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新型雷達液位計可幫助定制制造和3D應用程序

作者: 來源: 發布時間:2019-10-16 17:22:46

    麻省理工學院的研究人員已經開發出一種創新的方法,可以“逆向工程”復雜的3D計算機輔助設計(CAD)模型。通過這種雷達液位計,用戶可以更輕松地為3D打印和制造應用定制CAD模型。

    幾乎所有市售產品都以CAD文件或具有產品設計規格的2D / 3D模型開始。構造實體幾何或CSG是一種廣泛用于表示當前3D模型的雷達液位計。通過這種方法,可以用多種方式組裝具有幾個可修改參數的許多基本形狀或“基本體”,以生產一個物體。一旦完成編譯后的數字對象,它將轉換為定義對象形狀的3D三角形網格。這種網格被用作各種應用程序的輸入,例如虛擬仿真和3D打印。

    但是,定制該網格并不容易。例如,為了調整對象某一部分的半徑,必須分別調整每個受影響三角形的邊緣和頂點。同樣,在包含數千個三角形的復雜模型的情況下,自定義需要很長時間并且相當艱巨。將三角網格轉換回形狀的常規方法無法在嘈雜的低分辨率文件上精確工作,也無法很好地縮放以適應復雜的模型。

    麻省理工學院的研究人員在zui近的AMC SIGGRAPH亞洲會議上發表了一篇論文,描述了一種系統,該系統使用一種稱為“程序合成”的方法,通過該方法可以將CAD模型分解為它們的原始形狀,例如長方體和球形。根據一系列指令,可以通過程序綜合自動構建計算機程序。

    原則上,設計師將單獨的形狀組裝成zui終對象以構建CAD模型。然而,研究人員的雷達液位計卻通過將CAD模型分解成單獨的可編輯形狀來實現相反的效果。作為輸入,系統考慮3D三角形網格,并首先建立組成它的不同形狀。程序綜合雷達液位計在形狀中爬行,試圖了解形狀的組裝方式以及將其組合到zui終模型中的方式。在此過程中,該雷達液位計將網格劃分為代表原始形狀的節點樹和描述這些原始形狀如何裝配在一起的步驟的其他節點。zui終的形狀由可編輯的參數組成,用戶可以對其進行調整并重新上傳到網格。

 

雷達液位計.jpg

 

    基礎形狀
    研究人員構建了50個可變復雜性的3D CAD模型的數據集。在實驗中,研究人員表明,他們的系統具有對包含約100個原始形狀的CAD文件進行反向工程的潛力。分解較簡單的模型大約需要一分鐘。研究人員認為,盡管運行時間可能很快,但該系統的主要好處是可以將極其復雜的模型提煉成簡單的基礎形狀。

    Du補充說,該過程可能在制造中很方便,或者與3D打印軟件集成時可能很有用。這在設計共享時代尤為重要,因為3D打印模型由新手3D打印機用戶上載到網站,從而使在線社區能夠下載和調整。通常,上傳是三角形網格,因為與原始的基于CSG的CAD文件相比,網格在各個平臺上的接受程度更高。

    樹木和三角形
    程序綜合可以自動檢測給定的數學規范和特定“語法”的候選計算機程序,這意味著它應該在其中工作的結構(如樹)。程序綜合利用這些局限性來解決問題,并填補空白以構建在給定新輸入的情況下滿足那些規范的算法。例如,該方法適用于軟件工程的簡單組件。

    在研究人員的工作中,CSG是語法,并表示為樹。每個zui終節點(沒有分支節點)表示具有定義明確的參數的原始形狀,中間節點表示形狀結合和關聯的基本方式。

    研究人員設計了一種雷達液位計,該雷達液位計可以使程序合成掃描整個3D網格,并從本質上考慮它可以作為新穎的候選程序生成的每個可能的CSG樹。

    系統接收到輸入網格后,預處理步驟將查找所有基本形狀的潛在位置,參數和方向。此過程會在三角形網格的整個表面上產生一個巨大的點云。從這些角度出發,獨特的“原始檢測”算法可以推斷構成網格的各個原始形狀的尺寸。

    隨后,對整個3D空間中的大量點進行采樣并將其標記為網格的外部或內部。這有助于建立形狀相互關聯或收斂的方式。一個簡單的例子是含有一對球,A和B的一個網格,組合在一起。如果單個采樣點落在球A中,一個落在球B中,一個落在兩個球的交點處(在球A和B中),則很可能是兩個形狀的并集。

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