3D digitalizace polygonálních sítí

Nové technologie a postupy v 3D navrhování v posledních letech přináší řadu novinek. Jednou z nich je bezesporu technologie získávání 3D dat pomocí speciálních scannerů. Tato zařízení dovolují získávat polygonální geometrii v podobě prostorových sítí s velkým množstvím definičních bodů. Data lze poté zpracovávat v různých technických oblastech. Lze nad nimi dále vytvářet konstrukční řešení nových výrobků, využívat je v oblasti architektury, medicíny, archeologie apod. V současné době řešíme v jednom z našich projektů nasazení technologie 3D scanování. Jedná se o 3D scanner ATOS Compact Scan, který v sobě zúročuje dosavadní zkušenosti společnosti GOM v oblasti profesionální digitalizace 3D dat. Jedná se o zařízení pracující na stativu s vysokou přesností na technologii modrého světla, které má jiné díky vlnové délce výrazně lepší prostupnost prostorem než světlo bílé. Zařízení snímá povrch modelu v blocích, které jsou dány velikostí pracovního prostoru scanneru. Velmi příjemná je především podpora různých metod automatizace měření, která je stěžejní pro masovější nasazení této technologie v průmyslu. Průmyslově využívané scannery jsou charakteristické svou přesností a precizností digitalizace. Je tedy vždy nutné počítat s poměrně vysokými požadavky na hardware, který používáme pro digitalizaci modelu s danou přesností. Ta se pohybuje řádově v setinách milimetru. 

Alfou a omegou celého řešení 3D digitalizace není ovšem pouze kvalita zařízení, ale také precizně vyladěný software pro zpracování mračna bodů a jeho polygonizaci. Tato aplikace musí nejen dokázat načíst obrovské mračno bodů, které může mít často statisíce až miliony objektů, ale také je musí dokázat analyzovat a proložit souvislou polygonální sítí bez chyb. GOM Inspect je volně dostupný software pro 3D inspekci mraku bodů a zpracování sítě umožňující rozměrovou analýzu 3D mraku bodů získaných z optických skenerů, laserových skenerů, počítačové tomografie CT a dalších zdrojů. Zároveň slouží i jako prohlížeč dat ze softwaru GOM Inspect Professional. Nabízí širokou škálu nástrojů pro komplexní analýzy dílů a sestav. Software GOM Inspect je nezávisle testován a certifikován německým a americkým národním institutem pro standardy a technologie (PTB, NIST). Přesnost vyhodnocovacího software je ověřována srovnáním výsledků získaných ze software s referenčními hodnotami.. GOM Inspect byl zařazen do třídy 1, tedy třídy s nejmenšími odchylkami.

Nespornou výhodou pro naše potřeby byla bezplatně dostupná verze aplikace GOM Inspect, která je k dispozici na stránkách výrobce 3D scanneru. Jedná se o software řešení, které svým výkonem a funkcemi patří ke špičce programů pro zpracování a verifikaci 3D dat. Pro naše první testování možností využití 3D dat pořízených scannerem ATOS Compact Scan jsme zvolili blok motoru. Průhledné a tmavé objekty jsou obecně pro potřeby 3D scanování problematické. Odlesky a nízká intenzita odraženého světla musí být kompenzovány povrchovou úpravou modelu, případně zvýšením intenzity svitu scanneru. V našem případě byl odlitek naprášen bílým kontrastním práškem pro maximálně precizní výstup dat ze scanneru. 

Pracnost vlastního vytvoření sítě je navíc minimální díky globálnímu snímání velkého pracovního prostoru scannerem umístěnéným na stativu. Finální velikost modelu STL byla překvapivě téměř 200 MB. Našim hlavním cílem bylo získaná data načíst do některého z nástrojů společnosti Autodesk pro vizualizaci a připravit prezentaci modelu. Grafický výstup je díky nim již na základní úrovni prakticky srovnatelný s kvalitní statickou vizualizací. Po aktivaci raytraceru je výsledek srovnatelný s tím nejlepším, co je v oblasti vizualizace na světovém trhu dostupné. Některé z CAD aplikací umí přímo polygonální model načítat pomocí specializovaných modulů a provádět ruční, případně automatickou náhradu množiny polygonů segmenty NURBS ploch. Obecně se jedná ovšem o poměrně časově náročnou operaci. Z tohoto důvodu je jistým řešením spojení části polygonálního modelu s NURBS objekty.

Pro scannování ve 3D využíváme na škole špičkového průmyslového scanneru řady ATOS od společnosti GOM mbH Gesellschaft für Optische Messtechnik.