逆向工程三維建模關(guān)鍵技術(shù)

1、制力/學寧波理工學院逆向工程與快速原型技術(shù)（綜合技能訓練及評價）目逆向工程三維建模關(guān)鍵技術(shù)綜合創(chuàng)新訓練名*號*專業(yè)班級機制*授課教師*分院機電與能源工程分院完成日期*年*月*日緒論3.0.1什么是逆向工程3.1.2逆向工程的基本操作步驟3.第一章點云擺正綜合練習4.1.1 目的和意義4.1.2 點云數(shù)據(jù)擺正的原理及實現(xiàn)流程41.3 點云數(shù)據(jù)擺正綜合練習及具體實現(xiàn)步驟4第二章逆向建模特征線構(gòu)建技術(shù)152.1 目的和意義152.2 曲面對齊與拼接的原理及實現(xiàn)流程.152.3 曲面對齊與拼接綜合練習及具體實現(xiàn)步驟153.1 目的和意義323.2 曲線構(gòu)建的原理及實現(xiàn)流程323.3 曲線構(gòu)建及具體實現(xiàn)

2、步驟324.1 目的和意義364.2 曲面重構(gòu)的原理及實現(xiàn)流程.364.3 點云拼接綜合練習及具體實現(xiàn)步驟36第五章:點云數(shù)據(jù)修補綜合練習.415.1 目的和意義415.2 曲面重構(gòu)的原理及實現(xiàn)流程.415.3 點云拼接綜合練習及具體實現(xiàn)步驟.41第六章總結(jié)與反思49緒論0.1什么是逆向工程逆向工程技術(shù)與傳統(tǒng)的產(chǎn)品正向設(shè)計方法不同，逆向工程是對已有的產(chǎn)品零件或原型進行CA限型重建，即對已有的零件或?qū)嵨镌停萌S數(shù)字化測量設(shè)備準確的、快速的測量出實物表面的三維坐標點，并根據(jù)這些坐標點通過三維幾何建模方法重建實物CADI型的過程，它屬于產(chǎn)品導(dǎo)向(productoriented)逆向工程不是簡單

3、的再現(xiàn)產(chǎn)品原型，而是技術(shù)消化、吸收，進一步改進、提高產(chǎn)品原型的重要技術(shù)手段；是產(chǎn)品快速創(chuàng)新開發(fā)的重要途徑。通過逆向工程掌握產(chǎn)品的設(shè)計思想屬于功能向?qū)А?.2逆向工程的基本操作步驟L.y-r.4efitMTWirwTrjfcjrfliMi第一章點云擺正綜合練習（以小女孩為例）1.1目的和意義逆向工程技術(shù)與傳統(tǒng)的產(chǎn)品正向設(shè)計方法不同，逆向工程技術(shù)第一步是點云獲取。通常是利用測量設(shè)備對零件表面進行數(shù)據(jù)采樣。數(shù)據(jù)獲取是向逆向工程軟件準備建模的基礎(chǔ)，獲取數(shù)據(jù)的點云會直接影響到后續(xù)的曲面重構(gòu)質(zhì)量。點云獲取大致分為三種主流方法：1 .接觸式測量法：采用三坐標測量機進行數(shù)據(jù)采集，通過接觸，將信號傳遞到專用軟件

4、，主要有橋式、關(guān)節(jié)臂式、龍門式、懸臂式等。2 .非接觸式測量法：采用光學測量技術(shù)進行數(shù)據(jù)采集，主要有激光掃描法、白色光柵編碼法、相位輪廓法、彩色激光掃描法、陰影摩爾法等，常用系統(tǒng)：I.Comet測量系統(tǒng)2.ATOS測量系統(tǒng)3 .手持式三維數(shù)字掃描及測量系統(tǒng)HandyScan3.斷層數(shù)據(jù)測量方法，常用：1.CT測量法2.MRI測量法3.超聲波測量法4.層析掃描法等。由于逆向工程的特殊性，采集到的數(shù)據(jù)并不一定是正對著理想方向的，將增加下面的重構(gòu)以及CA編輯的難度，因此在采集完點云數(shù)據(jù)之后，就要第一時間進行擺正。1.2 點云數(shù)據(jù)擺正的原理及實現(xiàn)流程實物點云數(shù)據(jù)獲取一將點云數(shù)據(jù)導(dǎo)入IW一創(chuàng)建約束與底面

5、重合約束通過參照約束進行Y向?qū)φ晃⒄{(diào)增加精度1.3 點云數(shù)據(jù)擺正綜合練習及具體實現(xiàn)步驟點云數(shù)據(jù)擺正由ImagewareR13.2完成。1.:打開文件，點擊創(chuàng)建圓命令，中心坐標（0,0,0）,方向為Z軸，應(yīng)用2:作已創(chuàng)建的圓的法線，起點坐標圖1.10,0,0),方向為Z軸，應(yīng)用圖1.23:創(chuàng)建平面，以3點創(chuàng)建平面，3點位置選擇在小女孩雕像的底部，因為這個面相對平整。圖1.34:創(chuàng)建曲面法線圖1.45:創(chuàng)建群組，將生成的面、面的法線和小女孩生成一個群組。生成后它們合成一體，變成黃色。圖1.66:點擊根據(jù)特征定位工具，選用逐步，先配對方式選用點云，選擇配對的兩條線，點擊添加；再配對方式選用平面，選

6、擇配對的兩個面，點擊應(yīng)用。SWJ壟iEj里百曲MiVIB口I和伸IKBKi酉IE直K食,*見繇*管&S4蜜口,便力匕另今七"名簧份具總戲嵯70音（Q/笠而I陷潮處由1郎荷TSttSS*源.逐性%KmHk:WftiiiaMuBi時哀=$FihEam或出站W(wǎng)IDDDC>十*力妗mqg«¥7."a-曬而朔*EK*G!73Eft區(qū)中:需*KUEBrm七甲而方向CirdhCjm-口，*：!*aTL3K?f圖1.77:右擊小女孩，選擇取消群組。并將之前添加的線面都刪除08:創(chuàng)建一個圓，中心坐標（0,0,0）,方向為X軸，應(yīng)用。中心入0.0000iT0.

7、0000ZO.OOCO方向9XTZ苴它負半徑100.000Q圖1.99:右擊小女孩，選擇互動點云截圖命令。方式：三角形網(wǎng)格，選擇屏幕上的直線（先選一點+CTRL另一點），應(yīng)用。10:隱藏小女孩，出現(xiàn)截圖的點云圖1.1111:右擊點云，選擇圈選點云，保留點云：外側(cè)。圈選點云，應(yīng)用.12:最佳擬合定位：正確選擇移動物體，來源對象，目標對象。定位選擇：最佳可能的；定位方式：Z軸約束，應(yīng)用。機E立：國會逶”即32淌與勺。1K噩MS圖1.1313:刪除截圖點云數(shù)據(jù)以及圓圖1.1414:選擇直線命令，沿著底部畫一條直線PF圖1.16-F15:延伸命令，延伸畫好的直線，為了更好地區(qū)別直線與點云。i號限a16

8、:右擊空白區(qū)域，選擇鏡像顯示命令，鏡像直線。圖1.1717:點擊位移工具，選擇全部，沿著X方向移動，距離為1,通過多次移動調(diào)整點云到下圖。圖1.1818:點擊旋轉(zhuǎn)對象，選擇全部，旋轉(zhuǎn)軸方向選取次操作，實現(xiàn)直線與點云底部邊緣對齊。Z軸，角度定為0.5度，通過多圖1.1919:按F2,查看點云，點云擺正完成圖1.20第二章逆向建模特征線構(gòu)建技術(shù)（以鼠標為例）2.1 目的和意義對齊：將點云數(shù)據(jù)通過對齊合并命令實現(xiàn)成為一個有序的點云模型拼接：將瑕疵點云數(shù)據(jù)通過軟件處理進行修補的過程2.2 曲面對齊與拼接的原理及實現(xiàn)流程對齊的原理：通過選取同一個模型上兩個不同部分上的近似點，通過軟件識別并重組。拼接的原

9、理：將=不完整的模型通過軟件命令進行修改與完善，形成一個完整的模型對齊的實現(xiàn)流程：選擇材料一手動注冊（三點對齊）一全局對齊一合并數(shù)據(jù)拼接的實現(xiàn)流程：選擇材料一破損孔的孔填充一物體的局部平滑一裁剪無法單孔填充的2.3 曲面對齊與拼接綜合練習及具體實現(xiàn)步驟bottom>top和outline。方便區(qū)分1:打開鼠標文件，點擊圖層編輯，新建圖層內(nèi)容，可分別在不同的圖層下進行編輯。E作工口口回一而H回回回回回回回回0000bvtt？r!tffpoutline圖2.12:在outline的圖層下，點擊3D-B-樣條，沿著鼠標中間的線畫一條曲線，階數(shù)為4,應(yīng)用。圖層L2topoutlijieL1.MD

10、6J耀I密云一控舟葭名稱尊人圖I貓回回E1E1維璐回回回回赤5SSSS層切口口回口點源清諦匹保持您X軸,圖2.34:改變點顯示，點尺寸調(diào)大一點，便于后續(xù)操作。3:點擊曲線投影到點云，選擇點云和曲線，投影：在方向范圍內(nèi)；方向:點數(shù)量：50,應(yīng)用。X,勾5:隱藏鼠標點云；點擊鏡像，選擇剛生成的點云和鏡像平面，平面選擇選復(fù)制物件，應(yīng)用。圖2.56:合并點云，將鏡像得到的兩個點云曲線合并成一體。刪除原來的兩個點云曲線，保留生產(chǎn)的點云。7:將得到的點云按照最近點排序,圖2.78:點擊均勻曲線，選擇合并的點云，階數(shù)取4,跨度取14,起點終點固定，偏差計算，應(yīng)用。出現(xiàn)偏差計算對話框。按ctrl+M,關(guān)閉偏差

11、計算。圖2.99:刪除點云，保留曲線10:通過曲線上兩點畫直線飛儂IE1起I卜41,51到T|4工0653|Z0.00叩終克X46.8873Y467173Z0.0000應(yīng)用圖2.1111:曲線截斷，將曲線用點或者曲線來截斷，并保留兩端12:創(chuàng)建曲線約束，選擇剛剛截斷的兩條線，進行曲線約束，約束點控制在兩天曲線的接觸位置，應(yīng)用。圖2.1313:工作圖層選擇bottom圖層，將outline圖層中的曲線隱藏，避免為后續(xù)的操作帶來干擾，按F1,在鼠標底部畫一條直線，如下圖。給短0E0000n0層作工回口口口囹?qū)觔sttwiitspotiQmeL1命出起點I學I-D.DB38接點1<LS7B卷管

12、灣舞建一淫一嚏!.一隰F®蜜濠口高®至聲膏圜閏周春父春田喜第(膏1?.®®-/®:9毒警E1®®匐經(jīng)®:.®:fflw._BM善W泛ffif畫®®！暹Bojlwliligjt耀壽過濾器*A.14：將所話的直線投影到點云數(shù)據(jù)中，投影方向為Z軸，點數(shù)60個，應(yīng)用®曲殘投影到點云點云7字母II幅口列表端所有Qsitiqn«畫字母III解星列裊運的有Line點云法向a在方向范圃肉在視圖方向范困內(nèi)方向XYa)£0箕包貯1負點數(shù)里*,叵相鄰尺寸3.7140應(yīng)用15:隱

13、藏點云，刪除直線，按最近點排序點，應(yīng)用16:點擊均勻曲線命令，選擇曲線，應(yīng)用圖2.1717:刪除點云，保留曲線。如下圖18:在bottom圖層下，將其他圖層的曲線隱藏，點擊F7,將鼠標調(diào)整到如下位置，點擊直線命令，在靠近鼠標底部向上1cm的距離畫一條直線，如下圖。電直發(fā)曾抵1(0.0D00T62.563523.4544鮮點I0.0D00'T-SB.13OS|11.6<17應(yīng)用|圖2.1919:將直線投影到點云中，方向為X軸，應(yīng)用。曲蹴躁爆云方向-9X1壬0箕它負點數(shù)里,卜印相鄰尺寸3.7140圖2.2020:隱藏鼠標，點擊鏡像命令，將得到的點云曲線以X軸為鏡像平面進行鏡像操作，保

14、留復(fù)制物件。圖2.2121:合并點云圖2.2222:將點云按照最近點排序。也按最近點打好點2處點云0字母順序團列褰匚邈恒AddCldmause-ncpositionCrvAlignSectCldmouse-ncpositicnCrvAlignSectCld2應(yīng)用圖2.2323:點擊均勻曲線命令，跨度調(diào)整為14,勾選封閉曲線，應(yīng)用圖2.2424:刪除點云，保留一條曲線圖2.2525:顯示所有曲線，得到鼠標的輪廓曲線。得到如下圖:圖2.2626:延長曲線，通過延長命令來延長各條曲線的端點，便于后續(xù)曲線的相交圖2.2727:相交曲線：通過相交曲線命令，將各條曲線連接在一起。圖2.2828:截斷曲線：

15、通過截斷曲線命令，用點截斷，選擇需要截斷的曲線并保留兩端圖2.2929:刪除多余的曲線:剪切拗件圖2.3015:重復(fù)如上操作，得到一個連接完整的相連曲線圖:圖2.3116:在各個接點處創(chuàng)建曲線約束。O圖2.32第三章逆向建模曲面構(gòu)建技術(shù)3.1 目的和意義曲線構(gòu)建技術(shù)是逆向工程中重要的環(huán)節(jié)，作為IW勺重要參數(shù)，曲線構(gòu)建的精確與否可直接影響到項目與目標的相似度，因此至關(guān)重要。3.2 曲線構(gòu)建的原理及實現(xiàn)流程原理：通過點云數(shù)據(jù)特征，做出相近的曲線來表達其的特征實現(xiàn)流程：點云數(shù)據(jù)的選擇一樣條曲線繪制一曲線修正一曲線約束3.3 曲線構(gòu)建及具體實現(xiàn)步驟(1) Imageware曲面重組1：(繼續(xù)如上第二章

16、的操作)點擊直紋曲面命令，分別選擇曲線和路徑曲線，曲線為上面兩條，路徑曲線為下面兩條，定位方式為路徑曲線定位，應(yīng)用。圖3.12:點擊橋接UV曲線網(wǎng)格，分別選擇UV曲線，通過特征匹配，邊界，應(yīng)用圖尼圖3.23:曲面顯色操作，可得到如下圖鼠標曲面(2) Geomagic曲面重構(gòu)(1)點擊精確曲面一編輯一編輯輪廓線，描出龍爪的特征線，點擊確定。下圖所示：圖6.1(1)點擊構(gòu)造曲面片命令一應(yīng)用一確定，如圖6.2所示圖6.2；塢囂"飛擊對話框無舌框m文佶計指定曲面片計數(shù)目粽曲面片計數(shù):46曲面XV敬莘定運查巴短帶曲至圖井翅蛇奇廷要與KX?。?折角：45.0速長良0.3721h團檢荀&使

17、柘交mW三，=1-構(gòu)造曲面片(2)點擊構(gòu)造柵格命令一應(yīng)用一確定，如圖6.3所示圖6.3(3)點擊擬合曲面命令一應(yīng)用一確定，即完成了龍爪的曲面構(gòu)造，如圖6.4所示過活植,°MF適三怛星款花第四章：點云拼接綜合練習4.1 目的和意義曲面重構(gòu)是逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)，重構(gòu)的曲面質(zhì)量很大程度上影響項目的精確性，因此曲面重構(gòu)是逆向工程的重要基礎(chǔ)。4.2 曲面重構(gòu)的原理及實現(xiàn)流程原理：通過前期構(gòu)造好的曲線來形成曲面。實現(xiàn)流程：曲線導(dǎo)入一曲面約束及擬合一著色一曲面方向的改變4.3 點云拼接綜合練習及具體實現(xiàn)步驟1:導(dǎo)入兩個點云片，對這兩個點云進行拼接處理:圖4.121選擇對齊一一手動注冊，模式選擇n點

18、注冊，固定1,浮動2。然后在在兩個點云片上分別選擇相同位置的點，點盡量分散。然后點擊確定，如下圖圖4.2圖4.43:選擇全局注冊命令，數(shù)據(jù)按原始數(shù)據(jù)來處理，點擊應(yīng)用，確定。完成點云如下圖：圖4.64:點擊合并命令，不更改設(shè)置參數(shù)，點擊確定。完成如下:4:依次導(dǎo)入女神頭像的其他點云片，通過重復(fù)如上操作，完成整個女神像的拼接。最終拼接如下圖：第五章：點云數(shù)據(jù)修補綜合練習5.1 目的和意義點云修補是通過軟件操作對獲取的有殘缺的點云進行有效地修補，實現(xiàn)整體的優(yōu)化，因此點云修補是逆向工程的重要基礎(chǔ)。5.2 曲面重構(gòu)的原理及實現(xiàn)流程原理：修補工具對殘缺的點云進行修補處理。實現(xiàn)流程：點云導(dǎo)入一填充單個孔命令一磨平操作一裁剪操作一填充單個孔命令5.3 點云拼接綜合練習及具體實現(xiàn)步驟1:打開龍爪文件，如下圖:圖5.12:點擊填充單個孔命令，選擇曲率方式填充，然后選擇各個缺口，缺口變成紅色表小填充完成，如下圖。圖5.2圖5.33:完成各個部分的填充后，點擊ESC退出，得到完整的點云數(shù)據(jù)，如下圖:圖5.4