基于扫描点云的模型修改技术(ThinkDesign的AMD和CMD功能)

　　本文探讨了基于扫描点云的模型修改技术(ThinkDesign的AMD和CMD功能)相关内容。

　　引言

　　ThinkDesign1979年诞生于意大利的Think3公司，是一款可以自由发挥你的创造力和想象力的超现代造型设计软件。它拥有全球领先的混合建模核心技术和独有的全局形状建模技术(Global Shape Modeling，简称GSM)。GSM是一个快速创建和修改的工具，用户在设计的任何阶段都可以迅速准确的进行设计修改，而不必重新建模。

　　基于GSM功能，ThinkDesign推出了一种基于扫描点云的模型修改技术-AMD&CMD技术，笔者经过一段时间的学习和应用，在此将其功能做个简单介绍。

　　基于测量点云的曲面自适应修改(AMD: Adaption On Measured Data)

　　计算机辅助设计在新产品设计中得到了广泛的应用，设计师借助3D辅助设计软件来设计、渲染一个虚拟的3D数字模型。但是，往往在数字环境下看起来很好的产品放到实际环境中时，就不是那么回事了，为了保证数字模型和物理模型尺寸的一致，新产品的典型设计流程包括下面几个阶段：

图1 新产品典型设计流程

　　从图1可以看出，物理样机仍然是产品研发过程中非常重要的一个环节，数字和物理环境之间需要彼此交互，即数字模型常常需要根据物理样机的修改而修改。以往我们常常采用逆向的方式来重新构建3D模型，其逆向过程使修改变得困难和修改周期长。

　　3D数字模型如何快速根据物理样机的改变而改变，这就是AMD的功能，它解决了根据相似物理模型建立数字模型的问题。物理模型通过机械加工或手工修改后，测量其外形，原来的3D模型就可以基于测量的点云来变形，且保持数字模型的质量。

图2 需要修改的曲面和物理模型的扫描点云网格

　　通过图2所示，我们可以看出轮眉的物理模型已经做了修改，那么相应的数字模型得重新构建。这里我们可以采用AMD的功能自动去识别曲面与网格之间的变形量，然后采用GSM Replicate功能将此变形量应用到需要修改的曲面上去，图3是GSM Replicate的修改界面，从中我们可以看出GSM Replicate在修改过程中可以设置变形量的比率值，并可以动态查看曲面的变化过程与检查曲面的变化质量。

图3 采用GSM Replicate功能修改曲面

　　基于测量点云的回弹补偿修改(CMD:Compensation On Measure Data)

　　回弹是板料冲压成形过程中一种常见、但又很难解决的现象。通常，企业前期采用CAE分析来预防回弹，后期根据试模数据来修改回弹。这两种方法都存在一个耗时费力的问题，那就是如何快速的根据CAE的数据或试模的数据来快速修改模具型面。

图4 冲压产品典型设计制造流程

　　Compensator是基于GSM技术开发的用于进行板料回弹补偿的CAD工具，它提供了上述两种问题的解决方法。 在实际应用中，由于新材料特性不确定等因素导致CAE的分析常常与实际冲压结果不一致，基于这个原因，think3与BMW合作，推出了一种基于测量点云的回弹补偿修改功能—CMD.

图5 CMD回弹补偿功能图示

　　CMD除了可以基于FEM(Finite Element Method)的数据外，还可以基于测量的数据来做回弹补偿，通过自动计算曲面与点云网格之间的变形量，然后采用GSM Replicate功能将此变形量应用到需要修改的曲面上去。下面通过B_Pillar 的回弹修改过程来简单介绍CMD的应用。

　　第一步：扫描实际冲压件，对齐点云与将要修改的曲面，将扫面点云网格化处理。

图6 点云网格化处理

　　第二步：需要修改的曲面网格化处理

　　ThinkDesign可以将需要修改的曲面进行网格化处理，网格化时注意网格尺寸大小和点云网格大小保持一致。

图7 曲面网格化处理

　　第三步： 裁剪网格

　　这里，我们修改的是整体拉延OP10的型面，所以采用同一个边界将点云网格和曲面网格做裁剪，ThinkDesign可以自动获取网格的边界。

图8 网格裁剪

　　第四步： 计算分析，得出3D变化数据

　　设定CMD相关参数后计算点云网格与曲面网格之间的变形量,变形量数据以图9所示的小平面来表示。

图9 生成3D变形参考数据

　　第五步：Global Replicate运算得出回弹补偿后的拉延型面

　　GSM Replicate可以设置变形量的比率值，默认的比率值在0~1之间，有的时候我们希望补偿多一点，该值也可以超过1。

　　如果修改的不是整体拉延型面,比如压料面不修改，那么在GSM Replicate运算中，修改对象可以不选择压料面，最后再将压料面与其他部分桥接起来。

图10 GSM Replicate 运算结果

　　结论

　　AMD&CMD技术提供了一种快速基于扫描点云修改3D数据的解决方案，促进了数字和物理模型的融合，它可以广泛应用于工业设计与汽车模具设计行业，其具有如下特点：

　　·大大节省模型修改时间。

　　·修改后的型面保持和原先型面相同的曲面拓补结构和曲面质量。

　　·不需要逆向过程。