Преимущества NURBS при реверс инжиниринге

Преимущества NURBS при реверс инжиниринге

Неоднородный рациональный B-сплайн, NURBS (англ. Non-uniform rational B-spline) - математическая форма, применяемая в компьютерной графике для создания 3D моделей органических кривых и поверхностей.

Разработка NURBS началась в 50-х годах прошлого века инженерами, которые хотели получить математически точное представление произвольных поверхностей (таких, как корпуса кораблей, самолетов, космических аппаратов и автомобилей) с возможностью копирования при необходимости. До появления NURBS инженер рисовал модель от руки на бумаге в единичном экземпляре - эталон.

   Spline01.gif

Источник.

NURBS не состоят из сетки прямоугольников в отличие от полигонов, разбиение этих поверхностей на многоугольники происходит лишь на этапе рендеринга и предполагает использование оптимального алгоритма для сохранения гладкости. Поэтому при любом приближении соблюдается гладкость поверхности.

NURBS_3-D_surface.gif

Источник.

Из-за того, что NURBS поверхности всегда гладкие и не имеют острых углов, они широко используются в органическом моделировании для создания моделей животных, людей, машин и других объектов. Поначалу NURBS возможно было использовать только в коммерческих CAD-системах для автомобильных предприятий. Теперь же эти поверхности - неотъемлемая часть программных пакетов СATIA, Maya, 3Ds Max, Cinema 4D, Fusion 360, Kompas 3D, Rhinoceros (Rhino), Moment of Inspiration, Alias, SolidWorks и других.

Методом проектирования NURBS целесообразнее выполнять реверс инжиниринг объектов сложной формы с большим количеством поверхностей, изменяющих свою кривизну по математическим законам. Такой подход обеспечивает большую точность результата и снижает трудоемкость.

RangeVision решили узнать, можно ли ускорить процесс NURBS проектирования, используя импорт данных с 3D сканера Spectrum. В качестве органической поверхности инженеры использовали подошву спортивной обуви.

main

Перед RangeVision стояло несколько задач. Во-первых - произвести высоко детализированную оцифровку геометрии подошвы кроссовка. Во-вторых - на основе данных сканирования построить максимально точную 3D модель с использованием метода NURBS проектирования.

Оцифровка производилась в офисе RangeVision при обычном дневном освещении. Специалисты поместили кроссовок на поворотный стол и настроили 3D сканер Spectrum на вторую зону сканирования, подходящую для оцифровки объектов от 30 см до 1 м.

1b

Кроссовок сканировали в двух положениях и получили 16 сканов (2 группы по 8 сканов). Оцифровка объекта заняла 25 минут, еще 35 минут ушло на постобработку и получение финальной 3D модели в формате .stl в программе RangeVision ScanCenter.

1a

После этого специалист RangeVision Дмитрий Телегин приступил к выполнению построения 3D модели подошвы кроссовка с использованием технологии NURBS.

В начале файл в формате .stl был импортирован в программу Geomagic Studio, а также была выставлена система координат.

1

Далее была отрисована линия обрезки скана и удалил полученную часть.

2

3

Граничная кромка была сглажена, а имеющиеся мелкие пустоты - заполнены.

3

3

Во время подготовки к NURBS-проектированию были устранены дефекты поверхности подошвы, которые присутствовали на эталоне, и удален цифровой шум.

3

3

Построение и редактирование сетки позволило спроектировать органическую поверхность с использованием технологии NURBS.

3

3

3

После того, как были заданы параметры анализа точности построений, он произвел контроль качества 3D модели и сохранил отчет.

3

Построенная 3D модель может быть сохранена в формат .igs или .stp и экспортирована в любую другую программу (в зависимости от поставленных перед проектировщиком целей) для выполнения дальнейшей работы. Всего на реверс инжиниринг данного объекта с использованием технологии NURBS ушло 4 часа.

3

Задача была полностью решена в течение одного рабочего дня. Для сравнения, на построение такой же поверхности “с нуля” без использования 3D сканирования потребовалось бы около 4 рабочих дней. Данные, полученные с 3D сканера Spectrum, обладали высокой детализацией, что позволило выполнить реверс инжиниринг органической поверхности с использованием технологии NURBS в 8 раз быстрее.