問(wèn)題說(shuō)明

當(dāng)在一個(gè)已有的物體上需要構(gòu)建一個(gè)新的結(jié)構(gòu)，而已有的物體并沒(méi)有三維模型，我們需要對(duì)已有的物體進(jìn)行三維掃描和逆向建模，然后再在逆向模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行在設(shè)計(jì)，將新的結(jié)構(gòu)融合進(jìn)去。

這個(gè)過(guò)程中，如果已有的物體較為規(guī)則，再設(shè)計(jì)，也許并不困難。而當(dāng)逆向建模的物體是一個(gè)異型曲面的時(shí)候，難度就會(huì)很大。

下面我結(jié)合我做的建筑異型曲面上的一個(gè)三維掃描和建模項(xiàng)目實(shí)例，對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行闡釋。

項(xiàng)目概況

本實(shí)例為荷蘭設(shè)計(jì)師為北京密云的一高檔別墅區(qū)設(shè)計(jì)的別墅，因?yàn)樵O(shè)計(jì)理念較為超前，別墅采用了大量的空間異型曲面結(jié)構(gòu)，如下圖

別墅設(shè)計(jì)模型圖

但是別墅被建造之后，施工水平為達(dá)到要求，曲面部分并沒(méi)有和設(shè)計(jì)模型一致。下圖為被建造出來(lái)的其中一個(gè)長(zhǎng)7.5m、高3m的復(fù)雜異形曲面。

建造后的別墅異形曲面

曲面被建造出來(lái)之后，要在外面覆蓋保溫板材料，并且保溫板材料外面需要生成2cm高的臺(tái)階，臺(tái)階用于貼2cm高的裝飾瓷磚。因?yàn)榻ㄔ斐鰜?lái)的異型曲面和設(shè)計(jì)模型差別較大，無(wú)法直接用的設(shè)計(jì)模型進(jìn)行保溫板模型的建模，而采用我們的正逆向融合技術(shù)則能有效解決保溫板的建模問(wèn)題。

技術(shù)流程

三維掃描

首先我們使用了CREAFORM的handyscan三維掃描儀，采集曲面部分的三角網(wǎng)格模型數(shù)據(jù)。

Handyscan是一款手持式的三維掃描儀，無(wú)需任何的安裝裝置，只需要在掃描的曲面上貼上定位標(biāo)點(diǎn)，就可以數(shù)十萬(wàn)個(gè)點(diǎn)的速度獲取掃描數(shù)據(jù)，而且精度高達(dá)0.03mm，能遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足這個(gè)項(xiàng)目的需求。

三維掃描得到的三角網(wǎng)格模型

重建曲面

Handyscan獲取的掃描數(shù)據(jù)真實(shí)的反應(yīng)現(xiàn)實(shí)曲面的造型，但是因?yàn)槠鋽?shù)據(jù)量較大。這里我們需要在掃描數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行曲面重建，得到光滑的NURBS曲面，然后再在曲面的基礎(chǔ)上進(jìn)行保溫板模型的設(shè)計(jì)。其步驟如下：

1、首先我們通過(guò)Vxelement軟件，在掃描數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上可以很容易得到與掃描數(shù)據(jù)貼合的單一曲面。

2、通過(guò)參數(shù)調(diào)節(jié)，使得曲面在貼合度上和光滑程度上都符合我們的要求。

3、然后，將單一曲面導(dǎo)入solidworks軟件，對(duì)曲面邊緣進(jìn)行修剪，得到我們用于建模的光滑曲面。

修剪邊緣之后新曲面模型

融合建模

接下來(lái)的工作就是在上面得到的異形曲面的基礎(chǔ)上進(jìn)行保溫板的正向設(shè)計(jì)建模。其過(guò)程如下：

1、制作保溫板臺(tái)階模型：保溫板偏移曲面上面需要貼2cm的瓷磚，因此這里繼續(xù)在偏移曲面上建立2cm高的臺(tái)階。因?yàn)榕_(tái)階數(shù)目較多手動(dòng)一個(gè)一個(gè)的建將花費(fèi)大量的時(shí)間，為此我們運(yùn)用Rhino可視化編程插件grasshopper進(jìn)行參數(shù)化建模。

Grasshopper中建立臺(tái)階模型的電池圖

偏移曲面上建立的臺(tái)階模型

局部臺(tái)階效果

2、融合模型：將三維掃描生成的面和臺(tái)階面的側(cè)面封起來(lái)，成為一個(gè)整體保溫板模型，如圖。

3、生產(chǎn)加工：即將前面得到的保溫板模型進(jìn)行數(shù)控加工。因?yàn)槟Ｐ洼^大，通過(guò)分段加工之后粘合在一起。將保溫板安裝在下圖所示的別墅異型曲面上，完成保溫板制作安裝的整個(gè)環(huán)節(jié)。

制作的保溫板模型與別墅異型曲面無(wú)縫接合