Inżynieria odwrotna, czyli jak dostałem plik OBJ od klienta i zamieniłem go w edytowalny model CAD.

W zeszłym tygodniu dostałem od klienta plik OBJ. Na pierwszy rzut oka model 3D. W rzeczywistości surowy odlew rzeczywistości: siatka trójkątów pełna dziur, nierówności i chaosu. I miałem z tego zrobić porządny, edytowalny model CAD, który klient wrzuci do złożenia i będzie mógł swobodnie modyfikować.

Krok 1: Plik OBJ to nie model, tylko odcisk

Klient przysłał mi plik po skanowaniu. Często gęsto jest tak, że nie bierzesz udziału w skanowaniu, dostajesz gotowy surowiec. I wierz mi, to zawsze jest surowiec.

OBJ to siatka trójkątów, która wygląda jak model, ale nią nie jest. Ma miliony trójkątów, dziury, postrzępione krawędzie i lokalne zniekształcenia. Można to oglądać, ale nie da się tego edytować tak, jak przyzwyczajony jest projektant CAD.

W tym momencie niektórzy mówią klientowi: „Tak wygląda skan, trudno”. Ja w tym momencie zaczynam robotę.

Krok 2: Zszywanie dziur i prostowanie geometrii

Siatka ze skanu zawsze ma dziury. Skaner nie widzi wszystkiego. Podcięcia, głębokie wklęśnięcia, ostre krawędzie pod złym kątem. Ta nierówna walka potrafi trwać dość długo ;D

(lewy górny róg) Element skanowany z widocznymi błędami w siatce, (lewy dolny róg) Poprawiona geometria detalu, (po prawej stronie) Wyświetlanie z uwidocznioną orientacją siatki - pomaga to w odnalezieniu dziur w siatce modelu.

Zamykanie dziur to żmudna robota. Nie chodzi tylko o zaślepienie otworu, ale o logiczne uzupełnienie brakującego fragmentu. Często musisz podejmować decyzje: czy to, co widać wokół, pozwala wiernie odtworzyć oryginał, czy może jednak lepiej wprowadzić symetrię, bo skan w tym miejscu się pomylił?

Kontrola nad zaokrągleniami oraz punktowe zaostrzenie krawędzi pozwala wydobyć właściwy kształt detalu.

Do tego dochodzi poprawa geometrii. Przesuwanie punktów, wygładzanie krzywych, usuwanie artefaktów. To jak poprawianie zdjęcia, na którym wyszły szumy. Każda korekta wpływa na to, czy finalny model będzie nadawał się do produkcji.

Aby uprościć finalną wersję siatki modelu, warto na wcześniejszym etapie zrezygnować z pętli krawędzi (edge loops) w miejscach płaskich i mniej kluczowych dla ogólnego kształtu modelu.

W przypadku klucza płaskiego najwięcej uwagi poszło w przejścia między trzonkiem a główką oraz w precyzyjne odwzorowanie zębów. Tam liczy się każda dziesiąta milimetra.

Krok 3: Redukcja trójkątów – bo mniej znaczy więcej

Surowa siatka potrafi mieć setki tysięcy, czasem nawet miliony trójkątów. W teorii im więcej, tym dokładniej. W praktyce twój komputer się dusi, a ty czekasz na każdą operację po kilka minut.

Widać, że plik był bardzo skomplikowany i trudny w dalszej edycji, również ze względu na jego wielkość. Ilość trójkątów została zredukowana z prawie 2 mln do 27 tys. przy jednoczesnym zachowaniu geometrii modelu.

Redukcja (decimation) to zabieg, który zmniejsza liczbę trójkątów przy zachowaniu kluczowych detali. W efekcie model staje się lekki, responsywny, a wizualnie nadal wygląda jak oryginał.

Po lewej widać model po optymalizacji skanu 3D. Po prawej dalszy etap prac nad detalem z podkreślonymi krawędziami wynikającymi z kształtu oryginalnej geometrii.

Po tej operacji siatka jest gotowa do właściwej konwersji.

Krok 4: Konwersja do CAD – moment, w którym model zaczyna żyć

I tu dochodzimy do sedna.

Siatka trójkątów, nawet po oczyszczeniu to wciąż tylko zbiór pikseli w przestrzeni. Możesz ją obracać, powiększać, ale nie możesz zmienić promienia jednego łuku, nie możesz wyciągnąć wymiaru, nie możesz wrzucić jej do złożenia i sprawdzić, czy pasuje do innych części.

Dlatego kluczowym etapem jest konwersja do formatu CAD.

Po lewej (górny lewy róg) widać siatkę detalu wyeksportowaną do środowiska CAD bezpośrednio. Edycja modelu pozwoliła na osiągnięcie w pełni edytowalnego i kompatybilnego ze środowiskiem CAD detalu (lewy dolny róg). W następnym kroku dodałem wycięcie z zaokrągleniem w korpusie klucza, zgodnie z wytycznymi klienta.

Po tym zabiegu, każda powierzchnia staje się edytowalna. Łuki są parametryczne, a wymiary definiowalne. Model jest w pełni czytelny dla programów takich jak SolidWorks czy Fusion 360.

Klient nie dostaje zamrożonego odlewu rzeczywistości.

Dostaje narzędzie, które może:

• wrzucić do większego złożenia,

• modyfikować bez konieczności wracania do skanu,

• przygotować do produkcji.

To zmienia perspektywę z „mam skan” na „mam model, którym mogę projektować dalej”.

Co jest kluczowe?

Każdy promień, każde przejście, każda asymetria w przypadku niektórych skanowanych detali to coś czego nie da się łatwo zamodelować od zera. Ktoś kiedyś podjął te decyzje, żeby detal (w tym przypadku klucz) działał, dobrze leżał w dłoni, nie pękał przy użytkowaniu.

Reverse engineering to nie tylko odtwarzanie geometrii. To też odczytywanie intencji. W przypadku klucza nie jest to takie oczywiste, ale np. przy detalach architektonicznych o walorach historycznych, walka o każdą niedoskonałość jest istotna i nadaje autentyczności, dlatego tak ważne jest by detal wyszedł dokładnie tak samo jak w oryginale.

https://video.wixstatic.com/video/4f1c42_14674441683a450c8c84aa27eb0ea4a5/1080p/mp4/file.mp4

Dlaczego to ważne

Jeśli projektujesz coś od zera to spoko, to inna ścieżka. Ale jeśli chcesz wykorzystać istniejący produkt, dostosować go do nowego zastosowania, wrzucić w większy system, bez porządnego modelu CAD jesteś w kropce.

Skan daje ci punkt wyjścia. Ale dopiero konwersja do edytowalnego formatu daje ci kontrolę.

Praktyczne rady

Jeśli sam przerabiasz takie pliki:

1. Spodziewaj się, że OBJ będzie brudny. To normalne. Nie przejmuj się, tylko naprawiaj systematycznie.

2. Zamykaj dziury na początku. Inaczej będą wracać na późniejszych etapach.

3. Redukuj liczbę trójkątów bez przesady. Znajdź balans między wagą pliku a detalami.

4. Inwestuj czas w konwersję do CAD. To tutaj model zyskuje wartość użytkową. Bez tego masz tylko ładną wizualizację.

Jeśli dotarłeś do końca…

Ten wpis nie jest o skanowaniu. Jest o tym, co dzieje się potem. O tym, jak z surowego pliku po skanie powstaje detal, który można dalej projektować.

Jeśli masz plik po skanowaniu i zastanawiasz się, co dalej, albo chcesz pogadać o tym, jak podchodzę do konwersji to zapraszam.

Pisz śmiało.

P.S. Klucz wylądował w złożeniu klienta w trzy dni od momentu, kiedy dostałem plik. Działał bez poprawek. I właśnie o to chodzi.