問題說明

當在一個已有的物體上需要構(gòu)建一個新的結(jié)構(gòu)，而已有的物體并沒有三維模型，我們需要對已有的物體進行三維掃描和逆向建模，然后再在逆向模型的基礎(chǔ)上進行在設(shè)計，將新的結(jié)構(gòu)融合進去。

這個過程中，如果已有的物體較為規(guī)則，再設(shè)計，也許并不困難。而當逆向建模的物體是一個異型曲面的時候，難度就會很大。

下面我結(jié)合我做的建筑異型曲面上的一個三維掃描和建模項目實例，對這一技術(shù)進行闡釋。

項目概況

本實例為荷蘭設(shè)計師為北京密云的一高檔別墅區(qū)設(shè)計的別墅，因為設(shè)計理念較為超前，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)計模型圖

但是別墅被建造之后，施工水平為達到要求，曲面部分并沒有和設(shè)計模型一致。下圖為被建造出來的其中一個長7.5m、高3m的復雜異形曲面。

建造后的別墅異形曲面

曲面被建造出來之后，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高的臺階，臺階用于貼2cm高的裝飾瓷磚。因為建造出來的異型曲面和設(shè)計模型差別較大，無法直接用的設(shè)計模型進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，無需任何的安裝裝置，只需要在掃描的曲面上貼上定位標點，就可以數(shù)十萬個點的速度獲取掃描數(shù)據(jù)，而且精度高達0.03mm，能遠遠滿足這個項目的需求。

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)真實的反應現(xiàn)實曲面的造型，但是因為其數(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)上進行保溫板模型的設(shè)計。其步驟如下：

1、首先我們通過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，將單一曲面導入solidworks軟件，對曲面邊緣進行修剪，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

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

1、制作保溫板臺階模型：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高的臺階。因為臺階數(shù)目較多手動一個一個的建將花費大量的時間，為此我們運用Rhino可視化編程插件grasshopper進行參數(shù)化建模。

Grasshopper中建立臺階模型的電池圖

偏移曲面上建立的臺階模型

局部臺階效果

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

3、生產(chǎn)加工：即將前面得到的保溫板模型進行數(shù)控加工。因為模型較大，通過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環(huán)節(jié)。

制作的保溫板模型與別墅異型曲面無縫接合