Полигональное моделирование. Назначение нового модуля C3D PolyShaper, сферы его применения

C3D PolyShaper — новая разработка компании C3D Labs, полигональное ядро, представляющее собой набор инструментов для редактирования, анализа и устранения дефектов полигональных объектов.

Рассмотрим предпосылки появления этого модуля.

В области инженерного ПО в основном применяется граничное представление, потому что такое представление максимально точно описывает геометрию. Но технологии проектирования и производства развиваются, появляются новые типы, форматы и источники данных. Очевидно, что граничного представления становится недостаточно для работы инженера. Пользователи нуждаются еще и в полигональном представлении.

В 2023 году команда экспертов C3D Labs начала разработку в этом направлении и достигла таких результатов, что проект был выделен в отдельный модуль, который мы презентуем.

Прежде чем описать функциональность, которая заключается в этом модуле, следует вкратце объяснить, как применяются полигональное моделирование и полигональные объекты в инженерной сфере.

Первое направление — реверс-инжиниринг. Потребность в полигональном моделировании обнаруживается, когда нужно, например, по сканированной модели восстановить исходное изделие.

Другое направление — это топологическая оптимизация и генеративный дизайн.

К примеру, оптимизированные модели сложной формы нужно преобразовывать в твердотельные для последующей обработки.

Для адаптации и оптимизации расчетных сеток полигональное моделирование применяется в расчетных системах.

Для измерения готового изделия, его технического контроля применяются контрольно-измерительные машины.

Эти машины сканируют изделия, получая полигональную модель. Данную модель нужно сравнивать с конструкторской , чтобы определить отклонения и решить, можно ли принять изделие или нет.

В строительной сфере полигональные объекты — это в основном импортированная геометрия.

Если мы говорим о промышленном строительстве, то это всевозможное оборудование, техника, технологические линии. В гражданском строительстве это элементы интерьера, мебель, сантехника. С этой геометрией нужно уметь работать. Как правило, ее нужно редактировать, возможно, «лечить», исправлять, оптимизировать и использовать в своих проектах.

В медицине полигональные объекты применяются для планирования операций, для протезирования, для разработки учебных курсов и материалов, а также при проведении исследований.

Почти все объекты, которые получают с помощью компьютерной томографии, могут быть представлены в виде полигональной геометрии. Это необходимо для дальнейшей работы с ними — уже не инженерам, а медицинским работникам.

Отдельное направление — гибридное моделирование, когда одновременно в граничном представлении присутствуют и полигональные, и твердотельные объекты.

Естественно, инженерам удобно применять к полигональному представлению те же операции, которые они привыкли применять к граничному представлению, например булевы операции, сечения, вырезы и т. д. Наша задача заключалась в том, чтобы на этом пути они не встречали препятствий и их работа была комфортной и эффективной.

В CAM-приложениях и в приложениях по планированию и подготовке 3D-печати полигональные модели или объекты используются для того, чтобы визуализировать процесс механической обработки или 3D-печати.

Такая визуализация требует быстрого перестроения, поэтому твердотельная модель не подходит для такого рода работы.

Обратимся непосредственно к модулю C3D PolyShaper.

Его функциональность можно разделить на несколько основных категорий. Первая категория — это диагностика и «лечение».

Геометрия, которая поступает к инженеру, конструктору или разработчику, может содержать дефекты. Это могут быть разные дефекты — геометрические либо топологические. Например, вырожденные треугольники, дублирующие вершины треугольников, вырезы, спайки, неманифолдности. Дефекты нужно исправлять, потому что такая геометрия негативно влияет на работу всех алгоритмов, используемых для работы с таким представлением. Поэтому полигональная геометрия и способы ее «лечения» — это очень важная часть работы и функциональности модуля C3D PolyShaper.

Другое направление — это упрощение, уточнение и ремешинг.

Упрощение нужно для того, чтобы уменьшить в размерах геометрию, то есть сделать количество треугольников оптимальным. В PolyShaper есть две возможности упрощения триангуляции — до заданной точности или до заданного количества треугольников.

Обратное направление — это уточнение, когда нужно, наоборот, увеличить количество треугольников в какой-либо выбранной области модели.

Это необходимо, например, для расчетных систем — в случае, когда нужно провести более точный расчет на локальном участке.

Ремешинг способен улучшать модель целиком.

Он делает все треугольники максимально равносторонними, а это положительно влияет на работу всех алгоритмов.

Еще одно направление работы в модуле — это редактирование.

Получив геометрию, «вылечив» ее, можно затем ее изменять. Для этого можно применять привычные булевы операции, сечение геометрии, обрезку геометрии габаритным кубом либо удаление треугольников.

Заключительный блок функциональности, но не менее важный, чем остальные, — это анализ.

Этот этап расширяет возможности работы c геометрией. В PolyShaper можно анализировать геометрию, полученную разными способами. Это могут быть и результаты сканирования, и топологическая оптимизация. Например, если мы уверены, что конструкторская и сканированная модели схожи, то можно применить инструменты автоматического или полуавтоматического совмещения для их сравнения.

Другое направление анализа в C3D PolyShaper — это реверс-инжиниринг, преобразование полигонального объекта в твердое тело. Для решения этой задачи применяется вписывание аналитических поверхностей методом наименьших квадратов. Можно выбрать какую-либо область в сканированной геометрии и тип поверхности — цилиндр, конус, плоскость, сфера, тор и т. д. После чего преобразовать эту область в оболочку или в поверхность заданной формы.

Такой подход применяется для конструкторских моделей, получаемых, например, методом обработки резанием, то есть таких, где имеются эти плоскости и цилиндры. Но есть модели более сложной формы, полученные, например, методом топологической оптимизации либо литьем, как, например, фигурка на иллюстрации. Чтобы преобразовать подобную полигональную модель в твердотельную, подходит функция покрытия ее оболочкой на основе сети NURBS-патчей.

Анализ полигональных моделей включает и сегментацию сетки. Для чего она нужна? Полигональной модели можно придать ту же топологию, что и модели в граничном представлении, только в данном случае гранями будет набор связанной группы фасетов, а ребра составлены из последовательности ребер сетки. Этим областям можно присвоить атрибут. Это может быть число, вектор, поверхность или произвольная структура.

В последнем обновлении C3D Toolkit уже появилась возможность загрузить модуль C3D PolyShaper, протестировать его функциональность и вернуться в C3D Labs с обратной связью. Мнение и оценка пользователей очень важны — ориентируясь на них, мы планируем развивать и совершенствовать новый модуль.

Чтобы воспользоваться ранним доступом к C3D PolyShaper, пожалуйста, свяжитесь с нами.

Реклама. ООО «С3Д Лабс». erid: 2SDnjcSNGd8