approach  to  the  simulation of  the CNC  turning and milling operations. Object 

oriented approach is selected as it is perfectly suitable for the development of simulation system .In that 

approach the problem can be decomposed in objects that are real time entities. Object oriented analysis 

and design (OOAD) is used for the analysis of problem and the design of the solution in terms of objects. 

OOAD uses object‐oriented perspective  to model  a  system  as  group of  interacting objects  that work 

together to perform required functionality. The analysis has been performed and the modeling has been 

done with  Unified modeling  language  (UML).  For  the  verification  of  the  analysis  and  design,  online 

simulation  software  for  the  CNC  turning  and milling  operations  has  been  developed.  The  simulation 

facility  is  provided  not  only  for  simpler  codes  but  also  for  the  codes  with  canned  cycles.  For  the 

simulation  of  various  canned  cycles  present  in  part  program,  the  software  first  simplifies  them  into 

simpler  codes without  canned  cycles and  then  simulate  it. The  simplified program obtained  from  the 

software can be saved by the user and can be used on other machines that don’t have the facility to run 

canned cycles. For the development of the software Java platform has been selected. Key technologies 

used  for  the development of  software are  JSP  (Java  server pages),  Java applet and HTML  (Hyper  text 

markup language). Simulation software is available online at the URL “http://virtualcnc.iiitdmj.ac.in”. 

Keywords: 

Object oriented approach, Java, Canned cycles 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             109 of 113  

Paper 148 

Title:   

A Graph Theoretic Approach for the Construction of Concave Hull of Set of Points in R2 

Authors:   

Jiju P1 and M Ramanathan2 

1Department of Engineering Design, IIT, [email protected] 2Department of Engineering Design, IIT, [email protected] 

Abstract: 

Given a set of planar points, construction of the concave hull  is a problem which has not caught much 

attention in Computational Geometry except in the recent past. Even though a considerable amount of 

work has been devoted to address similar problems, none of them gives a precise and generic definition 

which  leads  to an unambiguous  representation of  the concave hull of a set of points. All of  them are 

rather centered on the notion of the concave hull in a specific application perspective. In this paper, we 

define  the  concave hull of  a  set of planar points  as minimal perimeter  simple polygon which passes 

through  all  points. We  describe  an  algorithm  for  concave  hull  generation  based  on  the  Geometric 

Traveling Salesman Tour, which is a well known combinatorial problem in graph theory. Implementation 

results shows that the algorithm always returns a unique representation for concave hull for any set of 

asymmetric points. 

Keywords: 

concave hull, geometric traveling salesman problem, point sets 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             110 of 113  

Paper 149 

Title:   

Ergonomic Design through Virtual Humans 

Authors:   

Giorgio Colombo1, Daniele Regazzoni2, Caterina Rizzi3 

1Politecnico di Milano, Italy, [email protected] 2University of Bergamo, Italy, [email protected] 3University of Bergamo, Italy, [email protected] 

Abstract: 

Human factors are involved in several steps of product life (design, manufacture, maintenance, etc.) and 

the capability to keep them into account effectively is a key point for a winning product on the market. 

The rapidly spreading technology of virtual ergonomics among the CAD/CAE tools enables designers to 

overcome these issues by enabling the simulation of human interaction and ergonomic behavior with a 

product  or  system.  Virtual  ergonomics  permits  users  to  create  and  manipulate  virtual  humans  to 

investigate the interactions between the consumer or worker and the product. This paper refers to this 

context and describes  the use of virtual ergonomics  techniques  in  the design process of display units 

commonly used  in  supermarkets. The aim consists  in creating a work paradigm enabling designers  to 

easily  introduce virtual ergonomics  in  their everyday activities by means of a  step‐by‐step procedure 

based on the use of digital human modeling tool and ad‐hoc parametric products libraries. 

Keywords: 

Ergonomic design, Virtual Humans, refrigerated display unit, disease prevention 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             111 of 113  

Paper 155 

Title:   

i‐Plane: a Distributed Collaborative Platform for Large Aircraft Net Engineering 

Authors:   

Wei Wang1, Gang Zhao2, Guangrong Yan3 and Yong Yu4 

1Beihang University, [email protected] 2Beihang University, [email protected] 3Beihang University, [email protected] 4Beihang University, [email protected] 

Abstract: 

The  large aircraft  is a kind of highly complicated product. The  tool software used  in  the  large aircraft 

engineering may vary from one extremity of geometry design to the other of project management. It is 

important while difficult to  integrate different application systems  into a single platform to realize the 

seamless  delivery  of  data  derived  from  different  software.  This  paper  presents  a  versatile  platform 

which  is network‐based, distributed, and collaborative‐oriented  for  the  large aircraft engineering. The 

concept  and  architecture  of  constructing  such  a platform  is  introduced  and  some  critical  technology 

problems are discussed. Finally the application of this platform is demonstrated. 

Keywords: 

i‐Plane; large aircraft; integration; command module 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             112 of 113  

Paper 156 

Title:   

Research on the Elements for Internet of Things from Six Cases 

Authors:   

Guangrong Yan1, Wei Wang2, Gang Zhao3 

1Beihang University, [email protected] 2Beihang University, [email protected] 3Beihang University, [email protected] 

Abstract: 

According to analysis and summing‐up of six typical cases of application of the Internet of Things, four 

major elements of Internet of Things technology are summarized in this paper, namely data information 

obtaining  data information sending  data information transmitting and data information processing. The 

following conclusions are drawn  from our analysis of software and hardware structure used  in our six 

typical cases: Under current  technical condition, data  information can be obtained  in various ways by 

the aid of  internet of  things  technology,  there are data  information  transmission equipment  to  send 

data information, LAN and Internet can be used as important transmission carriers for data information 

transmitting and  specialized processing of data  information  is  just  the  real worth place of  internet of 

things technology. 

Keywords: 

Internet of Things, data information obtaining, data information sending, data information transmitting, 

data information processing 

 

 

 

 

 

   

International CAD Conference and Exhibition, Final Program CAD’12 Volume 9                             113 of 113  

 

10th Annual CAD Conference June 17‐20, 2013 – Bergamo, Italy  

 

It  is a pleasure  to announce  that  the 10th anniversary  International CAD Conference and Exhibition  is 

planned to be held in Bergamo, Lombardy Region, Italy, June 17‐20, 2013.  

 

Lombardy  Region  lies  in  the  north  of  the 

country,  sharing  a  border  with 

Switzerland.   Stretching  from  the  Alps  to  the 

lowlands of the Po Valley,  it  is home to a wide 

range of landscapes, including the breath‐taking 

mountain  chain,  the  charm of  the  great  lakes, 

such  as Garda  Lake, Como  Lake  and Maggiore 

Lake. 

 

 

Beside  Milan,  the  Region  includes 

historical  and  industrial  cities,  such 

Bergamo,  Brescia  and  others,  where 

history,  art  and  culture  are 

harmoniously  combined  with 

innovation,  technology,  fashion, 

entertainment  and  a  contemporary 

outlook.   

 

Contributions  from  all  aspects  of  CAD  are  expected  including Modeling,  Analysis,  High‐Performance 

Graphics, Data Management, Knowledge  Engineering, Collaborative Design, Reverse  Engineering,  and 

Prototyping.  Applications  can  be  in  Architecture,  Bio‐ Medicine,  Civil  Engineering,  Fashion  Industry, 

Industrial Design, Sustainable Energy Design, etc. 

 

Watch the website www.cadconferences.com for updates and further information.