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          使用Creaform HandySCAN扫描建筑异形曲面进行正逆向建模

          问题说明

                 当在一个已有的物体上需要精确构建一个新的结构,而已有的物体并没有三维模型,我们需要对已有的物体进行三维扫描和逆向建模,然后再在逆向模型的基础上进行在设计,将新的结构融合进去。

                 这个过程中,如果已有的物体较为规则,再设计,也许并不困难。而当逆向建模的物体是一个异型曲面的时候,难度就会很大。

                 下面我结合我做的建筑异型曲面上的一个三维扫描和建模项目实例,对这一技术进行阐释。

          项目概况

                 本实例为荷兰设计师为北京密云的一高档别墅区设计的别墅,因为设计理念较为超前,别墅采用了大量的空间异型曲面结构,如下图

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          别墅设计模型图

                 但是别墅被建造之后,施工水平为达到要求,曲面部分并没有和设计模型一致。下图为被建造出来的其中一个长7.5m、高3m的复杂异形曲面。

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          建造后的别墅异形曲面

                 曲面被建造出来之后,要在外面覆盖保温板材料,并且保温板材料外面需要生成2cm高的台阶,台阶用于贴2cm高的装饰瓷砖。因为建造出来的异型曲面和最初设计模型差别较大,无法直接用最初的设计模型进行保温板模型的建模,而采用我们的正逆向融合技术则能有效解决保温板的建模问题。

          技术流程

          三维扫描

                 首先我们使用了CREAFORM的handyscan三维扫描仪,采集曲面部分的三角网格模型数据。

                 Handyscan是一款手持式的三维扫描仪,无需任何的安装装置,只需要在扫描的曲面上贴上定位标点,就可以数十万个点的速度获取扫描数据,而且精度高达0.03mm,能远远满足这个项目的需求。

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          三维扫描得到的三角网格模型

          重建曲面

                 Handyscan获取的扫描数据真实的反应现实曲面的造型,但是因为其数据量较大。这里我们需要在扫描数据的基础上进行曲面重建,得到光滑的NURBS曲面,然后再在曲面的基础上进行保温板模型的设计。其步骤如下:

          1、首先我们通过Vxelement软件,在扫描数据的基础上可以很容易得到与扫描数据贴合的单一曲面。

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          2、通过参数调节,使得曲面在贴合度上和光滑程度上都符合我们的要求。

          1561086713928195.png

           

          3、然后,将单一曲面导入solidworks软件,对曲面边缘进行修剪,得到我们最终用于建模的光滑曲面。

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          修剪边缘之后新曲面模型

          融合建模

                 接下来的工作就是在上面得到的异形曲面的基础上进行保温板的正向设计建模。其过程如下:

          1、制作保温板台阶模型:保温板偏移曲面上面需要贴2cm的瓷砖,因此这里继续在偏移曲面上建立2cm高的台阶。因为台阶数目较多手动一个一个的建将花费大量的时间,为此我们运用Rhino可视化编程插件grasshopper进行参数化建模。

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          Grasshopper中建立台阶模型的电池图

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          偏移曲面上建立的台阶模型

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          局部台阶效果

          2、融合模型:将三维扫描生成的面和台阶面的侧面封起来,最后成为一个整体保温板模型,如图。

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          3、生产加工:即将前面得到的保温板模型进行数控加工。因为模型较大,最终通过分段加工之后粘合在一起。最后,将保温板安装在下图所示的别墅异型曲面上,完成保温板制作安装的整个环节。

          制作的保温板模型与别墅异型曲面无缝接合

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          地址:北京市昌平区吉晟别墅21-17

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