Podstawowe metody odbudowy modeli CAD

Podstawowe metody odbudowy geometrii różnego rodzaju przedmiotów. Skanowanie zostało przeprowadzone za  pomocą polskiego skanera 3D „eviXscan3D Pro” firmy Evatronix S.A.

Inżynieria odwrotna to dziedzina techniki zajmująca się miedzy innymi  przenoszeniem kształtów  rzeczywistych obiektów do przestrzeni wirtualnej komputerów. W skład inżynierii odwrotnej możemy zaliczyć specjalistyczne urządzenia - skanery 3D oraz specjalistyczne oprogramowanie które służy do przetwarzania wyników skanowania. Efektem skanowania jest trójwymiarowa chmura punktów opisująca kształt skanowanego przedmiotu. Taka chmura punktów dla celów wizualizacyjnych (ale nie tylko) jest poddawana procesowi triangulacji - w ten sposób uzyskujemy powierzchnię fasetkową. Często na tym etapie proces inżynierii odwrotnej kończy się. Jednakże modele fasetkowe są zazwyczaj nieprzydatne dla inżynierów mechaników. Inżynier mechanik najczęściej potrzebuje pełnego, sparametryzowanego modelu CAD w postaci powierzchniowej lub bryłowej. Aby otrzymać taki model należy wykorzystać odpowiednie specjalistyczne oprogramowanie. Ze względu na różnorodność kształtów przedmiotów projektowanych przez inżynierów - sposób odbudowy modeli, bazujących na chmurze punktów, może być różny. Jeśli w modelu można wyróżnić prymitywy bryłowe lub powierzchniowe takie jak walec, stożek, torus, powierzchnia płaska itp - należy do odbudowy modeli wykorzystać te prymitywy.  Na rys. 1 przedstawiono przykład takiego przedmiotu.

Rys. 1 Kształt przedmiotu do budowy którego wykorzystano prymitywy bryłowe i powierzchniowe

Gdy skanowany przedmiot ma skomplikowany kształt - czyli taki w którym nie można wyodrębnić prostych kształtów - takich jak walce, stożki, sześciany, powierzchnie płaskie itp. dobrym rozwiązaniem do odbudowy modelu CAD jest zastosowanie płatów powierzchni NURBS. Specjalistyczne oprogramowanie potrafi takie płaty dopasować do powierzchni fasetowej chmury punktów. Ważna jest gęstość płatów w różnych rejonach odbudowywanego modelu.  Gdy geometria modelu zmienia się gwałtownie - należy zagęścić ilość płatów a gdy geometria jest płaska lub łagodnie zmienna płaty mogą być rzadsze. Jest to prosta i automatyczna metoda odbudowy modeli CAD. Na rys. 2  przedstawiono przedmiot do którego odbudowy wykorzystano płaty powierzchni NURBS.

Rys.2 Kształt przedmiotu do budowy którego wykorzystano płaty powierzchni NURBS

Czasami kształt skanowanego przedmiotu jest taki że można zastosować obie wymienione wyżej metody. Określone rejony - o prostych kształtach, takich modeli można odbudować za pomocą prymitywów bryłowych i powierzchniowych. Inne rejony o bardziej skomplikowanych kształtach należy odbudować wykorzystując płaty powierzchni NURBS.  Na rys. 3 przedstawiono przykładowy przedmiot do którego odbudowy wykorzystano prymitywy bryłowe i powierzchniowe oraz w pewnych obszarach płaty powierzchni NURBS.

Rys.3 Kształt przedmiotu do budowy którego wykorzystano prymitywy powierzchniowe oraz płaty powierzchni NURBS ( a. Model fasetkowy , b. odbudowany model CAD przedmiotu, c. rejon odbudowany za pomocą płatów powierzchni NURBS)

W praktyce inżynierskiej można też wyodrębnić też przedmioty do odbudowy których należy wykorzystać krzywe przekrojowe. Dobrym przykładem tego typu przedmiotów jest pióro łopatki turbiny parowej.  Na rys. 4 przedstawiono model łopatki uzyskanej ze skanera. W wyniku przecięcia się szeregu powierzchni z modelem fasetkowym uzyskuje się krzywe przekrojowe. Służą one do stworzenia sparametryzowanych profili.  Wykorzystując operację wyciągania złożonego z tych profili można zbudować pełny parametryczny model CAD pióra łopatki. 

Rys. 4 Odbudowa pióra łopatki turbiny parowej z wykorzystaniem krzywych przekrojowych

Podsumowanie
Każda z powyższych metod jest poprawna i znajduję zastosowanie w praktyce.  Wykorzystanie danej metody warunkuje kształt odbudowywanego przedmiotu oraz wymagania co do modelu CAD jakie stawiają inżynierowie. Mając odpowiednią wiedzę i doświadczenie można, bazując na modelu uzyskanym ze skanera, odbudować model CAD dowolnego przedmiotu.