创新麻省理工学院研究人员将3D模型的逆向工程自动化

麻省理工学院的研究人员开发了一种编辑CAD模型的新方法。在论文中，他们描述了InverseCSG：3D模型到CSG树的自动转换，这种方法使定制3D模型和恢复元数据变得更容易、更及时。如果再加上3D打印，研究人员相信这种方法可以成为逆向工程和其他按需制造需求的有力工具。

　　该研究的结果于2018年12月某展会上展出，该展览是一个计算机图形和互动技术展览。

将3D模型分解为更简单的形式

图像来自MIT

制作网格

　　可以通过组装诸如立方体、圆柱体和圆环等基本形状从头开始构建3D模型。这些被称为几何图元，以及将它们组合在CAD软件中的方法：构造实体几何（CSG）。

　　设计阶段中的原始形状及其组装是3D模型的元数据。模型完成后，所有这些单独的形状组合在一起形成单体3D模型，通常以文件格式存储，如.stl用于3D打印，或.obj，作为三角形镶嵌网格，具有一组规则，包括顶点之间的关系。

　　从这里开始，定制3D模型可能具有挑战性。没有来自参数化设计阶段的信息，剩下的是数百或数千个不同面的三角形网格。正如麻省理工学院研究论文和博士学位的共同作者陶杜所解释的那样，“从高层次来看，问题是将三角形网格逆向工程化为一个简单的树，在理想情况下，如果你想定制一个对象，最好能够获得原始形状——它们的尺寸以及它们的组合方式。但是，一旦你将所有东西组合成一个三角形网格，你只能得到一个三角形列表，而这些信息就会丢失。”

　　“一旦我们恢复元数据，其他人就可以更容易地修改设计。”

三角形网格的示例

图片来自i.materialise

自动化逆向工程

　　麻省理工学院的研究人员设计了一种算法，该算法将三角形网格模型作为输入并将其转换为原始形状，这是在几分钟内实现的壮举。 “我们有大量的网格模型，但背后的CAD文件相对较少，”Du补充道，“如果用户希望在家中重现设计并稍微定制一下，那么这种技术可能会很有用。”

　　为了测试该算法，使用了50个3D模型，从几何到简单到复杂。因此，“通过智能地将混合的，过度约束的搜索问题转换为离散的紧凑形式，我们提出了一种可并行化的搜索算法，该算法解决了数据集中的示例。”该论文总结道。

　　“此外，我们通过解决我们的语法无法描述的例子来证明我们算法的稳健性。最后，由于我们的方法返回参数化的CSG程序，它为最终用户编辑和理解3D网格结构提供了强有力的手段。“

　　本文讨论的研究标题为《InverseCSG：3D模型到CSG树的自动转换》。它由陶杜，Jeevana Priya Inala，Yewen Pu，Andrew Spielberg，Adriana Schulz，Daniela Rus，Armando Solar-Lezama，Wojciech Matusik共同撰写。

来源：3D打印商情

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