[КЕЙС] Как мы сканировали Rolls-Royce Wraith для тюнинга

О чем статья

Рассказываем о 3D-сканировании для последующего тюнинга и кастомизации на примере автомобиля Rolls-Royce Wraith.

Наша компания часто оказывает услуги по сканированию автомобилей и их элементов. Последним таким заказом было сканирование Rolls-Royce Wraith для ателье тюнинга в Санкт-Петербурге.

Rolls-Royce – автомобиль, который требовалось отсканировать.

Нужно было отсканировать кузов автомобиля для последующей обработки цифровой модели дизайнером — моделирования дополнительных элементов.

Сканирование было решено проводить с помощью ручного 3D-сканера Artec Eva.

Artec Eva

• Линейное поле зрения, мм: 214 × 148 — 536 × 371

• Точность, мкм: 100

• Цвет: да

Мы могли использовать стационарный 3D-сканер RangeVision PRO 5M, и он дал бы большую точность поверхности, но сканировать большие объекты ручным сканером можно значительно быстрей, а целевую точность поверхности в 1-2 миллиметра без проблем дает и Artec Eva.

Чтобы было понятней, почему скорость здесь имеет значение: сканирование ручным сканером заняло, вместе с подготовкой, около 3 часов, стационарный справился бы часов за 6-7.

В Top 3D Shop широкий ассортимент сканеров для любых целей, обращайтесь - с радостью поможем с выбором.

Визуализация полученного скана.

Как делали раньше

До появления 3D-сканеров в арсенале инженеров, оцифровка трехмерных объектов состояла из ручного создания модели в CAD-программах, на основе чертежей, измерений и фотографий.

В тюнинге и ремонте авто методы фотограмметрии не применялись, по причине дороговизны и трудоемкости. Все делалось “на глазок”, по ручным измерениям и физическим слепкам, что не способствовало качеству.

Появление на рынке 3D-сканеров дало стимул к применению новых цифровых методов в этой области.

Подготовка к сканированию

Сканирование проходило в помещении автомастерской, так как сканировать на улице не так удобно, да и уличный свет может помешать сканированию излишней яркостью и непостоянством. Следует отметить, что в этот раз мы могли бы отсканировать автомобиль и на улице, так как Eva имеет собственную систему подсветки, которая позволяет нивелировать перепады внешнего освещения, а день был не сильно солнечный, свет солнца не перебивал подсвет сканера.

В условленное время автомобиль был доставлен. Кузов был слегка запылен, однако было решено авто предварительно не мыть, так как поверхность все равно придется матировать и небольшая запыленность даст дополнительной матовости. При наличии заметной грязи автомобиль, разумеется, нужно было бы помыть, чтобы избежать искажений геометрии поверхности.

Для сканирования достаточно двух розеток на 220 вольт, одной для ноутбука и одной для сканера. Сканер подключается к ноутбуку с помощью одного кабеля USB.

Сканировать требуется только половину автомобиля, с захватом обеих сторон спереди и сзади. То есть, бампера сканируем полностью, а остальную часть кузова — только с одной стороны. Это связано с тем, что автомобиль – симметричный объект, и быстрей и проще позднее отзеркалить одну из половин, чтобы получить вторую, чем сканировать весь автомобиль. Бампера спереди и сзади требуются для того, чтобы верно установить ось симметрии.

Поверхность автомобиля была покрыта тонким слоем матирующего спрея, чтобы убрать мешающий сканированию блеск.

Для матирования мы используем спрей Helling, он без проблем смывается с любой поверхности, состоит из спиртовой основы и чего-то вроде талька.

Существуют еще специальные испаряющиеся спреи, которые полностью исчезают с поверхности объекта за несколько часов.

Еще одно из требований подготовки  - использование меток. Для автомобилей оно обязательно, так как многие элементы кузова, например капот или двери, не имеют богатой геометрии или текстуры, и для сканера в разных местах выглядят совершенно одинаково, что приводит к ошибкам сшивки.

Сканирование

Сам процесс сканирования не очень интересен — оператор медленно водит сканером над поверхностью кузова, на расстоянии примерно 50 см, а сканер записывает снимаемые поверхности посредством ПО установленного на ноутбуке. Периодически приходится прерываться — во-первых, сканер при работе греется, поэтому желательно сканировать в режиме 5 минут сканирования – 15 минут на остывание.

Сканы в ПО сканера.

Во-вторых, автомобиль, а тем более такой крупный как Rolls-Royce – довольно большой объект, сканер собирает очень много данных и ноутбук, даже очень мощный, не всегда может справиться с таким потоком информации — часть сканов приходится выгружать из оперативной памяти в постоянную. Поэтому скан автомобиля обычно разбивается на участки, которые сканируются отдельно, а затем сшиваются.

По завершении сканирования автомобиль может ехать смывать матирующий спрей и метки с кузова. Проект со сканами сохраняется для последующей сборки.

Сшивка сканов сейчас происходит в основном в автоматическом режиме, лишь иногда бывает потребность поправить расположение фрагментов, если компьютер ошибся.

Поверхность модели строится из множества отдельных сканов.

Как уже говорилось, сначала собираются отдельные участки кузова, в данном случае удалось собрать сразу по половине кузова: переднюю и заднюю. А затем сшиваются уже они. В процессе сшивки удаляется весь мусор – например, захваченный сканером пол, колеса, которые на скане не нужны, стекла. Когда обе половины сшиты, мы получаем полигональную модель половины автомобиля. Работа Artec Studio закончена.

Но работать с такой моделью пока нельзя. Во-первых, это только половина автомобиля. А во-вторых, для дизайна нужна параметрическая, а не полигональная модель кузова.

С первой проблемой можно легко справиться практически в любом ПО для моделирования полигональных 3D-моделей. Ищем ось симметрии и зеркалим имеющуюся половину. Контролируем по пересекающимся элементам (бамперам), когда они идеально сходятся – мы получили то, что нужно. Можно сохранить отдельно данные половины и прогнать их через сборку по геометрии в Artec Studio, используя модели вместо сканов, в данном случае я именно так и поступил, для большей точности. Затем сшиваем наши половины, это можно сделать как в Artec Studio, так и в ПО для моделирования. Я сшил их в Geomagic Studio, так как следующий шаг будет проходить там.

Сшивка двух больших элементов автомобиля отсканированных отдельно.

Перевод в CAD – сложный и долгий процесс. Берется скан и используется как шаблон для построения параметрической поверхности. Однако, в данном случае все можно сделать проще. Такие программы, как Geomagic Studio или Geomagic Design, владеют необычным способом переработки полигональных поверхностей в параметрические. Они применяют сложный алгоритм с использованием неоднородных рациональных В-сплайнов. Проще говоря, поверхность описывается набором параметрических кривых, между которыми натягиваются поверхности. Этот способ работает не всегда, он не может обработать сложную форму — имеет малую точность на таких участках, как резьба или мелкий рельеф. Но для корпуса автомобиля он подходит идеально. Просчет длится несколько часов, но это гораздо быстрей, чем отстраивание поверхности в Rhinoceros или SolidWorks. Недостаток такой модели в том, что использовать ее для фрезеровки было бы сложно, так как поверхность описывается большим количеством отдельных параметрических участков и программы подготовки gcode для фрезеровки будут обрабатывать ее довольно долго. Но они обработают ее, а не уйдут в бесконечный цикл, как случилось бы при работе с полигональной моделью, в которой отдельных участков миллионы.

Финальная модель для использования в проектировании.

Получившуюся модель отдали довольному заказчику. Теперь ее можно использовать в параметрическом моделировании, в качестве шаблона, к которому будут привязываться различные элементы тюнинга.