Guide - Programmation et Développement application de modélisation 3D et traitement numerique
Qu'est ce que la modélisation ?
La modélisation 3D est la création d’objets tridimensionnels à l’intérieur d’un logiciel de simulation. Elle trouve application dans de nombreux domaines. En particulier : le cinéma, le jeu vidéo, l'architecture, l'ingénierie et le médical.
Box Modeling
Le Box Modeling est l’une des techniques de modélisation 3D la plus couramment utilisée. Elle est appelée ainsi car un modèle est créé en manipulant un ensemble de cubes pour créer la forme souhaitée.
Cette technique est utilisée pour créer des formes organiques et permet facilement d’ajouter des détails tels que des bosses, des trous et des creux. Elle s'avère également très efficace pour créer un modèle à partir d’un ensemble d’images de référence.
Modélisation Surfacique
La Modélisation Surfacique utilise des équations mathématiques pour créer une surface ou un objet lisse et incurvé. Elle est particulièrement adapté au design industriel et donc privilégié dans l'industrie automobile et aérospatiale, pour créer des prototypes ou des modèles virtuels. Elle peut également être utilisé pour créer des formes organiques tel qu'un visage.
Solid Modeling
Le Solid Modeling ou Modélisation Volumique utilise des données mathématiques et géométriques pour représenter et manipuler un objet ou une scène 3D. En d'autres termes, elle emploie des équations mathématiques pour décrire la forme et le comportement d’un objet solide, tel qu’un cube, un cylindre, une sphère ou un cône. Elle est très efficace pour créer des modèles réalistes d’objets tels que des bâtiments, des personnages et des environnements.
Modélisation Polygonale
La modélisation polygonale est une technique permettant de décrire des objets en les représentant comme une collection de polygones. Ceux-ci sont connectés de bord à bord, afin de former une surface unique qui définit un objet solide dans l’espace 3D. Elle est bien adaptée à la modélisation d’objets avec des surfaces planes. Cependant, elle a aussi ses inconvénients, comme la difficulté de représenter des surfaces courbes.
Modélisation implicite
La modélisation implicite décrit par une fonction mathématique des solides en 3 dimensions. C’est un moyen beaucoup plus efficace et moins coûteux que le Box modeling ou la modélisation polygonale de modéliser la géométrie. En effet, il ne calcule pas explicitement les arêtes ou les sommets. Au lieu de cela, une seule fonction mathématique de x, y et z est utilisée pour décrire un solide 3D.
Si le développement de la technologie paraît relativement récent, des méthodes de représentation implicite existent depuis les années 60.
Tous les moteurs implicites se valent-ils ?
La qualité d’un moteur de modélisation implicite réside dans les algorithmes qui déterminent comment des points de données connus sont utilisés pour estimer des points de données inconnus, afin de créer des surfaces. L'utilisation des fonctions de base radiale est la méthode principale pour réaliser ses calculs, mais elles ont leurs limites.
Modification CAO
CAO signifie "conception assistée par ordinateur" et fait référence à l'utilisation d'outils logiciels pour aider à la conception et à l'ingénierie de produits, processus et systèmes. Ces outils peuvent inclure des logiciels de modélisation, de simulation et d'analyse 3D qui peuvent aider à optimiser les performances, les coûts et la sécurité d'une large gamme de produits et de systèmes.
La conception CAO est utile dans une variété d'industries, telles que l'automobile, l'aérospatiale, la construction et les biens de consommation. Ces progiciels peuvent vous aider dans des tâches telles que la conception de produits, le prototypage et les tests. Ils peuvent également être utilisés pour créer des dessins techniques détaillés, des animations et des simulations qui aident à communiquer les concepts de conception et les spécifications aux ingénieurs, clients et autres parties prenantes.
Reconstruction des volumes
La reconstruction volumique est une technique utilisée pour créer une représentation 3D d'un objet ou d'une scène à partir d'une série d'images 2D. Ce processus peut être utilisé pour créer des modèles 3D pour un large éventail d'applications, telles que l'imagerie médicale, l'infographie et l'inspection industrielle.
En imagerie médicale, la reconstruction volumique est utilisée pour créer des images 3D d'organes internes, d'os et d'autres structures à l'aide de données provenant de tomographes ou d'IRM. Ces images peuvent être utilisées pour diagnostiquer et planifier le traitement d'un large éventail de conditions, telles que le cancer, les maladies cardiaques et les troubles cérébraux.
En infographie, la reconstruction de volume est utilisée pour créer des modèles 3D de personnages, d'accessoires et d'environnements pour des films d'animation, des jeux vidéo et d'autres effets visuels. Ces modèles peuvent être utilisés pour créer des animations, des simulations et des visualisations réalistes.
Dans l'inspection industrielle, la reconstruction volumique est utilisée pour créer des modèles 3D de pièces et de composants pour le contrôle qualité, l'assurance qualité et la rétro-ingénierie. Ces modèles peuvent être utilisés pour mesurer les dimensions, identifier les défauts et optimiser les performances.
La reconstruction du volume peut être effectuée à l'aide de diverses techniques telles que la tomodensitométrie, l'IRM, l'échographie et la reconstruction stéréo. Différentes techniques ont des capacités différentes et sont utilisées dans différents domaines en conséquence.
Optimisation topologique
L'optimisation topologique est une technique de calcul utilisée pour optimiser la conception des structures et des pièces mécaniques. L'objectif est de trouver la disposition optimale du matériau dans un espace de conception donné, tout en satisfaisant certaines contraintes telles que la résistance, le poids et le coût.
Le processus d'optimisation topologique implique généralement la création d'un modèle numérique de la structure ou de la pièce à optimiser, puis l'utilisation d'algorithmes mathématiques pour trouver la distribution de matériau la plus efficace. L'algorithme commence par une conception initiale et supprime ou ajoute de manière itérative du matériel en fonction des résultats des simulations et de l'analyse. Le processus est répété jusqu'à ce qu'une solution optimale soit trouvée.
L'optimisation topologique peut être appliquée à un large éventail de problèmes de conception, tels que :
- Structures : bâtiments, ponts, avions, etc.
- Pièces mécaniques : engrenages, composants du moteur, etc.
- Implants médicaux : échafaudages osseux, etc.
Il est principalement utilisé dans les domaines du génie mécanique et du génie civil, mais il a également trouvé une application dans d'autres domaines tels que l'aérospatiale, l'automobile, le biomédical et bien d'autres.
C'est un outil puissant pour réduire le poids et améliorer les performances des structures et des pièces, tout en réduisant la consommation de matériaux et les coûts.
L'intelligence artificielle dans la modélisation
L'IA peut être utilisée pour aider à la modélisation 3D de plusieurs manières. Une façon consiste à utiliser la conception générative, où les algorithmes d'IA peuvent être utilisés pour générer plusieurs options de conception basées sur un ensemble de contraintes et d'objectifs. Une autre façon consiste à utiliser la sculpture assistée par l'IA, où des algorithmes d'IA peuvent être utilisés pour aider les artistes à créer et à affiner des modèles 3D. L'IA peut également être utilisée dans le processus d'animation, comme la capture de mouvement et l'animation basée sur la physique. De plus, l'IA peut être utilisée dans la numérisation 3D, comme la photogrammétrie, pour créer des modèles 3D à partir d'objets ou d'environnements du monde réel.
Analyse et contrôle automatisé
Génération automatique de pièces
Préparation à la fabrication
Les objets sont imprimés en 3D à partir d'un logiciel en convertissant un modèle 3D dans un format lisible par une imprimante 3D. Le processus comprend généralement les étapes suivantes :
- Création d'un modèle 3D : Un modèle 3D est créé à l'aide d'un logiciel de modélisation 3D, tel qu'AutoCAD, Blender ou SketchUp.
- Exportation du modèle : Le modèle est exporté dans un format lisible par une imprimante 3D, comme STL ou OBJ.
- Découpage du modèle : le modèle 3D est ensuite importé dans un logiciel de découpage, qui convertit le modèle en une série de coupes transversales 2D ou "tranches" que l'imprimante 3D peut comprendre.
- Préparation de l'imprimante : L'imprimante est préparée pour le processus d'impression en chargeant les matériaux appropriés, tels que le plastique ou la résine.
- Impression de l'objet : L'imprimante 3D lit le modèle tranché et construit l'objet couche par couche, en utilisant le matériau approprié.
- Post-traitement : Après l'impression, l'objet peut nécessiter un post-traitement, tel que le ponçage ou la peinture, pour obtenir la finition souhaitée.
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