本节课深入探讨了网格修复（mesh repairing）的概念及其在工程实践中的重要性，特别是在三维扫描和CAD模型创建过程中遇到的挑战。网格修复不仅是一个去除模型伪影（artifacts）的过程，更是提升模型质量以满足后续应用需求的关键步骤。

网格修复与变形基础

  • 网格修复的定义：
    • 网格修复是通过去除几何模型中的缺陷，确保其适用于后续实际应用的技术过程。
    • 伪影（artifacts）是模型中影响质量的缺陷，修复它们是生成符合应用标准的模型的关键。
  • 模型变形（deformation）：
    • 变形是在模型中通过编辑或建模任务修改形状的相关技术。
    • 用于调整模型以消除设计或扫描过程中出现的误差和缝隙。

模型修复的实践要求

  • 完整性的确保：
    • 模型修复旨在填补模型中的缺口，提升其完整性和精确度，满足实际应用需求。
    • 在三维扫描和CAD模型的创建过程中，误差和缺口问题通常由扫描或设计过程引入，需要通过修复技术解决。
  • 转换与工具：
    • CAD中使用的修剪NURBS曲面常常需要转化为三角形网格以进行有效的有限元分析（FEA）。
    • 修复过程需要考虑应用场景的不同而选择不同的工艺和工具处理这些artifacts。

几何问题及其修复

  • 伪影与有限元分析：
    • 在网格化过程中，由于转换为三角形网格，可能会引入伪影，影响模拟的准确性。
    • 必须对伪影进行修复，以确保模拟结果的可靠性。
  • 奇异边与拓扑结构：
    • 奇异边由相邻的三角形数量不一致导致，其存在会影响模型的拓扑完整性。
    • 处理拓扑噪声如多余环和柄的挑战，需要比较复杂的修复技术。

CAD与扫描技术挑战

  • 激光扫描与光学特性：
    • 激光扫描中透明物体的折射可导致扫描结果不完整，补洞的过程困难且富有挑战性。
    • 工业应用要求提高补洞算法的效率，以应对不断增加的扫描需求。
  • 补丁与缝隙问题：
    • 在设计中，缝隙的问题会影响有限元分析的力传递，需要进行精确修复来保障设计的效果。

数值稳定性与模型误差

  • 自相交与零面积问题：
    • 零面积或负面积在渲染和纹理映射中导致数值问题，需特别关注设计的数值稳定性。
    • 自相交现象对有限元分析不可接受，必须在合并过程中避免。
  • 反向工程的精度：
    • 使用激光扫描仪进行反向工程时需要注意模型精度，以避免丢失特征影响可视化。