逆向工程三維建模關(guān)鍵技術(shù)

1、文檔編碼 : CL10M7G7V7V4 HL8Y7C7U6C6 ZL4Y3M7E3X1寧波理工學(xué)院逆向工程與快速原型技術(shù)（綜合技能訓(xùn)練及評(píng)判）題 目 逆向工程三維建模關(guān)鍵技術(shù)綜合創(chuàng)新訓(xùn)練姓 名 * 學(xué) 號(hào) * 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 機(jī)制 * 授課老師 * 分 院 機(jī)電與能源工程分院完成日期 * 年 * 月 * 日1 / 49 緒論. 0.1 什么是逆向工程 . 1.2 逆向工程的基本操作步驟 . 第一章 點(diǎn)云擺正綜合練習(xí) . 1.1 目的和意義 . 1.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)擺正的原理及實(shí)現(xiàn)流程. 41.3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)擺正綜合練習(xí)及具體實(shí)現(xiàn)步驟 . 4其次章 逆向建模特點(diǎn)線(xiàn)構(gòu)建技術(shù) . 15 2.1 目的和意義 .

2、15 2.2 曲面對(duì)齊與拼接的原理及實(shí)現(xiàn)流程. 15 2.3 曲面對(duì)齊與拼接綜合練習(xí)及具體實(shí)現(xiàn)步驟 . 16 3.1 目的和意義 . 32 3.2 曲線(xiàn)構(gòu)建的原理及實(shí)現(xiàn)流程 . 33 3.3 曲線(xiàn)構(gòu)建及具體實(shí)現(xiàn)步驟 . 33 4.1 目的和意義 . 37 4.2 曲面重構(gòu)的原理及實(shí)現(xiàn)流程 . 37 4.3 點(diǎn)云拼接綜合練習(xí)及具體實(shí)現(xiàn)步驟 . 37 第五章 ：點(diǎn)云數(shù)據(jù)修補(bǔ)綜合練習(xí) . 41 5.1 目的和意義 . 41 5.2 曲面重構(gòu)的原理及實(shí)現(xiàn)流程 . 42 5.3 點(diǎn)云拼接綜合練習(xí)及具體實(shí)現(xiàn)步驟 . 42 第六章 總結(jié)與反思 . 49 2 / 49 緒論 0.1 什么是逆向工程逆向工程技術(shù)

3、與傳統(tǒng)的產(chǎn)品正向設(shè)計(jì)方法不同, 逆向工程是對(duì)已有的產(chǎn)品零件或原型進(jìn)行 CAD模型重建,即對(duì)已有的零件或?qū)嵨镌?利用三維數(shù)字化測(cè)量設(shè)備精確的、 快速的測(cè)量出實(shí)物表面的三維坐標(biāo)點(diǎn),并依據(jù)這些坐標(biāo)點(diǎn)通過(guò)三維幾何建模方法重建實(shí)物 CAD模型的過(guò)程,它屬于產(chǎn)品導(dǎo)向（product oriented ）；逆向工程不是簡(jiǎn)潔的再現(xiàn)產(chǎn)品原型,而是技術(shù)消化、吸取,進(jìn)一步改進(jìn)、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(kāi)發(fā)的重要途徑；通過(guò)逆向工程把握產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想屬于功能向?qū)В?.2 逆向工程的基本操作步驟3 / 49 第一章點(diǎn)云擺正綜合練習(xí)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(jì)方法不

4、同, 逆向工程技術(shù)第一步是點(diǎn)云獵取；通常是利用測(cè)量設(shè)備對(duì)零件表面進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣；數(shù)據(jù)獵取是向逆向工程軟件預(yù)備建模的基礎(chǔ),獵取數(shù)據(jù)的點(diǎn)云會(huì)直接影響到后續(xù)的曲面重構(gòu)質(zhì)量；點(diǎn)云獵取大致分為三種主流方法：1. 接觸式測(cè)量法： 接受三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,通過(guò)接觸, 將信號(hào)傳遞到專(zhuān)用軟件,主要有橋式、關(guān)節(jié)臂式、龍門(mén)式、懸臂式等；2. 非接觸式測(cè)量法：接受光學(xué)測(cè)量技術(shù)進(jìn)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)：1.Comet測(cè)量系統(tǒng) 2.ATOS測(cè)量系統(tǒng)3. 手持式三維數(shù)字掃描及測(cè)量系統(tǒng)HandyScan；3. 斷層數(shù)據(jù)測(cè)量方法, 常用：1.CT測(cè)量

5、法 2.MRI 測(cè)量法 3. 超聲波測(cè)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)并不愿定是正對(duì)著理想方向的,將增 加下面的重構(gòu)以及 CAD編輯的難度,因此在采集完點(diǎn)云數(shù)據(jù)之后,就要第一時(shí)間 進(jìn)行擺正；1.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)擺正的原理及實(shí)現(xiàn)流程實(shí)物點(diǎn)云數(shù)據(jù)獵取 將點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入 IW 創(chuàng)建約束與底面重合約束通過(guò)參照約束進(jìn)行 Y向?qū)φ?微調(diào)增加精度1.3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)擺正綜合練習(xí)及具體實(shí)現(xiàn)步驟點(diǎn)云數(shù)據(jù)擺正由 Imageware R13.2 完成；1.：打開(kāi)文件,點(diǎn)擊創(chuàng)建圓命令,中心坐標(biāo)（0,0,0）,方向?yàn)?Z 軸,應(yīng)用；4 / 49 圖 1.1 2：作已創(chuàng)建的圓的法線(xiàn),起點(diǎn)坐標(biāo)（0,0,

6、0）,方向?yàn)?Z 軸,應(yīng)用；圖 1.2 3：創(chuàng)建平面,以 面相對(duì)平整；3 點(diǎn)創(chuàng)建平面, 3 點(diǎn)位置選擇在小女孩雕像的底部,由于這個(gè)5 / 49 圖 1.3 4：創(chuàng)建曲面法線(xiàn)；圖 1.4 5：創(chuàng)建群組,將生成的面、面的法線(xiàn)和小女孩生成一個(gè)群組；生成后它們合成 一體,變成黃色；6 / 49 圖 1.5 圖 1.6 6：點(diǎn)擊依據(jù)特點(diǎn)定位工具,選用逐步,先配對(duì)方式選用點(diǎn)云,選擇配對(duì)的兩條線(xiàn),點(diǎn)擊添加；再配對(duì)方式選用平面,選擇配對(duì)的兩個(gè)面,點(diǎn)擊應(yīng)用；7 / 49 圖 1.7 7：右擊小女孩,選擇取消群組；并將之前添加的線(xiàn)面都刪除；圖 1.8 8 / 49 8：創(chuàng)建一個(gè)圓, 中心坐標(biāo)（ 0,0,0）,方向

7、為 X 軸,應(yīng)用；圖 1.9 9：右擊小女孩,選擇互動(dòng)點(diǎn)云截圖命令；方式：三角形網(wǎng)格,選擇屏幕上的直線(xiàn)（先選一點(diǎn) +CTRL+另一點(diǎn)）,應(yīng)用；9 / 49 圖 1.10 10：隱匿小女孩,顯現(xiàn)截圖的點(diǎn)云；10 / 49 圖 1.11 11：右擊點(diǎn)云,選擇圈選點(diǎn)云,保留點(diǎn)云：外側(cè)；圈選點(diǎn)云,應(yīng)用；圖 1.12 12：正確擬合定位：正確選擇移動(dòng)物體,來(lái)源對(duì)象,目標(biāo)對(duì)象；定位選擇：正確 可能的；定位方式： Z 軸約束,應(yīng)用；11 / 49 圖 1.13 13：刪除截圖點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及圓；圖 1.14 12 / 49 14：選擇直線(xiàn)命令,沿著底部畫(huà)一條直線(xiàn)圖 1.5 15：延長(zhǎng)命令,延長(zhǎng)畫(huà)好的直線(xiàn),為了更

8、好地區(qū)分直線(xiàn)與點(diǎn)云；圖 1.16 13 / 49 16：右擊空白區(qū)域,選擇鏡像顯示命令,鏡像直線(xiàn)；圖 1.17 17：點(diǎn)擊位移工具,選擇全部,沿著X 方向移動(dòng),距離為1,通過(guò)多次移動(dòng)調(diào)整點(diǎn)云到下圖；圖 1.18 18：點(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)對(duì)象,選擇全部,旋轉(zhuǎn)軸方向選取 次操作,實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)與點(diǎn)云底部邊緣對(duì)齊；14 / 49 Z 軸,角度定為 0.5 度,通過(guò)多圖 1.19 19：按 F2,查看點(diǎn)云,點(diǎn)云擺正完成；圖 1.20 其次章逆向建模特點(diǎn)線(xiàn)構(gòu)建技術(shù)（以鼠標(biāo)為例）2.1 目的和意義對(duì)齊 ：將點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過(guò)對(duì)齊合并命令實(shí)現(xiàn)成為一個(gè)有序的點(diǎn)云模型 拼接 ：將瑕疵點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過(guò)軟件處理進(jìn)行修補(bǔ)的過(guò)程2.2 曲面對(duì)齊

9、與拼接的原理及實(shí)現(xiàn)流程對(duì)齊的原理： 通過(guò)選取同一個(gè)模型上兩個(gè)不同部分上的近似點(diǎn),通過(guò)軟件識(shí)別并 15 / 49 重組；拼接的原理： 將=不完整的模型通過(guò)軟件命令進(jìn)行修改與完善,形成一個(gè)完整的 模型 對(duì)齊的實(shí)現(xiàn)流程： 選擇材料手動(dòng)注冊(cè)（三點(diǎn)對(duì)齊）全局對(duì)齊合并數(shù)據(jù) 拼接的實(shí)現(xiàn)流程： 選擇材料破舊孔的孔填充物體的局部平滑裁剪無(wú)法單孔 填充的2.3 曲面對(duì)齊與拼接綜合練習(xí)及具體實(shí)現(xiàn)步驟1：打開(kāi)鼠標(biāo)文件,點(diǎn)擊圖層編輯,新建圖層 內(nèi)容,可分別在不同的圖層下進(jìn)行編輯；bottom、top 和 outline；便利區(qū)分圖 2.1 2: 在 outline 的圖層下,點(diǎn)擊 3D-B-樣條,沿著鼠標(biāo)中間的線(xiàn)畫(huà)一條

10、曲線(xiàn),階數(shù) 為 4,應(yīng)用；16 / 49 圖 2.2 3：點(diǎn)擊曲線(xiàn)投影到點(diǎn)云,選擇點(diǎn)云和曲線(xiàn),投影：在方向范疇內(nèi)；方向：X 軸,點(diǎn)數(shù)量： 50,應(yīng)用；圖 2.3 4：轉(zhuǎn)變點(diǎn)顯示,點(diǎn)尺寸調(diào)大一點(diǎn),便于后續(xù)操作；17 / 49 圖 2.4 5：隱匿鼠標(biāo)點(diǎn)云；點(diǎn)擊鏡像,選擇剛生成的點(diǎn)云和鏡像平面,平面選擇 X,勾 選復(fù)制物件,應(yīng)用；圖 2.5 6：合并點(diǎn)云,將鏡像得到的兩個(gè)點(diǎn)云曲線(xiàn)合并成一體；刪除原先的兩個(gè)點(diǎn)云曲 線(xiàn),保留生產(chǎn)的點(diǎn)云；18 / 49 圖 2.6 7：將得到的點(diǎn)云依據(jù)最近點(diǎn)排序,圖 2.7 8：點(diǎn)擊均勻曲線(xiàn),選擇合并的點(diǎn)云,階數(shù)取 4,跨度取 14,起點(diǎn)終點(diǎn)固定,偏差運(yùn)算,應(yīng)用；顯現(xiàn)偏

11、差運(yùn)算對(duì)話(huà)框；按 ctrl+M ,關(guān)閉偏差運(yùn)算；19 / 49 圖 2.8 圖 2.9 9：刪除點(diǎn)云,保留曲線(xiàn)；20 / 49 圖 2.10 10：通過(guò)曲線(xiàn)上兩點(diǎn)畫(huà)直線(xiàn)；圖 2.11 11：曲線(xiàn)截?cái)?將曲線(xiàn)用點(diǎn)或者曲線(xiàn)來(lái)截?cái)?并保留兩端；21 / 49 圖 2.12 12：創(chuàng)建曲線(xiàn)約束,選擇剛剛截?cái)嗟膬蓷l線(xiàn),進(jìn)行曲線(xiàn)約束,約束點(diǎn)把握在兩天 曲線(xiàn)的接觸位置,應(yīng)用；圖 2.13 13：工作圖層選擇 bottom 圖層,將 outline 圖層中的曲線(xiàn)隱匿,防止為后續(xù)的 操作帶來(lái)干擾,按 F1,在鼠標(biāo)底部畫(huà)一條直線(xiàn),如下圖；22 / 49 圖 2.14 14：將所話(huà)的直線(xiàn)投影到點(diǎn)云數(shù)據(jù)中,投影方向?yàn)?/p>

12、圖 2.15 Z 軸,點(diǎn)數(shù) 60 個(gè),應(yīng)用；15：隱匿點(diǎn)云,刪除直線(xiàn),按最近點(diǎn)排序點(diǎn),應(yīng)用；23 / 49 圖 2.16 16：點(diǎn)擊均勻曲線(xiàn)命令,選擇曲線(xiàn),應(yīng)用；圖 2.17 17：刪除點(diǎn)云,保留曲線(xiàn)；如下圖；24 / 49 圖 2.18 18：在 bottom 圖層下,將其他圖層的曲線(xiàn)隱匿,點(diǎn)擊F7,將鼠標(biāo)調(diào)整到如下位置,點(diǎn)擊直線(xiàn)命令,在靠近鼠標(biāo)底部向上 1cm的距離畫(huà)一條直線(xiàn),如下圖；25 / 49 圖 2.19 19：將直線(xiàn)投影到點(diǎn)云中,方向?yàn)?X 軸,應(yīng)用；圖 2.20 20：隱匿鼠標(biāo), 點(diǎn)擊鏡像命令, 將得到的點(diǎn)云曲線(xiàn)以 作,保留復(fù)制物件；26 / 49 X 軸為鏡像平面進(jìn)行鏡像操圖

13、 2.21 21：合并點(diǎn)云圖 2.22 22：將點(diǎn)云依據(jù)最近點(diǎn)排序；27 / 49 圖 2.23 23：點(diǎn)擊均勻曲線(xiàn)命令,跨度調(diào)整為24：刪除點(diǎn)云,保留一條曲線(xiàn)；14,勾選封閉曲線(xiàn),應(yīng)用；圖 2.24 28 / 49 圖 2.25 25：顯示全部曲線(xiàn),得到鼠標(biāo)的輪廓曲線(xiàn)；得到如下圖：圖 2.26 26：延長(zhǎng)曲線(xiàn),通過(guò)延長(zhǎng)命令來(lái)延長(zhǎng)各條曲線(xiàn)的端點(diǎn),便于后續(xù)曲線(xiàn)的相交；29 / 49 圖 2.27 27：相交曲線(xiàn)：通過(guò)相交曲線(xiàn)命令,將各條曲線(xiàn)連接在一起；圖 2.28 28：截?cái)嗲€(xiàn)：通過(guò)截?cái)嗲€(xiàn)命令, 用點(diǎn)截?cái)? 選擇需要截?cái)嗟那€(xiàn)并保留兩端；30 / 49 圖 2.29 29：刪除余外的曲線(xiàn)：圖

14、 2.30 15：重復(fù)如上操作,得到一個(gè)連接完整的相連曲線(xiàn)圖：31 / 49 圖 2.31 16：在各個(gè)接點(diǎn)處創(chuàng)建曲線(xiàn)約束；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(xiàn)構(gòu)建技術(shù)是逆向工程中重要的環(huán)節(jié),作為IW的重要參數(shù), 曲線(xiàn)構(gòu)建的精確與32 / 49 否可直接影響到項(xiàng)目與目標(biāo)的相像度,因此至關(guān)重要；3.2 曲線(xiàn)構(gòu)建的原理及實(shí)現(xiàn)流程原理： 通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)特點(diǎn),做出相近的曲線(xiàn)來(lái)表達(dá)其的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)流程： 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的選擇樣條曲線(xiàn)繪制曲線(xiàn)修正曲線(xiàn)約束3.3 曲線(xiàn)構(gòu)建及具體實(shí)現(xiàn)步驟（1）Imageware 曲面重組 1：（連續(xù)如上其次章的操作）點(diǎn)擊直紋曲面命令,分別選擇曲線(xiàn)和路徑曲線(xiàn),曲

15、線(xiàn)為上面兩條,路徑曲線(xiàn)為下面兩條,定位方式為路徑曲線(xiàn)定位,應(yīng)用；圖 3.1 2：點(diǎn)擊橋接 UV曲線(xiàn)網(wǎng)格,分別選擇U、V 曲線(xiàn),通過(guò)特點(diǎn)匹配,邊界,應(yīng)用；33 / 49 圖 3.2 3：曲面顯色操作,可得到如下圖鼠標(biāo)曲面；圖 3.3 （2）Geomagic 曲面重構(gòu)（1）點(diǎn)擊精確曲面 編輯編輯輪廓線(xiàn),描出龍爪的特點(diǎn)線(xiàn),點(diǎn)擊確定；下圖 所示：34 / 49 圖6.1 （1）點(diǎn)擊構(gòu)造曲面片命令 應(yīng)用確定,如圖 6.2所示；圖6.2 （2）點(diǎn)擊構(gòu)造柵格命令 應(yīng)用 確定,如圖 6.3所示；35 / 49 圖6.3 （3）點(diǎn)擊擬合曲面命令 應(yīng)用 確定,即完成了龍爪的曲面構(gòu)造, 如圖 6.4所示；圖6.4

16、36 / 49 第四章：點(diǎn)云拼接綜合練習(xí) 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(xiàng)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(shí)現(xiàn)流程原理： 通過(guò)前期構(gòu)造好的曲線(xiàn)來(lái)形成曲面；實(shí)現(xiàn)流程： 曲線(xiàn)導(dǎo)入曲面約束及擬合著色曲面方向的轉(zhuǎn)變4.3 點(diǎn)云拼接綜合練習(xí)及具體實(shí)現(xiàn)步驟1：導(dǎo)入兩個(gè)點(diǎn)云片,對(duì)這兩個(gè)點(diǎn)云進(jìn)行拼接處理：圖 4.1 2：選擇對(duì)齊手動(dòng)注冊(cè),模式選擇n 點(diǎn)注冊(cè),固定 1,浮動(dòng) 2；然后在在兩個(gè)點(diǎn)云片上分別選擇相同位置的點(diǎn),點(diǎn)盡量分散；然后點(diǎn)擊確定,如下圖37 / 49 圖 4.2 圖 4.3 38 / 49 圖 4.4 3：選擇全

17、局注冊(cè)命令,數(shù)據(jù)按原始數(shù)據(jù)來(lái)處理,點(diǎn)擊應(yīng)用,確定；完成點(diǎn)云如 下圖：圖 4.5 39 / 49 圖 4.6 4：點(diǎn)擊合并命令,不更換設(shè)置參數(shù),點(diǎn)擊確定；完成如下：圖 4.7 40 / 49 4：依次導(dǎo)入女神頭像的其他點(diǎn)云片,通過(guò)重復(fù)如上操作,完成整個(gè)女神像的拼 接；最終拼接如下圖：圖 4.8 第五章：點(diǎn)云數(shù)據(jù)修補(bǔ)綜合練習(xí)5.1 目的和意義點(diǎn)云修補(bǔ)是通過(guò)軟件操作對(duì)獵取的有殘缺的點(diǎn)云進(jìn)行有效地修補(bǔ),實(shí)現(xiàn)整體的優(yōu) 化,因此點(diǎn)云修補(bǔ)是逆向工程的重要基礎(chǔ)；41 / 49 5.2 曲面重構(gòu)的原理及實(shí)現(xiàn)流程 原理： 修補(bǔ)工具對(duì)殘缺的點(diǎn)云進(jìn)行修補(bǔ)處理；實(shí)現(xiàn)流程：點(diǎn)云導(dǎo)入填充單個(gè)孔命令磨平操作裁剪操作填充單個(gè)孔

18、命令 5.3 點(diǎn)云拼接綜合練習(xí)及具體實(shí)現(xiàn)步驟 1：打開(kāi)龍爪文件,如下圖：圖 5.1 2：點(diǎn)擊填充單個(gè)孔命令,選擇曲率方式填充,然后選擇各個(gè)缺口,缺口變成紅 色表示填充完成,如下圖；圖 5.2 42 / 49 圖 5.3 3：完成各個(gè)部分的填充后,點(diǎn)擊ESC退出,得到完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù),如下圖：圖 5.4 43 / 49 圖 5.5 4：旋轉(zhuǎn)爪子,發(fā)覺(jué)底部不平,需要對(duì)底部進(jìn)行磨平操作；點(diǎn)擊右側(cè)橢圓選擇工 具,選擇爪子底部區(qū)域,然后點(diǎn)擊去除特點(diǎn)命令,完成地面的自動(dòng)磨平操作,如 下圖：圖 5.6 44 / 49 圖 5.7 6：由于爪子上面部分不平,需要對(duì)爪子進(jìn)行裁剪操作,選擇裁剪命令,以三點(diǎn) 創(chuàng)建一個(gè)平面, 并將平面移到爪子上面部分, 點(diǎn)擊確定,完成裁剪；得到如下圖；圖 5.8 45 / 49 圖 5.9 7：選擇填充命令,選擇缺口邊緣,即可填充上步裁剪得到的缺口,完成如下圖：46 / 49 圖 5.10 圖 5