framework/cg/README.md

CAD-модуль

Модуль реализован на API FreeCAD. Директория разработки freecad.

CG-модуль

Модуль реализован на API Blender. Директория разработки blender.

Интерфейс между CAD-модулем и CG-модулем передает:

• Имя детали. Это лейбл детали, имя заданное и читаемое человеком в CAD среде.
• Тип детали. Тип может быть: твердотельным объектом, полигональным объектом, системой координат, элементом иерархии сброрки.
• BREP формула (для твердотельных объектов).
• Массив точек (для полигональных объектов).
• Локальные трансформации объекта. Перемещение, вращение, масштаб.
• Линейная иерархия объекта. Цепочка-список родитель-потомок.
• Материал объекта и его свойства.

Интерфейс между CAD-модулем и CG-модулем может передавать данные:

• В виде массива точек; процедура тесселяции (BREP -> массив точек) выполняется на API CAD-модуля. CAD-модуль имеет встроенные средства тесселяции.
• В виде BREP формулы; процедура тесселяции (BREP -> массив точек) выполняется на АPI CG-модуля. CG-модуль использует OCCT/FreeCAD.

Передача 3д-моделей из CAD в CG.

Реализовано скриптами cg/freecad/utils/freecad_to_json.py cg/blender/import_cad.

Задачи по передаче:

• Имени детали. Это лейбл детали, имя заданное и читаемое человеком в CAD среде.
• Типа детали. Тип может быть: твердотельным объектом, полигональным объектом, системой координат, элементом иерархии сброрки.
• BREP формулу (для твердотельных объектов).
• Массива точек (для полигональных объектов), по результату тесселяции BREP объектов по заданным параметрам.
• Локальные трансформации объекта. Перемещение, вращение, масштаб.
• Линейную иерархия объекта. Цепочка-список родитель-потомок.
• Данных материала объекта и его свойства в PBR представление.

Проблемы и решения процедуры тесселяции (для всех API платформ):

• Вытянутые полигоны.

  

  • Проблемы: вытянутые полигоны могут вызвать как эстетические, так и технологические артефакты:

    • артефакт затенения меша, артефакт при запекании текстуры, мерцание;
    • заедание фрезы, путь которой прерываеться на каждой грани (фреза может перепрыгнуть или пропустить участок), вплоть до порчи заготовки и поломки фрезы.

  • Решение: увеличить уровень детализации при тесселяции и впоследствие оптимизировать меш до исходного уровня на этапе ретопологии.

    

• Полигоны с площадью, стремящейся к нулю.

  

  • Проблемы: те же, что и у вытянутых полигонов

  • Решение: слить близлежащие точки воедино (большое значение радиуса слияния точек может нарушить геометрию, мы применяем безопасное значение 0.01 мм)

• Тонкие (острые) элементы.

  

  • Проблемы: вытянутые полигоны могут вызвать как эстетические, так и технологические артефакты:

    • артефакты при слиянии точек (называемые non-manifold);
    • артефакты при запекании текстур, если тонкий элемент меньше допуска запекания;
    • низкая прочтость и поломка заготовки при производстве.

  • Решение: избегать тонких элементов при проектировании, делать элементы отдельными составными частями, возможно из другого, более прочного материала.

• Вывернутые наизнанку полигоны.

  

  • Проблемы: вывернутые наизнанку полигоны нарушают твердотельность детали

  • Решение: пересчитать нормали полигонов.

• Разрывы поверхностей.

  Отсутствие отдельных полигонов, дырки. Так же визуально артефакт может быть незаметен у близко расположенных точек полигона. Полигон может быть отдельным куском поверхности.

  • Проблемы: те же, что и у полигонов с площадью, стремящейся к нулю.

  • Решение: то же, что и у полигонов с площадью, стремящейся к нулю.

Полигональное моделирование/преобразование меш объектов.

Реализовано скриптами cg/blender/processing, для решения задач:

• перестроение иерархии сцены по данным разметки FreeCAD сцены (LCS точек) cg/blender/processing/restruct_hierarchy_by_lcs.py,
• группировка жестко собранных деталей в группы cg/blender/processing/highpoly_setup.py,
• объединение групп в монолитные модели для экспорта в Gazebo cg/blender/processing/midpoly_setup.py,
• генерация оптимизированных моделей cg/blender/processing/lowpoly_setup.py,
• развертка оптимизированных моделей cg/blender/processing/uv_setup.py.

Запекание текстуры меш объектов.

Реализовано скриптами cg/blender/texturing, для решения задач:

• подготовка очереди процесса запекания текстур cg/blender/texturing/bake_submitter.py,
• обработка запеченных текстур cg/blender/texturing/composing.py,
• сборка CG ассетов из объектов и текстур cg/blender/texturing/shading.py.

Экспорт полигональных объектов с текстурами в универсальные форматы.

Реализовано скриптами cg/blender/export, для решения задач экспорта в форматы: fbx, dae, stl, ply (и др. поддерживаемых API Blender).

Аддоны для прикладного использования.

Реализовано скриптами cg/blender/scripts

• BakeWrangler - аддон запекания текстур,
• Robossembler - аддон для генерации JSON описания сцены.