本文探討了基于掃描點云的模型修改技術(ThinkDesign的AMD和CMD功能)相關內容。

　　引言

　　ThinkDesign1979年誕生于意大利的Think3公司，是一款可以自由發揮你的創造力和想象力的超現代造型設計軟件。它擁有全球領先的混合建模核心技術和獨有的全局形狀建模技術(Global Shape Modeling，簡稱GSM)。GSM是一個快速創建和修改的工具，用戶在設計的任何階段都可以迅速準確的進行設計修改，而不必重新建模。

　　基于GSM功能，ThinkDesign推出了一種基于掃描點云的模型修改技術-AMD&CMD技術，筆者經過一段時間的學習和應用，在此將其功能做個簡單介紹。

　　基于測量點云的曲面自適應修改(AMD: Adaption On Measured Data)

　　計算機輔助設計在新產品設計中得到了廣泛的應用，設計師借助3D輔助設計軟件來設計、渲染一個虛擬的3D數字模型。但是，往往在數字環境下看起來很好的產品放到實際環境中時，就不是那么回事了，為了保證數字模型和物理模型尺寸的一致，新產品的典型設計流程包括下面幾個階段：

圖1 新產品典型設計流程

　　從圖1可以看出，物理樣機仍然是產品研發過程中非常重要的一個環節，數字和物理環境之間需要彼此交互，即數字模型常常需要根據物理樣機的修改而修改。以往我們常常采用逆向的方式來重新構建3D模型，其逆向過程使修改變得困難和修改周期長。

　　3D數字模型如何快速根據物理樣機的改變而改變，這就是AMD的功能，它解決了根據相似物理模型建立數字模型的問題。物理模型通過機械加工或手工修改后，測量其外形，原來的3D模型就可以基于測量的點云來變形，且保持數字模型的質量。

圖2 需要修改的曲面和物理模型的掃描點云網格

　　通過圖2所示，我們可以看出輪眉的物理模型已經做了修改，那么相應的數字模型得重新構建。這里我們可以采用AMD的功能自動去識別曲面與網格之間的變形量，然后采用GSM Replicate功能將此變形量應用到需要修改的曲面上去，圖3是GSM Replicate的修改界面，從中我們可以看出GSM Replicate在修改過程中可以設置變形量的比率值，并可以動態查看曲面的變化過程與檢查曲面的變化質量。

圖3 采用GSM Replicate功能修改曲面

　　基于測量點云的回彈補償修改(CMD:Compensation On Measure Data)

　　回彈是板料沖壓成形過程中一種常見、但又很難解決的現象。通常，企業前期采用CAE分析來預防回彈，后期根據試模數據來修改回彈。這兩種方法都存在一個耗時費力的問題，那就是如何快速的根據CAE的數據或試模的數據來快速修改模具型面。

圖4 沖壓產品典型設計制造流程

　　Compensator是基于GSM技術開發的用于進行板料回彈補償的CAD工具，它提供了上述兩種問題的解決方法。 在實際應用中，由于新材料特性不確定等因素導致CAE的分析常常與實際沖壓結果不一致，基于這個原因，think3與BMW合作，推出了一種基于測量點云的回彈補償修改功能—CMD.

圖5 CMD回彈補償功能圖示

　　CMD除了可以基于FEM(Finite Element Method)的數據外，還可以基于測量的數據來做回彈補償，通過自動計算曲面與點云網格之間的變形量，然后采用GSM Replicate功能將此變形量應用到需要修改的曲面上去。下面通過B_Pillar 的回彈修改過程來簡單介紹CMD的應用。

　　第一步：掃描實際沖壓件，對齊點云與將要修改的曲面，將掃面點云網格化處理。

圖6 點云網格化處理

　　第二步：需要修改的曲面網格化處理

　　ThinkDesign可以將需要修改的曲面進行網格化處理，網格化時注意網格尺寸大小和點云網格大小保持一致。

圖7 曲面網格化處理

　　第三步： 裁剪網格

　　這里，我們修改的是整體拉延OP10的型面，所以采用同一個邊界將點云網格和曲面網格做裁剪，ThinkDesign可以自動獲取網格的邊界。

圖8 網格裁剪

　　第四步： 計算分析，得出3D變化數據

　　設定CMD相關參數后計算點云網格與曲面網格之間的變形量,變形量數據以圖9所示的小平面來表示。

圖9 生成3D變形參考數據

　　第五步：Global Replicate運算得出回彈補償后的拉延型面

　　GSM Replicate可以設置變形量的比率值，默認的比率值在0~1之間，有的時候我們希望補償多一點，該值也可以超過1。

　　如果修改的不是整體拉延型面,比如壓料面不修改，那么在GSM Replicate運算中，修改對象可以不選擇壓料面，最后再將壓料面與其他部分橋接起來。

圖10 GSM Replicate 運算結果

　　結論

　　AMD&CMD技術提供了一種快速基于掃描點云修改3D數據的解決方案，促進了數字和物理模型的融合，它可以廣泛應用于工業設計與汽車模具設計行業，其具有如下特點：

　　·大大節省模型修改時間。

　　·修改后的型面保持和原先型面相同的曲面拓補結構和曲面質量。

　　·不需要逆向過程。