Wie Sie „non-manifold“ Geometrien korrigieren

Einleitung

Was ist eine „non-manifold“ Geometrie?

Eine „non-manifold“ Geometrie ist eine 3D-Form, die nicht in eine 2D-Fläche aufgefaltet werden kann, bei der alle Normalvektoren in dieselbe Richtung zeigen.

Die Normale ist ein Vektor, der senkrecht zur Oberfläche eines Objekts steht. Bei der 3D-Modellierung sind Normalen Parameter, die der Konstrukteur manuell einstellt oder automatisch von der Software definiert werden.

Das folgende Bild zeigt auf anschauliche Weise, was eine Normale ist.

Ein Vektorfeld von Normalen auf einer Fläche – Bild von Wikipedia

Das ist ein Fehler, der häufig bei der Erstellung eines digitalen Objekts auftreten kann. Dies liegt daran, dass bei der Erstellung eines 3D-Modells einige Arbeiten möglicherweise nicht verbundene Flächen erzeugen oder eine Fläche teilen. Es kann auch vorkommen, dass aneinander befestigte Flächen mit einem einzelnen Punkt und nicht mit einer einzelnen Kante verbunden sind. Dadurch erhalten Sie eine „non-manifold“ Kante. Darüber hinaus sollten Fehler, die eine Form ohne Volumen erzeugen, behoben oder komplett beseitigt werden. Wenn Sie sich in der 3D-Modellierungssoftware befinden, sind diese Arten von Fehlern möglicherweise nicht sichtbar, da Sie mit der Form und dem Volumen des 3D-Modells als Ganzes arbeiten. Beim 3D-Rendering wird das 3D-Modell jedoch in ein 3D-Rahmenmodell umgewandelt. Während dieses Vorgangs werden die Kanten und Scheitelpunkte festgelegt und das Objekt wird als eine Reihe von Linien an der Stelle jeder einzelnen Kante gezeichnet.

Enthält ein 3D-Modell also „non-manifold“ Modellierungsfehler, wird es beim Rendern der 3D-Datei anders aussehen. Wenn das Drahtgitter nicht genau bestimmt ist, hat die Software des 3D-Druckers Schwierigkeiten, die Datei zu lesen. Das kann dazu führen, dass das Objekt möglicherweise nicht gedruckt werden kann.

Warum Sie für den 3D-Druck „manifold meshes“ benötigen

Ohne sehr technisch zu werden, ist eine „non-manifold“ Geometrie eine Geometrie, die in der realen Welt nicht existieren kann. Das bedeutet, dass ein 3D-Modell digital dargestellt werden kann, aber es gibt keine Geometrie in der realen Welt, die es physisch unterstützen könnte. Da das Netz des 3D-Modells durch Kanten, Flächen und Scheitelpunkte definiert ist, muss es manifold sein. Wenn es sich um ein „non-manifold“ Mesh handelt, bedeutet dies, dass es Fehler im 3D-Modell gibt, welche die Geometrie des 3D-Modells nicht präzise definieren können. Für den Druckvorgang liest die Software des 3D-Druckers die genaue geometrische Darstellung eines Modells. Enthält die 3D-Konstruktion also „non-manifold“ Modellierungsfehler, die diese Präzision der Geometrie verhindern, wird die 3D-Datei vom Drucker nicht erkannt und folglich wird das 3D-Modell auch nicht gedruckt.

Wie man „non-manifold“ Geometrien repariert

Typ des „non-manifold“ Fehlers Nr. 1: Vielfach verbundene Geometrie

Die Form im Bild unten stellt eine typische „non-manifold“ Geometrie dar, die Sie auch als “T-Typ” finden können. In diesem Fall gibt es drei Flächen, die sich eine einzige Kante teilen.

Das Korrigieren solcher „non-manifold“ Fehler ist einfach: Sie sollten die „non-manifold“ Fläche eliminieren, indem Sie ihr entweder Volumen geben oder sie komplett löschen.

Typ des „non-manifold“ Fehlers Nr. 2: Mehrere Flächen, die mit einem einzigen Scheitelpunkt verbunden sind

Im folgenden Bild sehen wir eine weitere häufige „non-manifold“ Geometrie, die oft als “Bogen-Typ” bezeichnet wird. In diesem Fall sind mehr als zwei Flächen mit einem Scheitelpunkt verbunden. Dies ist praktisch nicht möglich, da es nicht mehrere Flächen geben kann, die einen gemeinsamen Scheitelpunkt, aber keine Kante haben.

Non-manifold error for multiple surfaces connected to a vertex

Dieser Fehler könnte behoben werden, indem man entweder die Würfel voneinander trennt oder einen der Würfel komplett löscht.

Typ des „non-manifold“ Fehlers Nr. 3: Offene Objekte

Dieses Modell stellt einen Würfel mit Flächen ohne Volumen dar, außerdem fehlen zwei Flächen. In der realen Welt kann dieses Modell so nicht existieren.

Non-manifold geometry error open objects

Um diese Geometrie zu korrigieren, haben Sie zwei Alternativen. Entweder Sie passen die Wandstärke des Quaders an oder Sie schließen den Quader, indem Sie zwei neue Flächen hinzufügen. In beiden Fällen hat der Würfel ein gültiges Volumen und er kann 3D-gedruckt werden.

Typ des „non-manifold“ Fehlers Nr. 4: Interne Flächen

Im folgenden Bild sehen wir das Drahtgitter eines Würfels. Aus dieser Perspektive sehen wir eine Innenfläche, die völlig unnötig ist.

Non-manifold geometry error internal faces

Dieser Fehler kann leicht behoben werden, indem Sie einfach die interne Fläche löschen. Wenn Sie diese Fläche nicht löschen, wird die Software des 3D-Druckers Schwierigkeiten haben, Ihre Datei zu lesen.

Typ des „non-manifold“ Fehlers Nr. 5: Entgegengesetzte Normalen

In diesem Beispiel sehen wir eine einzelne Form mit zwei benachbarten Flächen, die entgegengesetzte Normalen haben. Dieser Fehler ist schwer zu erkennen, da er der am wenigsten offensichtliche ist.

Sobald Sie den Fehler entdeckt haben, können Sie ihn leicht beheben, indem Sie die Normalen einfach umkehren, so dass sie in die gleiche Richtung zeigen.

Stellen Sie sicher, dass Ihr 3D-Modell 3D-gedruckt werden kann

Um einen erfolgreichen 3D-Druck zu gewährleisten, sollten Sie sicherstellen, dass Ihre 3D-Datei keine „non-manifold“ Fehler enthält. Bei Sculpteo wissen wir, dass der Einstieg in die 3D-Modellierung für die additive Fertigung nicht einfach ist. Deshalb haben wir viele Tutorials erstellt, wie Sie Ihre 3D-Datei für den 3D-Druck korrigieren können.

Einige von ihnen enthalten Anleitungen, wie man mit einer bestimmten Software, wie z.B. mit Rhinoceros Software, SpaceClaim Software oder Autodesk Inventor Software, eine korrekte Verteilergeometrie erstellt. Wir zeigen Ihnen auch, wie Sie „non-manifold“ Geometrien mit Autodesk Alias Software, Catia Software und Blender Software reparieren können.

Photo Credits: Blender

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