Реверсивный инжиниринг, или реинжиниринг — так называют процесс создания точной копии реального объекта. Этот процесс широко используют в различных отраслях — машиностроении, судостроении, аэрокосмической отрасли. Однако в последнее время реинжиниринг добрался и до медицины и биотех-индустрии: так, с его помощью уже создают искусственные кости для людей с онкологией.

Реверс-инжиниринг начинается с 3D-сканирования оригинала. 3D-сканер может сделать почти всю работу сам — нужно только следить, чтобы все поверхности попали в кадр. 3D-сканеры RangeVision часто участвуют в различных проектах по обратному проектированию. Однако получить скан — это только начало, его еще нужно как-то превратить в рабочую модель.

Именно этому этапу обратного проектирования мы посвящаем новые учебные руководства «Реверс-инжиниринг для начинающих». В первой статье цикла мы покажем, как в SolidWorks превращать сырые сканы в 3D-модели. SolidWorks — одна из самых популярных CAD-программ, стандарт отрасли конструирования. Она часто используется именно для задач обратного инжиниринга.

В этой статье мы расскажем:

• Как импортировать данные 3D-сканирования в SolidWorks для реверс-инжиниринга?
• Как выполнить реверс-инжиниринг в SolidWorks?

Мы подробно осветим следующие вопросы:

• надстройка ScanTo3D,
• автоматическое и управляемое создание поверхности,
• как использовать мастер подготовки сетки;
• как использовать мастер поверхности;
• моделирование поверхности;
• моделирование твердого тела;
• как получить твердое тело из сетки.

Этапы работы мы иллюстрируем скриншотами, а процесс показываем на видео в конце статьи.

Для демонстрации возможностей SolidWorks мы выбрали простой органический объект — человеческий зуб. В стоматологии технологии реинжиниринга нашли регулярное применение: врачи делают точные гипсовые копии ротовой полости пациентов для диагностики и лечения. Нередко 3D-сканы зубов превращаются в отпечатанные на 3D-принтере протезы: они идеально встают на свое место.

Современные 3D-сканеры мгновенно делают очень точные снимки. При этом на компьютере врача сохраняются и прошлые результаты сканирования. По такой виртуальной истории болезни стоматолог сверяет ход лечения. 3D-скан зуба, о котором речь пойдет в статье, был сделан сканером RangeVision. Разберемся, как в SolidWorks превратить сырой скан в твердотельный объект.

Сперва рассмотрим, как получить поверхность автоматически. Чтобы загрузить файл скана в Solidworks, нам понадобится плагин ScanTo3D.
1. Убедимся в том, что плагин ScanTo3D установлен и работает.

2. Импортируем файл скана.

3. Из контекстного меню запускаем MeshPrepWizard и следуем его шагам.

4. При необходимости меняем систему координат и удаляем ненужные части сетки.

5. На шаге Simplification уменьшим количество треугольников, чтобы сократить время генерации поверхностей.

6. Последним шагом запустим мастер поверхностей (SurfaceWizard).

7. Включаем автоматический режим, для ускорения процесса уменьшаем детализацию и генерируем поверхность.

8. Красные зоны - поверхности с ошибками топологии. Устраняем их вручную редактированием, добавлением или удалением управляющих кривых.

9. Когда все ошибки исправлены, завершаем работу мастера.

10. В результате мы получили твердое тело

Результат работы алгоритма может оказаться неудобным для редактирования. В этом случае можно воспользоваться иным методом построения поверхностей — управляемым. Этот метод использует несколько контролируемых функций, параметры которых пользователь настраивает под свои нужды.

1. Запускаем мастер поверхностей в управляемом режиме.

2. Переопределяем цветовые зоны после автоматической разметки.

3. Выбираем для верхней части зуба поверхность Spline.

4. Редактируем количество управляющих кривых.

5. Их положение мы можем изменять для коррекции локальной кривизны поверхности.

6. Завершаем работу мастера поверхностей.

7. Боковую поверхность построим с помощью мастера кривых (CurveWizard)

8. Выберем метод Section (по сечениям) и зададим секущие плоскости.

9. В результате мы получили кривые пересечения плоскостей и сетки, которые используем для построения лофт-поверхности.

10. Удлиним поверхность до пересечения с ранее полученной и обрежем обе по границе пересечения

11. Построим эскиз и обрежем с его помощью поверхность (можно также использовать плоскость XY вместо эскиза).

12. Поверхностью-заплаткой закроем разрыв с помощью функции Filled surface:

13. Сошьем все поверхности с помощью Knit surface и получим твёрдое тело:

14. Убедимся в отсутствии полости в теле с помощью вида сечения.

Итоговая модель менее точна, чем при автоматическом построении, поскольку строится с допущениями. Однако она более пригодна для дальнейшей работы и корректирования.

Реверс-инжиниринг состоялся: мы получили детальную 3D-модель настоящего органического объекта. Мы научились создавать твердое тело двумя разными способами, что открывает множество новых возможностей. Теперь мы сможем работать с нашей моделью как с телом, имеющим объем: построить сечение, напечатать ее на 3D-принтере или же экспортировать в другую CAD-программу для дальнейшей обработки.

Другие статьи цикла:
Geomagic Design X: реверс-инжиниринг органических форм. Обработка 3D-сканирования
Geomagic Design X: выравнивание и редактирование сетки
SolidWorks: реверс-инжиниринг органических форм