問題說明

當在一個已有的物體上需要構建一個新的結構，而已有的物體并沒有三維模型，我們需要對已有的物體進行三維掃描和逆向建模，然后再在逆向模型的基礎上進行在設計，將新的結構融合進去。

這個過程中，如果已有的物體較為規則，再設計，也許并不困難。而當逆向建模的物體是一個異型曲面的時候，難度就會很大。

下面我結合我做的建筑異型曲面上的一個三維掃描和建模項目實例，對這一技術進行闡釋。

項目概況

本實例為荷蘭設計師為北京密云的一高檔別墅區設計的別墅，因為設計理念較為超前，別墅采用了大量的空間異型曲面結構，如下圖

別墅設計模型圖

但是別墅被建造之后，施工水平為達到要求，曲面部分并沒有和設計模型一致。下圖為被建造出來的其中一個長7.5m、高3m的復雜異形曲面。

建造后的別墅異形曲面

曲面被建造出來之后，要在外面覆蓋保溫板材料，并且保溫板材料外面需要生成2cm高的臺階，臺階用于貼2cm高的裝飾瓷磚。因為建造出來的異型曲面和設計模型差別較大，無法直接用的設計模型進行保溫板模型的建模，而采用我們的正逆向融合技術則能有效解決保溫板的建模問題。

技術流程

三維掃描

首先我們使用了CREAFORM的handyscan三維掃描儀，采集曲面部分的三角網格模型數據。

Handyscan是一款手持式的三維掃描儀，無需任何的安裝裝置，只需要在掃描的曲面上貼上定位標點，就可以數十萬個點的速度獲取掃描數據，而且精度高達0.03mm，能遠遠滿足這個項目的需求。

三維掃描得到的三角網格模型

重建曲面

Handyscan獲取的掃描數據真實的反應現實曲面的造型，但是因為其數據量較大。這里我們需要在掃描數據的基礎上進行曲面重建，得到光滑的NURBS曲面，然后再在曲面的基礎上進行保溫板模型的設計。其步驟如下：

1、首先我們通過Vxelement軟件，在掃描數據的基礎上可以很容易得到與掃描數據貼合的單一曲面。

2、通過參數調節，使得曲面在貼合度上和光滑程度上都符合我們的要求。

3、然后，將單一曲面導入solidworks軟件，對曲面邊緣進行修剪，得到我們用于建模的光滑曲面。

修剪邊緣之后新曲面模型

融合建模

接下來的工作就是在上面得到的異形曲面的基礎上進行保溫板的正向設計建模。其過程如下：

1、制作保溫板臺階模型：保溫板偏移曲面上面需要貼2cm的瓷磚，因此這里繼續在偏移曲面上建立2cm高的臺階。因為臺階數目較多手動一個一個的建將花費大量的時間，為此我們運用Rhino可視化編程插件grasshopper進行參數化建模。

Grasshopper中建立臺階模型的電池圖

偏移曲面上建立的臺階模型

局部臺階效果

2、融合模型：將三維掃描生成的面和臺階面的側面封起來，成為一個整體保溫板模型，如圖。

3、生產加工：即將前面得到的保溫板模型進行數控加工。因為模型較大，通過分段加工之后粘合在一起。將保溫板安裝在下圖所示的別墅異型曲面上，完成保溫板制作安裝的整個環節。

制作的保溫板模型與別墅異型曲面無縫接合