Μορφοποίηση πιστών αντιγράφων αρχαίων αντικειμένων με εφαρμογή μεθόδων αντίστροφης μηχανολογίας και ταχείας πρωτοτυποποίησης
Authors: Βαρύτης Εμμανουήλ 
Published: January 2014

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η ανάπτυξη και εφαρμογή αλγορίθμων για την επίλυση σημαντικών προβλημάτων που εμφανίζονται στη μοντελοποίηση αντικειμένων με διαδικασίες αντίστροφης μηχανολογίας, όπως είναι η αυτόματη συνένωση δύο ή και περισσοτέρων νεφών σημείων και η απόκτηση και βελτίωση της ηλεκτρονικής γεωμετρίας αντικειμένων από ένα μικρό πλήθος σημείων που προέρχονται από μετρήσεις (όπως π.χ. σε τρισδιάστατη μετρητική μηχανή CMM). Η συνένωση δύο ή και περισσοτέρων νεφών σημείων, αποτελεί μια αρκετά επίπονη διαδικασία και απαιτεί πολύ χρόνο και εμπειρία του χρήστη για να επιτευχθεί σωστά. Για την επίλυση του προβλήματος αυτού, εφαρμόστηκε ένας υβριδικός αλγόριθμος που συνδυάζει έναν γενετικό αλγόριθμο, μια μέθοδο αναρρίχησης quasi-Newton και μια μέθοδο ελέγχου των ορίων των μεταβλητών. Κατά την εφαρμογή του ελέγχθηκε σε διάφορα προβλήματα συνένωσης νεφών σημείων, όπου εκμεταλλευόμενος τα πλεονεκτήματα των επιμέρους μεθοδολογιών, πέτυχε τον προσδιορισμό βέλτιστων λύσεων στο πρόβλημα που προαναφέρθηκε. Ο συγκεκριμένος αλγόριθμος είναι πλήρως αυτοματοποιημένος και εύχρηστος, έτσι ώστε να μπορεί να εφαρμοστεί και από νέους χρήστες, χωρίς να επηρεάζεται η ποιότητα του τελικού αποτελέσματος, παρέχοντας λύση σε μικρό χρονικό διάστημα. Ο προτεινόμενος αλγόριθμος μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την εξακρίβωση της κατασκευαστικής ακρίβειας ενός αντικειμένου, συγκρίνοντας το CΑD-μοντέλο με το αντικείμενο που κατασκευάστηκε. Αναφορικά με τη διαδικασία μοντελοποίησης της εξωτερικής γεωμετρίας αντικειμένων από ένα μικρό πλήθος σημείων, τα οποία αποκτώνται π.χ. από μια 3D μετρητική μηχανή (CMM), αναπτύχθηκε ένας αλγόριθμος για την προσέγγιση μέσω καμπύλων των μετρούμενων σημείων και κατ’ επέκταση της επιφάνειας, παρακάμπτοντας την κλασική διαδικασία που χρησιμοποιείται στα περισσότερα λογισμικά πακέτα επεξεργασίας νεφών σημείων μεγάλου όγκου δεδομένων, η οποία περιλαμβάνει τη δημιουργία τριγωνικών δομικών στοιχείων και την επεξεργασία τους για την απόκτηση της τελικής εξωτερικής γεωμετρίας του αντικειμένου. Οι καμπύλες που χρησιμοποιούνται είναι πολυωνυμικής μορφής 3ου βαθμού. Η μέθοδος αυτή υπερτερεί συγκριτικά με την κλασική μέθοδο σε πολλά σημεία. Αναφορικά, η εφαρμογή της μεθόδου για τη δημιουργία του ηλεκτρονικού μοντέλου δεν απαιτεί ιδιαίτερη επεξεργασία και εμπειρία του χρήστη και η τελική επιφάνεια είναι καλύτερης ποιότητας. Η επίτευξη της μέγιστης ακρίβειας της τελικής μορφής του αντικειμένου επιτυγχάνεται μέσω επεξεργασίας των καμπυλών και όχι των τριγωνικών στοιχείων. Παράλληλα, παρουσιάζονται μεθοδολογίες για την παραγωγή πιστών πλαστικών και μεταλλικών αντιγράφων των αρχαιολογικών αντικειμένων που κατασκευάστηκαν με τη βοήθεια τεχνικών ταχείας πρωτοτυποποίησης. Η ταχεία πρωτοτυποποίηση χρησιμοποιείται στην παρούσα εργασία τόσο για την απευθείας παραγωγή αντιγράφων από πλαστικό ή κερί όσο και για την παραγωγή καλουπιών στα οποία γίνεται χύτευση μεταλλικών αντικειμένων. Η διερεύνηση του τρόπου μορφοποίησης, κατασκευής και λειτουργίας των αρχαίων αυτών αντικειμένων μέσω μεθόδων αντίστροφης μηχανολογίας και προσομοίωσης με πεπερασμένα στοιχεία (FEM) φανερώνει την πολύ υψηλή τεχνική κατάρτιση κατά την αρχαιότητα. Το κολποσκόπιο π.χ. που βρέθηκε στο Δίον είναι ένας πολύπλοκος μηχανισμός. Ακόμα και σήμερα η κατασκευή του παρουσιάζει πολλές δυσκολίες. Παράλληλα η δημιουργία των αντιγράφων των αρχαίων αντικειμένων με καινοτόμες διαδικασίες, είχε ως αποτέλεσμα την ανάδειξη των ευρημάτων και τη γνωστοποίηση τους, μέσω μιας σειράς εκθέσεων και διαλέξεων.