Využití 3D polygonálních dat ze scanneru pro přímé modelování

Tags: 3D data | Autodesk | Mesh | Polygony | Skenování

Technologie 3D scannování do podoby mračna bodů s možností následných úprav sítě je technologie poměrně běžná. Jak si ale poradit s 3D daty přímo v CAD aplikacích, kde jsou polygonální data využitelná pouze částečně? S určitým řešením přichází Autodesk Inventor 2014 ve spojení se zásuvným modulem Mesh Enabler, který je k dispozici zdarma pro předplatitele v časově neomezené verzi. Tento původní projekt Autodesk Labs si získává pozornost právě svým jednoduchým a snadným zpracováním kvalitně připravených 3D dat. Za pojem kvalitní 3D data lze považovat taková, která jsme schopni zcela uzavřít a konvertovat je přímo do solid modelu.

Podmínkou je tedy využití opravdu precizního scanneru a vysoce výkonného softwaru pro modifikaci sítí. Právě takové řešení nabízí společnost GOM v podobě technologie ATOS. U nás je tato technologie dodávána firmou MCAE Systems z Kuřimi. Následující ukázkový příklad vznikl v oblasti přípravy propojení 3D scannování s modelováním na VOŠ a SPŠ ve Žďáře nad Sázavou. Tento projekt je realizován ve spolupráci s Univerzitou v Hradci Králové a mapuje problematiku technologie 3D scannování hned z několika úhlů pohledu.

Primární polygonální data v GOM Inspect

Pro tento článek jsme zvolili model, který je prezentován řádově 0,7 miliónu bodů. Jedná se o karosérii RC automobilu, kterou se pokusíme převést s určitou přesností do Autodesk Inventoru 2014 a tu dále zpracovat již v podobě objemového modelu. Do nedávna by se jednalo o poměrně zásadní problém, který je prakticky v tomto produktu neřešitelný. Polygonální prezentace 3D modelu je diametrálně odlišná od NURBS ploch využívaných standardně v 3D CAD aplikacích. Typicky se jedná o koncepci modelu zpracovatelného například promocí 3ds max. Autodesk Inventor přesto poskytuje pro tuto situaci velmi zajímavé řešení a postupy. Můžeme tak vymodelovat určitý hybridní model, kterého hlavní část je vytvořena uzavřeným tělesem odvozeným z polygonálního modelu. Rozhodujícím faktorem v tomto případě je přesnost, která ovlivňuje geometrii zpracovaného objektu v Autodesk Inventoru. Se zpracováním 3D dat začneme v aplikaci GOM inspect. Ta má v sobě integrovány velmi příjemné funkce pro úpravy neuzavřených sítí a modifikace polygonů jako takových.

Oříznutý polygonální model rovinou

Pro potřeby přípravy dat pro Autodesk Inventor a Mesh Enabler je ideální plochu uzavřít po všech stranách do jediného celku. Tato procedura snadno zvládnutelná v GOM Inspect zaručí hladký přechod na prostorový model součásti. Uzavřenost musí být v tomto případě na úroveň s nulovým počtem děr a například zdvojených polygonů. GOM Inspect je pro tyto účely skvělým nástrojem, který tyto operace nejen dělá rychle i na miliónech polygonů, ale především přesně a bez chyb. Ilustrační model byl záměrně modifikován v původním rozlišení sítě.

Uzavření polygonálního modelu

Dalším krokem je vlastní uzavření modelu do podoby uzavřeného 3D objektu, který je ovšem opět tvořen plochami. Pro tyto účely je v prvním kroku polygonální model zaříznut podle roviny a následně je otvor uzavřen samostatným příkaze. Lze provést následně také kontrolu chyb a děr. V našem případě byla chybovost na nule. To jen dokazuje preciznost technologie GOM a jejích vlastností.

Optimalizace sítě modelu

Pro zpracování v Autodesk Inventoru a konverzi dat na 3D objemový model je nezbytné polygonální síť zjednodušit s ohledem na její přesnost. Tato procedura se provádí v GOM Inspectu a dovoluje zcela přesně řídit strukturu polygonální sítě s ohledem na její tolerance. V našem případě jsme použili redukci původního modelu na toleranci 0,1 mm. Můžeme se tak při zachování poměrně vysoké přesnosti dostat na řádově nižší množství polygonů, což je žádoucí pro další konverzi na 3D model. V našem případě byla redukce na 20 tisíc polygonů, znamenající zcela zásadní úsporu polygonů a závdavek na rychlé zpracování modelu v Autodesk Inventoru. Snížení množství polygonů je opět v GOM Inspect naprosto precizní a nezpůsobuje žádné chyby v síti.

Model importovaný do Autodesk Inventoru po zpracování Mesh Enabler

Využití běžných modelovacích operací v Autodesk Inventoru

Pokud je model zdárně převeden do podoby solid modelu, máme nad ním již v CAD aplikaci plnou kontrolu. Lze jej editovat pomocí standardních příkazů Autodesk Inventoru včetně nástrojů pro vytváření konstrukčních a technologických prvků, jako jsou úkosy a rádiusy. Lze tak připravit například budoucí podobu modelu 3D součásti včetně potřebných konstrukčních prvků.

Autodesk Inventor ve spojení s Mesh Enabler je velmi zajímavým řešením, které usnadňuje tvorbu vyrobitelných modelů technologií hybridního modelování ve spojení polygonální grafiky a klasické konstrukce. Na této proceduře se samozřejmě podepisuje především vynikající kvalita sítě pořízená scannerem ATOS.