[pt] Modelos CAD 3D são ferramentas utilizadas na indústria para planejamento e simulações antes da construção ou realização de tarefas. Em muitos casos, como por exemplo na indústria de óleo e gás, esses modelos podem ser massivos, ou seja, possuem informações detalhadas em larga escala no intuito de que sejam fontes de informações precisas. Para obtenção de navegação interativa nesses modelos é necessária uma combinação de hardware e software adequados. Mesmo hoje com GPUs mais modernas, a renderização direta desses modelos não é eficiente, sendo necessárias abordagens clássicas como descarte de objetos não visíveis e LOD antes de enviar os dados à GPU. Logo, para renderização em tempo real de modelos CAD massivos são necessários algoritmos e estruturas de dados escaláveis para processamento da cena de forma eficiente. O trabalho dessa tese propõe o MCAD (Massive Computer-Aided Design) Shape grammar, uma gramática expansiva que gera objetos para criar cenas 3D de modelos massivos de forma procedimental. Nos últimos anos, modelagem procedimental tem ganhado atenção para criar cenas 3D rapidamente utilizando uma representação compacta, que armazena regras de geração ao invés de representação explícita da cena. MCAD Shape grammar explora repetições e padrões presentes em modelos massivos para renderização de cenas, reduzindo o consumo de memória e processando a cena procedimentalmente de forma eficiente. Convertemos modelos reais de refinarias em MCAD Shape grammar e implementamos um renderizador para os mesmos. Os resultados mostraram que esta solução é escalável com alto desempenho, além de ser a primeira vez que modelagem procedimental é utilizada nesse domínio. / [en] 3D CAD models are tools used in the industry for planning and simulations before construction or completion of tasks. In many cases, such as in the oil and gas industry, these models can be massive, that is, they have large-scale detailed information in order to be sources of accurate information. Interactive navigation in these models requires a combination of appropriate hardware and software. Even nowadays with modern GPUs, the direct rendering of these models is not efficient, requiring classic approaches such as culling non-visible objects and LOD before sending the data to the GPU. Therefore, for real-time rendering of massive CAD models, we need scalable algorithms and data structures to efficiently process the scene. The work of this thesis proposes MCAD (Massive Computer-Aided Design) Shape grammar, an expansive grammar that procedurally generates objects to create 3D scenes of massive models. In recent years procedural modeling has drawn attention for quickly creating 3D scenes using a compact representation, which stores generation rules rather than explicit representation of the scene. MCAD Shape grammar explores repetitions and patterns present in massive models for rendering scenes, reducing memory footprint and procedurally processing the scene efficiently. We converted real refinery models into MCAD Shape grammar and implemented a renderer for them. Results showed that our solution is scalable with high performance, also it is the first time that procedural modeling is used in this domain.

[pt] Modelos CAD 3D ricos em dados são essenciais durante os diferentes estágios do ciclo de vida de projetos de engenharia. Devido à recente popularização da metodologia Modelagem de Informação da Construção e do uso de Gêmeos Digitais para a manufatura inteligente, a quantidade de detalhes, o tamanho, e a complexidade desses modelos aumentaram significativamente. Apesar desses modelos serem compostos de várias geometrias repetidas, os softwares de projeto de plantas geralmente não proveem nenhuma informação de instanciação. Trabalhos anteriores demonstraram que removendo a redundância na representação dos modelos CAD 3D reduz significativamente o armazenamento e requisição de memória deles, ao passo que facilita otimizações de renderização. Este trabalho propõe um arcabouço para correspondência de formas baseado em aprendizado profundo que minimiza as informações redundantes de um modelo CAD 3D a esse respeito. Nos apoiamos nos avanços recentes no processamento profundo de nuvens de pontos, superando desvantagens de trabalhos anteriores, como a forte dependencia da ordenação dos vértices e topologia das malhas de triângulos. O arcabouço desenvolvido utiliza nuvens de pontos uniformemente amostradas para identificar similaridades entre malhas em modelos CAD 3D e computam uma matriz de transformação afim ótima para instancia-las. Resultados em modelos CAD 3D reais demonstram o valor do arcabouço proposto. O procedimento de registro de nuvem de pontos desenvolvido atinge um erro de superfície menor, ao mesmo tempo que executa mais rápido que abordagens anteriores. A abordagem supervisionada de classificação desenvolvida antinge resultados equivalentes em comparação com métodos limitados anteriores e os superou significativamente num cenário de embaralhamento de vértices. Propomos também uma abordagem auto-supervisionada que agrupa malhas semelhantes e supera a necessidade de rotular explicitamente as geometrias no modelo CAD 3D. Este método auto-supervisionado obtém resultados competitivos quando comparados às abordagens anteriores, até mesmo superando-as em determinados cenários. / [en] Data-rich 3D CAD models are essential during different life-cycle stages of engineering projects. Due to the recent popularization of Build Information Modeling methodology and the use of Digital Twins for intelligent manufacturing, the amount of detail, size, and complexity of these models have significantly increased. Although these models are composed of several repeated geometries, plant-design software usually does not provide any instancing information. Previous works have shown that removing redundancy in the representation of 3D CAD models significantly reduces their storage and memory requirements, whilst facilitating rendering optimizations. This work proposes a deep-learning-based shape-matching framework that minimizes a 3D CAD model s redundant information in this regard. We rely on recent advances in the deep processing of point clouds, overcoming drawbacks from previous work, such as heavy dependency on vertex ordering and topology of triangle meshes. The developed framework uses uniformly sampled point clouds to identify similarities among meshes in 3D CAD models and computes an optimal affine transformation matrix to instantiate them. Results on actual 3D CAD models demonstrate the value of the proposed framework. The developed point-cloud-registration procedure achieves a lower surface error while also performing faster than previous approaches. The developed supervised-classification approach achieves equivalent results compared to earlier, limited methods and significantly outperformed them in a vertex shuffling scenario. We also propose a selfsupervised approach that clusters similar meshes and overcomes the need for explicitly labeling geometries in the 3D CAD model. This self-supervised method obtains competitive results when compared to previous approaches, even outperforming them in certain scenarios.

This thesis addresses the problem of constructing 3D CAD models from 2D engineering drawings of the object. Procedures for each step in the popular bottom-up approach are described. In each of the steps in this approach, the capability is extended to handle classes of parts not handled by present art. These include auxiliary views, parts with curved entities that are inclined to all viewing directions, and views that result in non-manifold edges in the surface model. In addition this thesis also presents procedures to extract features from the solid model constructed so that the 3D model can be manipulated and modified within current CAD systems. In order to enable extracting the construction history, detecting symmetry in the part is essential. This thesis presents an algorithm to detect symmetry (both global and partial) in the part given the solid model of the part. Working of the procedures is illustrated using benchmark parts from the literature. The thesis concludes with a discussion on scope for further work.