Реверсивный инжиниринг — процедура создания точной 3D-модели объекта. В процессе реверс-инжиниринга сырые 3D-сканы сшиваются, обрабатываются, а затем превращаются в трёхмерную модель. Такую модель можно напечатать на 3D-принтере или использовать для дальнейшего проектирования.

Реверс-инжиниринг используется в самых разных отраслях: от ювелирного дела до крупных проектов в машино- и судостроении. Этот метод может применяться в процессе разработки дорогостоящих и высокоточных деталей самых разных механизмов. Впрочем, реверс-инжиниринг используют и при работе с органикой — например, для протезирования.

Мы продолжаем цикл статей «Реверс-инжиниринг для начинающих». В этот раз расскажем о реверс-инжиниринге органических объектов в Autodesk Fusion 360.

Fusion 360 — это профессиональная облачная CAD/CAE/CAM-платформа для промышленного дизайна и машиностроительного проектирования. Она хорошо подходит для объединения всех процессов разработки проекта. С ней работают многие hardware-стартапы и компании в сферах 3D-сканирования и 3D-печати.

Платформа Fusion 360 позволяет:

• импортировать 3D-сканы в форматах STL и OBJ и дорабатывать их;
• подготавливать модели к 3D-печати, автоматически создавать поддержки для нависающих поверхностей и просматривать структуру изделия;
• использовать встроенную CAM-систему, чтобы рассчитывать наилучшие траектории фрезы для изготовления деталей на станках;
• выполнять предварительную сборку деталей и смотреть, как будут вести себя подвижные соединения — и многое, многое другое.

Но сосредоточимся на функционале для реверс-инжиниринга. В этой статье мы подробно объясняем, как:

• создать поверхность и выровнять её края;
• притянуть вершины поверхности к точкам сетки;
• дополнить поверхность и растянуть ее по форме сетки;
• исправить ошибки и уточнить построения поверхности;
• использовать результат, чтобы спроектировать новый объект.

Каждый этап работы мы иллюстрируем скриншотами.

В качестве объекта для реверс-инжиниринга мы выбрали ступню человека. Это может показаться произвольным выбором, но 3D-сканирование ступней имеет много реальных применений. Такие 3D-сканы нужны для создания протезов по индивидуальным лекалам, для медицинских исследований и диагностики.

Кроме того, 3D-сканеры используются при проектировании обуви. Именно этим мы сейчас и займемся. Сначала создадим 3D-модель по нашему скану, а затем используем результат, чтобы спроектировать идеальную стельку, которая будет в точности повторять мельчайшие изгибы ступни. Итак, запускаем Fusion 360.

1. Для создания модели по 3D-скану используем инструменты T-Spline (меню Create Form, SCULPT):

2. Используем доступный примитив Quadball. Выберем плоскость и определим его центр:

3. Определим приблизительно его размер и зададим количество управляющих элементов при помощи ползунка:

4. Корректируем его положение относительно сетки:

5. Скроем сетку и удалим ненужные элементы:

6. Сделаем исходные данные прозрачными, чтобы лучше видеть построенную поверхность:

7. Используем инструмент FLATTEN, чтобы выровнять края поверхности:

8. Инструмент EDIT FORM поможет изменить форму поверхности, чтобы приблизить ее к форме исходных данных:

9. Это приближение нужно, чтобы лучше сработала команда PULL. Она притягивает вершины поверхности к ближайшим точкам сетки:

10. Теперь с помощью EDIT FORM удлиним края поверхности с образованием новых рядов управляющих вершин:

11. Используем PULL, чтобы притянуть к сетке новые точки:

12. Используем FACE, чтобы дополнить поверхность (должна быть включена привязка к сетке):

13. Отображение поверхности изменится только на время работы этого инструмента:

14. Вытянем поверхность, выделив нужные кромки:

15. Снова используем FACE, чтобы достроить участок и получить кромку для вытягивания:

16. Полученную кромку вытянем, масштабируем и выровняем:

17. Таким же образом «затягиваем» поверхностью оставшуюся часть сетки. Используем FILL HOLE, чтобы закрыть торец:

18. Применим функцию REPAIR BODY, чтобы автоматически исправить ошибки T-Spline:

19. Используем PULL, чтобы уточнить построения:

20. Дотянем выбранные грани до конца сетки:

21. Чтобы получить дополнительный элемент управления, добавим новую кромку:

22. С помощью кромки уточним поверхность:

23. Складки уберем за счет удаления управляющих элементов:

24. Поверхность готова. Теперь используем ее, чтобы сделать заготовку для стельки:

25. Используем OFFSET, чтобы получить новую поверхность на расстоянии 5 мм от построенной:

26. Выполним два эскиза в параллельных плоскостях, чтобы построить по ним секущую поверхность:

27. Используем метод LOFT для построения этой поверхности:

28. С помощью BOUNDARY FILL преобразуем замкнутое поверхностями пространство в тело:

29. Чтобы его увидеть, скроем поверхности:

Реверс-инжиниринг ступни завершен. Мы построили ее точную модель по скану и использовали эту модель, чтобы спроектировать подходящую стельку. Теперь эта стелька может стать основой для создания индивидуальной обуви под нашу ногу. А мы научились проводить обратное проектирование в Fusion 360.

Другие статьи цикла:
FreeCAD: реверс-инжиниринг механических форм
Geomagic Design X: выравнивание и редактирование сетки
Geomagic Design X: реверс-инжиниринг органических форм