麻省理工學院研究人員將3D模型的逆向工程自動化

麻省理工學院的研究人員開發了一種編輯CAD模型的新方法。在論文中，他們描述了InverseCSG：3D模型到CSG樹的自動轉換，這種方法使定製3D模型和恢復元數據變得更容易、更及時。如果再加上3D列印，研究人員相信這種方法可以成為逆向工程和其他按需製造需求的有力工具。

該研究的結果於2018年12月某展會上展出，該展覽是一個計算機圖形和互動技術展覽。

將3D模型分解為更簡單的形式

圖像來自MIT

製作網格

可以通過組裝諸如立方體、圓柱體和圓環等基本形狀從頭開始構建3D模型。這些被稱為幾何圖元，以及將它們組合在CAD軟體中的方法：構造實體幾何（CSG）。

設計階段中的原始形狀及其組裝是3D模型的元數據。模型完成後，所有這些單獨的形狀組合在一起形成單體3D模型，通常以文件格式存儲，如.stl用於3D列印，或.obj，作為三角形鑲嵌網格，具有一組規則，包括頂點之間的關係。

從這裡開始，定製3D模型可能具有挑戰性。沒有來自參數化設計階段的信息，剩下的是數百或數千個不同面的三角形網格。正如麻省理工學院研究論文和博士學位的共同作者陶杜所解釋的那樣，「從高層次來看，問題是將三角形網格逆向工程化為一個簡單的樹，在理想情況下，如果你想定製一個對象，最好能夠獲得原始形狀——它們的尺寸以及它們的組合方式。但是，一旦你將所有東西組合成一個三角形網格，你只能得到一個三角形列表，而這些信息就會丟失。」

「一旦我們恢復元數據，其他人就可以更容易地修改設計。」

三角形網格的示例

圖片來自i.materialise

自動化逆向工程

麻省理工學院的研究人員設計了一種演算法，該演算法將三角形網格模型作為輸入並將其轉換為原始形狀，這是在幾分鐘內實現的壯舉。 「我們有大量的網格模型，但背後的CAD文件相對較少，」Du補充道，「如果用戶希望在家中重現設計並稍微定製一下，那麼這種技術可能會很有用。」

為了測試該演算法，使用了50個3D模型，從幾何到簡單到複雜。因此，「通過智能地將混合的，過度約束的搜索問題轉換為離散的緊湊形式，我們提出了一種可並行化的搜索演算法，該演算法解決了數據集中的示例。」該論文總結道。

「此外，我們通過解決我們的語法無法描述的例子來證明我們演算法的穩健性。最後，由於我們的方法返回參數化的CSG程序，它為最終用戶編輯和理解3D網格結構提供了強有力的手段。「

本文討論的研究標題為《InverseCSG：3D模型到CSG樹的自動轉換》。它由陶杜，Jeevana Priya Inala，Yewen Pu，Andrew Spielberg，Adriana Schulz，Daniela Rus，Armando Solar-Lezama，Wojciech Matusik共同撰寫。

來源：3D列印商情

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