3D GEOMETRIC MODEL CONSTRUCTION USING REVERSE ENGINEERING AND SOME APPLICATIONS IN SHIPBUILDING INDUSTRY

Abstract

3D geometric model of a part or a product can be generated from scanned point cloud using reverse engineering techniques. In this study, recent 3D model construction techniques are first explained and comparison between these techniques are made. These techniques utilize mesh models as input and segment them into sub-meshes, each of which are fitted with high level geometrical surface entities such as B-spline, sphere and cylinder. Next, some reverse engineering applications in ship building industry are mentioned in this work. Ship is a mega structure, which is builded by assembling small ship parts. Utilizing reverse engineering techniques in shipbuilding is crucial in order to increase accuracy of these small ship parts and decrease the shipbuilding time. Finally, recent reverse engineering problems, their possible solutions and new research directions are outlined. It is believed that hybrid techniques utilizing both B-spline surfaces and geometric primitives such as sphere/cylinder can increase the quality of the generated geometric model

Keywords

• Reverse engineering, Computer-aided design, Geometric modelling, Shipbuilding

TERSİNE MÜHENDİSLİK YOLUYLA ÜÇ BOYUTLU GEOMETRİK MODELİN OLUŞTURULMASI VE GEMİ YAPIM ENDÜSTRİSİNDEKİ BAZI UYGULAMALARI

Abstract

Üç boyutlu tarayıcılar veya ölçüm aletleri kullanılarak bir parça veya ürünün nokta bulutu elde edilebilmekte ve tersine mühendislik teknikleri kullanılarak bu parça veya ürünün üç boyutlu geometrik modeli üretilebilmektedir. Bu çalışmada son yıllarda önerilmiş üç boyutlu geometrik modelinin oluşturmasıyla ilgili bazı teknikler anlatılacak ve bu metodların analizleri yapılacaktır. Bu teknikler nokta bulutundan oluşturulan çözüm ağ modelini küçük ağlara ayrıştırmaktadırlar. Bu küçük ağlar B-spline, küre, silindir gibi daha ileri seviye yüzeyler ile ifade edilmektedirler. Bu makalede ayrıca gemi yapım endüstrisindeki tersine mühendislik uygulamalarından da bahsedilecektir. Gemiler çok büyük boyutta oldukları için daha küçük parçalara ayrılarak üretilmekte ve bu parçalar birleştirilerek gemi elde edilmektedir. Üretilen bu parçaların doğruluk payını artırmak ve gemi yapım zamanını kısaltmak için gemi yapımında tersine mühendislik tekniklerini kullanmak çok önemlidir. Son olarak, tersine mühendislik ile ilgili günümüz problemleri anlatılacak, çözüm önerilerinde bulunulacak ve yapılabilecek yeni araştırmalardan bahsedilecektir. Geometrik model oluştururken B-spline ve küre-silindir gibi geometrik primitif yüzeylerin beraber kullanan hibrit tekniklerin geliştirilmesi modelin kalitesini artıracağı düşünülmektedir

Keywords

• Tersine mühendislik, Bilgisayar-destekli tasarım, Geometrik modelleme, Gemi yapımı

References

1. Delaunay, B. 1934. ”Sur la sphere vide”, Izvestia Akademii Nauk SSSR, Otdelenie Matematicheskikh i Estestvennykh Nauk, p. 793–800.
2. Amenta, N., Choi, S., Kolluri, R. K. 2001. ”The power crust”, Proceedings of the sixth ACM symposium on Solid modeling and applications, p. 249–266.
3. Bernardini, F., Mittleman, J., Rushmeier, H., Silva, C., Taubin, G. 1999. ”The ball- pivoting algorithm for surface reconstruction”, IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, vol. 5 (4), p. 349–359.
4. Shamir, A. 2008. “A survey on mesh segmentation techniques”, Computer Graphics Forum, vol. 27 (6), p.1539–1556.
5. Agathos, A., Pratikakis, I., Perantonis, S., Sapidis, N., Azariadis, P. 2007. “3d mesh segmentation methodologies for CAD applications”, Computer Aided Design And Applications, vol. 4 (6), p. 827–841.
6. Eck, M., Hoppe, M. 1996. “Automatic reconstruction of b-spline surfaces of arbitrary topological type”, SIGGRAPH’96, p. 325–334.
7. Bommes, D., Zimmer, H., Kobbelt, L. 2009. “Mixed-integer quadrangulation”. ACM Trans. Graph., vol. 28 (3), p.1–10.
8. Bommes, D., Lempfer, T., Kobbelt, L. 2011. “Global structure optimization of quadrilateral meshes”, Computer Graphics Forum, vol. 30 (2), p. 375–384.

9. Bommes, D., Levy, B., Pietroni, N., Puppo, E., Silva, C., Tarini, M., Zorin, D. 2012. “State of the art in quad meshing”, Eurographics STARS (2012).
10. Campen, M., Bommes, D., Kobbelt. L. 2012. “Dual loops meshing: quality quad layouts on manifolds”, ACM Trans. Graph., vol. 31 (4), p. 1–11.
11. Daniels, J., Silva, C. T., Shepherd, J., Cohen E. 2008. “Quadrilateral mesh simplification”, ACM Trans. Graph., vol. 27 (5), p. 148:1–148:9.
12. Bommes, D., Campen, M., Ebke, H., Alliez, P., Kobbelt, L. 2013. “Integer-grid maps for reliable quad meshing”, ACM Transactions on Graphics, vol. 32 (4), p. 98:1–98:12.
13. Peng, C., Zhang, E., Kobayashi, Y., Wonka, P. 2011. “Connectivity editing for quadrilateral meshes”, ACM Trans. Graph., vol. 30 (6), 141:1–141:12.
14. Tarini, M., Puppo, E., Panozzo, D., Pietroni, N., Cignoni, P. 2011. “Simple quad domains for field aligned mesh parametrization”, ACM Trans. Graph., vol. 30 (6), 142:1–142:12.
15. Myles, A., Pietroni, N., Kovacs, D., Zorin, D. 2010. “Feature-aligned t-meshes”, ACM Trans. Graph., vol. 29 (4), p. 1–11.
16. Eppstein, D., Goodrich, M. T., Kim, E., Tamstorf, R. 2008. “Motorcycle graphs: canonical quad mesh partitioning”, Eurographics Symposium on Geometry Processing, vol. 27 (5), p. 1477–1486.
17. Gunpinar, E., Moriguchi, M., Suzuki, H., Ohtake, Y. 2014. "Feature-aware partitions from motorcycle graph", Computer-Aided Design, vol. 47, p. 85–95.
18. Gunpinar, E., Moriguchi, M., Suzuki, H., Ohtake, Y. 2014. "Motorcycle graph enumeration from quadrilateral meshes for reverse engineering", Computer-Aided Design, vol. 55, p. 64–80.
19. Rhee, S., Gunpinar, E., Kim, S., Cha, C., Hwan, S. 2007. "Modeling method of 3D closed space using 3D measurement tool", Korean Intellectual Property Office (KIPO), Application No: 1020070119745.
20. Gunpinar, E. , Rhee, S., Kwon, K., Park, J. 2011. "Assembly prediction system and method of curved plates", Korean Intellectual Property Office (KIPO), Application No: 1020100008761.
21. Kwon, K., Gunpinar, E., Rhee, S., Park, J., Park, Y. 2009. "Method and apparatus for measuring plate position", Korean Intellectual Property Office (KIPO), Application No: 1020090067471.
22. Bénière, R., Subsol, G., Gesquière, G., Breton, F. L., Puecha, W. 2013. ”A comprehensive process of reverse engineering from 3D meshes to CAD models”, Computer- Aided Design 45, 1382–1393.
23. Benko, P., Varady, T. 2002. "Direct segmentation of smooth, multiple point regions", Geometric Modeling and Processing, 2002. Proceedings, 169-178.
24. Benko, P., Martin, R. R., Varady, T. 2001. "Algorithms for reverse engineering boundary representation models", Computer-Aided Design, 33/11, 839–851.
25. Attene, M., Falcidieno, B., Spagnuolo, M. 2006. "Hierarchical mesh segmentation based on fitting primitives", The Visual Computer, 22/ 3, 181-193.
26. Yana D. M., Wang, W., Liu, Y., Yang, Z. 2012. "Variational mesh segmentation via quadric surface fitting", Computer-Aided Design 44, 1072–1082.
27. Lloyd SP. 1982. “Least square quantization in PCM”, IEEE Transactions on Inform Theory, 28, 129–137.