摩托车外壳零部件的逆向cad建模

浙 江 科 技 学 院 本 科 毕 业 论 文 (2014 届) 题 目 摩托车外壳零部件的逆向 CAD 设计 学 院 机械与汽车工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机制 105 学 号 110011138 学生姓名 周明权 指导教师 徐进 开题日期 2014 年 1 月 10 号 摩托车外壳零部件的逆向CAD设计 学生姓名：周明权 指导教师：徐进 浙江科技学院机械学院 摘 要 逆向工程作为一种新的技术手段，随着计算机技术的发展，正逐步走进人们 的视野。逆向工程区别于传统的正向设计，通过实体三维数据取得、点、线、面、 建立模型的方法快速成型，逆向工程可以大大提高产品开发效率和产品质量。本文 按照逆向工程的一般方法和步骤：测量点云、点云预处理、曲面重建、CAD 模型重 构，综合运用 Imageware 和 UG 对摩托车外壳零部件进行 CAD 逆向设计，合理建立摩 托车外壳曲面模型。最后对重构模型进行误差分析。 关键词：逆向工程 点云 曲面重建 IMAGEWAR Reverse CAD design of Motorcycle Parts Case Student: Mingquan Zhou Advisor: Dr.xu School of Mechanical and Automotive Engineering Zhejiang University of Science and Technology Abstract Reverse engineering as a new techniques, with the development of computer technology, is gradually into peoples vision. Reverse engineering is different from traditional forward design, three-dimensional data obtained by the entity, point, line, surface modeling method of rapid prototyping, reverse engineering can greatly improve product development efficiency and product quality. In this paper, according to the general method and procedure of reverse engineering: measuring point cloud, point cloud pre-processing, surface reconstruction, CAD model reconstruction, integrated use of Imageware and UG on motorcycle parts CAD reverse design, Establish reasonable motorcycle shell surface model. Finally, model for the reconstruction error analysis. Keywords：Reverse engineering Point cloud Surface reconstruction I MAGEWAR 浙江科技学院毕业设计（论文） I 目录 摘 要.I Abstract.II 目 录III 第1章 绪论 1. 1逆向工程简介 12逆向工程技术的应用领域 13逆向工程的存在问题 1. 4逆向工程技术研究现状和发展趋势 1.4.1逆向工程研究现状 1.4.2逆向工程技术的发展趋势 第二章 逆向工程技术. 2. 1 实 体 三 维 数 据 测 量 技 术 2. 2点云数据处理技术 2. 3模型重构. 2. 4模型误差分析. 第三章 摩托车外壳的逆向建模实例 3. 1摩托车外壳分析. 3. 2点云对齐网格. 3. 3点云精简. 3. 4顶面重构. 3. 5侧面建立过程 3. 6外轮廓建立 3. 7模型修改 3. 8误差分析 参考文献. 致谢. 第一章 概述 1.1 逆向工程简介 逆向工程（Reverse Engineering，RE）也被称为反向工程、反求工程等。描述 了一种与传统方式不一样的产品开发生产过程。逆向工程起源于对质量的检测和对精度 的检测，逆向工程是一种由设计下游反馈到设计上游的一种全新的方法。人们的一般理 解，产品的设计制造是从无到有的过程：设计师要以产品外形，功能，技术参数为第一 步进行合理化的构思，然后利用计算机自动化进行不断的修正建立产品的三维数字化模 型，最终将这个模型转化为实体的一个过程，这样完成产品的整个设计制造周期我们称 之为“正向设计” 。逆向过程作为一种新的技术则是一个“从有到无”的过程。逆向工程 就是根据已经存在的产品模型，反向推出产品的数据（包括设计图纸或三维数字模型） 的过程，极好的适应了现代化产品品种多，个性化，小批量生产的要求。本文提到的逆 向工程是对实物进行测量反馈为三维模型，是一种几何反求。因此这里提及的逆向工程， 是用某种测量手段获取实物的空间数据坐标，根据这些三维数据运用三维几何建模重新 构建物体的 CAD 模型的一个过程，是一个由样品到产品数字化并且进行优化的过程。几 何类逆向工程的流程图容如图 1.1(逆向工程技术) 仿制、改制产品 二维图样、技术文档 仿制、改制产 品 CAD 模型重构 数据测 量处理 P D M 系 统 制作系统 CAM 快速原型 RP 实物或模型 产品样件 模具 新产品 提取几 何特征 浙江科技学院毕业设计（论文） 1 图 1.1 逆向工程流程图 1.2 逆向工程技术的应用领域 二十一世纪随着时代和技术的发展，计算机技术在制造业上也得到了快速的发展， 数字化测量技术的发展速度更是引人注目，同时数据的测量也是逆向工程发的一项关键 性技术，这对推动逆向工程的发展起了非常大的作用。通过数字化测量设备（如三坐标 测量机、投影光栅法等）获取的实物的空间表面分布数据，经过逆向工程技术的处理获 得产品的 3D 数字模型，从而输送到 CAM 系统完成产品的制造。因此，逆向工程技术可以 认为是“将产品样件转化为 CAD 模型的相关数字化技术和几何模型重建技术”的总称。 各种先进技术中逆向工程技术已经成为新产品开发设计过程中不可缺的一部分，且居于 核心地位。已被各个国家广泛运用于吸收消化国外先进技术和经验。主要表现在下面几 个方面：1.新产品的开发 2.产品的仿制和改造设计 3.快速原型制造 4.快速模具制造 5.产 品数字化检测 6.医学领域断层扫描 7.服装，头盔等设计制造 8.艺术品，考古文物的复制。 1.3.逆向工程的存在问题 逆向工程一般可以分成四个阶段数据获取、数据处理、数据划分和曲面建立、 三维模型建立。四个阶段再加上最后一步 RPM 或者 RT 成为逆向工程技术上的难题，另外 还存在加工工具和人员方面的问题。 技术方面 1.数据的获取 数据的获取是逆向工程第一步的工作，也是建立 CAD 建模的重要环节。 可以按照测量方式的不同分为接触测量和非接触测量两个大类。接触式的测量方法是通 过探测头与物体接触从而记录空间位置坐标：非接触式测量的方法是用光学、声学、磁 学等领域中相关的知识，通过物理转换为空间三维坐标。 2.数据预处理 数据预处理也是 CAD 建模中不可或缺的一步，它可以直接影响后期的 三维模型的整体的质量。数据的预处理基本包括多视拼合，曲面分析，曲面划分，点云 去噪，点云精简等相关工作。多视拼合采用的是手工的方式，通过对多个视角的旋转移 动以达到对其网格。但这中间受到各种人为因素的影响，往往会出现误差。 3.数据划分和曲面构建 一般在逆向工程的建立过程中，产品的表面基本上无法用一 张面进行完整的描述，需要对以账面进行分析和划分，有多张面构成，划分成不同的子 集，对于不用的子集进行曲面的建立。曲面的重构是逆向工程关键性技术，一般要求做 到同时满足光滑和精度要求为准，也可以更具产品的特征进行相应的调整。 4.CAD 模型的建立 这是逆向工程的最后一步，目的在与获取一张完整的 CAD 模型， 可以通过三维模型真实的反应样品的形状和位置。对于重建的曲面存在的缺陷可以在 CAD 模型中进行修改同时还可以进行深一度飞优化，做到再创新。 5.RPM/RT 建立完 CAD 模型后最后一步就是对逆向的成果进行检验，生产出样品或者 样品模具。这一步可以通过快速成型机或者数控加工机床来快速制造实物，通过对原型 和制造实物之间的对比，发现不足之处反馈到 CAD 模型中，优化设计。 工具方面 逆向工程作为一项新的技术，对于设备有一定要求，要有足够的资金去选取合 适的设备，其中包括软件和硬件。由于设备的要求程度，往往在逆向的过程中只能选取 一种方式的软件和硬件，不能综合的运用各种软件和硬件的优点。使得技术受到了一定 的局限性。 人员方面 逆向工程技术是一项专业性非常强的工作，各个过程中都需要用到专业性的人 才，这些都需要非常丰富的经验。对于三维模型的要求更加高，软件中存在非常多的人 际交互过程，需要人员凭借自我经验去完成模型的建立。在此基础上还要据了解产品的 特性，熟练的运用 CAD 软件，逆向工程软，测量工具。充分理解从下而上的设计制造过 程。 1.4 逆向工程技术研究现状和发展趋势： 1.4.1 逆向工程研究现状 逆向工程作为一项新的技术，在产品的开发、消化、吸收国外先进的技术和经验 上起了重大的作用。逆向工程是上个世纪八十年代分别由美国 3M 公司、日本名古屋工业 研究所和美国 UVP 公司提出并且研发。现在逆向工程的研究也引起了各国的高度重视， 浙江科技学院毕业设计（论文） 3 一些重要的国际和国内学术会议都将逆向工程及相关技术作为一个重要议题，逆向工程 也登上了国际的舞台。因此，逆向工程研究系统也在各国相继的建立，于此同时各种各 样的设备制造公司也像雨后春笋般的相继建立，这些公司得到了政府的大力支持。同时 还有重要的一点，随着逆向工程不断进入人们的视线，各种教育机构，科研机构都纷纷 踏上了这一条大船，适应时代的变化。这样形成了一个非常巨大的团体，这给逆向工程 的发展创造了良好的条件，同时也给广大的爱好者学习的机会。在研究方向和发展的趋 势上不管是国内还是国外都是针对逆向工程现阶段存在的问题上。测量设备方面：美国、 英国、意大利等国家三坐标测量机和三维扫描仪应用广泛如表 1 表 1 设备名称 ATOS 扫描仪 TALYSCAN150 多传感扫描仪 CYCLON2 高速扫描仪 PLX-30 网点式 扫描仪 国家 德国 英国 英国 日本 公司 GOM 公司 泰勒霍普生公 司 雷尼绍公司 罗兰公司 特点 可绕零件灵活 移动。可运用 汽车灯外形造 型 高速，功能复 合化 精度可达 0.02mm 可以精 细扫描 高速，功能复 合化 随着研究的深入，逆向工程也出现了相应的专用软件。下面简单介绍几款逆向工程商 用软件如表 2 表 2 软件名称 Imageware geomagic CopyCAD CATIA V5 RapidFrom 公司名称 EDS Raindrop DELCAM Dassault INUS 国家 美国 美国 英国 法国 韩国 应用行业 汽车，航空， 航天，家电， 模具 模具业，医疗 器械业，制造 业 航空航天业， 汽车业，模 具业，机械 制造业 航空，航天 业，制造业， 船舶业 汽车业，模具 加工业，医疗 业 软件特点 具有强大的 测量数据处 理、曲面造 型能力和误 差检测功能 具有丰富的数 据处理手段， 可以根据测量 数据构造出多 张连续曲面 处理测量数 据及数控曲 面造型比较 好，简单易 操作 CAD/CAE/CAM 一体的软件， 集成解决方 案覆盖所有 产品的设计 与制造领域 处理测量、扫 描数据的曲面， 建模以及基于 CT 数据医疗建 模，艺术品测 量建模 与国外逆向工程的研究相比，我国对逆向工程的研究起步较晚，相对的经费投入不 足，创新性的研究也很少。直到上个世纪 90 年代中期。逆向工程才在我国得到了快速的 发展与推广。我国在硬件和软件上在向国外学习的过程中，联合高校和企业开始自主研 发的道路。 1.4.2 逆向工程技术的发展趋势： 虽然这是一个很好的局势，但在实际的用中，还需要大量的人机交互，自动化 程度不够高，影响产品的精度和效率。因此 CAD/CAM 领域中逆向工程仍然是一个十分活 跃的研究方向。下面的几个方面还是值得期待的 1数据测量方面：研究发张专用的测量设备，可以高速、高精度的实现产品几何外 形的三维数字化，可以根据样品外形自动进行几何形状和后续步骤的自动化进程，提高 自动化程度。 2数据的预处理：可以有效的去除噪声点，做到点云的精简。 3曲面拟合：改善现有的人机交互量大的问题，建立的曲面可以更加光滑，曲面间 可以更加光顺的拼接，同时满足精度的要求。 4数据区域划分：系统软件可以自主的进行合理曲面划分，提高自动化程度，提高 工作效率。 5集成系统技术：发展包括测量技术、逆向工程技术、基于网络的协同设计和数字 化制造技术，基于特征和集成的模型重建技术等的相关技术。 浙江科技学院毕业设计（论文） 5 第二章 逆向工程一般流程 2.1 实体三维数据测量技术 逆向工程样品三维数据测量是最基本的一步。通过特定的测量设备和测量手段获得 零件表面的空间三维数据，在获取样品空间三维坐标的基础进行对复杂曲面的建模、评 价、改造和制造。原始的点云数据是进行后面三维建模的基础，因此三维扫描得到点云 数据的精确度会直接影响到逆向建模的精确度。实体三维数据测量技术是逆向工程实现 的基础和关键性技术之一。三维测量经过长久的发展已经形成了很多的方法，如图 2.1。 图 2.1 其中三坐标测量机，激光三角形法，立体视觉法作为发展最为成熟的三种方法，得 到了广泛的应用。 随着时代的进步，视觉传感器一类的飞接触式的测量技术在数量上不断增加。这是 因为这种技术在测量速度上具有明显优势，而且随着计算机水平的上升，大量的数据可 以快速采集处理，完全不同于传统的接触式的测量。激光扫描仪和机械接触测量技术特 点对比如表 3 实体三维 测量技术接触式 非接触式 立体视觉法 声波法 核磁共振法 自动断层 扫描法 工业 CT 扫 描法 投影光栅法 激光三角 形法 机械手 CMM 表 3 激光扫描仪 三坐标接触测量 测量方法 非接触式 接触式测量 测量精度 10-100um 1um 传感器 光电接收器件 开关器件 测量速度 1000-1200 点/s 人工控制 前期工作 需喷漆，无基准点 设定坐标系，校正基准面 工作材料 无限定 硬质材料 测量死角 光学阴影处光学焦距变化处 工件内部不易测量 误差 随曲面变化大 部分失真 优点 1.测量速度快，曲面数据易获取 2.不需要对测量头半径进行补偿 3.可测量易碎、柔软、细小、难 以接触的工件 4.没有接触力，不会损失工件 1精度高 2可直接测量工件的特定 几何特征 缺点 1.测量精度差，无法判定几个特 征 2.坡度大的面不易测量，激光死 角无法测量 3.非接触是测量存在较大的误差 4.工件对光的反射程度会影响测 量 1.要逐一测量，速度慢 2.测量后要进行测量头半径 的补偿 3.接触力会探头和工件表面 影响测量数据， 4.内部测量极为不方便，误 差较大。 2. 2 点云数据处理技术 点云数据的获取不论是通过接触式还是非接触式,通常扫描的过程中都会无法避 免的引入数据误差，特别是在坡度大和边界的点云数据误差较大。点云数据是后期建模 的基础，如果数据存在较大的误差会极大的影响后期的 CAD 建模。因此我们需要对获取 的点云数据在 CAD 建模前进行一些预先的处理工作。一般在 CAD 建模前都需要进行点云 浙江科技学院毕业设计（论文） 7 的预处理工作，工作内容包括：去除异常的数据，补充缺失的点，数据平滑，去除噪声 点，数据精简，数据曲面的分割，测量数据对齐等。大致可以分为下面四步。1.误差点 处理，点云数据中存在偏离原始曲面的坏点和由于测量方法环境引起的盲口和缺口，对 于这些数据我们应该进行去噪工作。现在最常用的检测是将得到的点云数据显示在图形 终端上，或者直接生成曲线，采用半交互和半自动的光顺方法对点云数据进行检测调整。 数据的插补也是误差处理的一个重要方向，一般由于物体的实体结构，有一些无法探测 到的数据，对于这些扫描不到的面值有通过数据的插补来补齐。2数据平滑，实体的反 求过程中，测量无法避免的出现误差，或者是由于样品表面特征导致三维数据不平滑。 数据平滑的目的是为了消除噪音点，得到精确的模型和良好的特征提取效果，采用平滑 法处理方法，应尽量保持所求参数所能提供的信息特征不变，同时可以有效的提高后续 的工作效率。 3数据精简， 激光扫描仪在技术上快速，精确的获取数据，正在逐步 的取代三坐标测量仪。但是激光扫描仪产生的数据过于庞大，处理数据和生产模型需要 大量的时间，整体的过程也变的不可控制，这就需要我们对数据进行精简，提高工作效 率。4.数据分割反求工程在数据造型前的还要一个重要的步骤，那就是对数据进行分化。 零件的设计一般是按照其特有的特征来进行设计制造的。产品的表面也无法用一张面也 涵盖所有的特征，而是需要进行分析把去买呢分解成平面，圆柱面，球面，自由曲面等。 先将各个子数据拟合曲面，在通过曲面的缝合来完成全部的 CAD 建模。 2. 3 模型重构 逆向工程中 CAD 模型是整个过程中最重要的一步，后续的加工生产都要以三维 CAD 模型为基准。这就要求重建的 CAD 模型可以真实准确的反应实物的形状和位子特性。 目前模型按照数据来源，数据类型，造型方式和曲面分类。 1.数据来源：CMM、激光扫描、光学数据、CT 2.数据类型：有序点和无序点 3.造型方法:基于曲线拟合线面和曲面直接拟合 4.曲面的表示方式：边界表示、四边 B-样条表示、三角面片、三角网格化。 2.4 模型误差分析 在反求的过程中，我们从样品到 CAD 模型在到生产出实物，经过了一系列的过程中 间的误差也会出现。我们所得到的产品和我们的样品对比是否可以符合我们的要求，这 是检验成果的最后一步。根据逆向工程中的误差来源可以组成一个误差模型图 2.2 图 2.2 1.原型误差：原产品制造是会存在与设计尺寸的误差，同时原产品的使用还有磨损情况出 现。 2.测量误差：对于 CMM 测量方法，测量设备系统误差，人员操作误差，产品形变。 3.造型误差：在运用 CAD 造型软件拟合线面体的过程中出现的误差。 4.补偿误差：主要是接触式的测量仪对探头的半径的补偿，对空间进行测量时如果只有二 维空间补偿就会出现误差。 5.数据处理误差：在对测量数据进行转换和平滑的过程中会出现数据缺失。基准的变化都 会有影响。 误差综 合 原型误差 测量误差 数据处理误差 造型误差补偿误差 制造误差 浙江科技学院毕业设计（论文） 9 第三章 摩托车外壳的逆向建模实例 3.1 摩托车外壳分析 本次是对摩托车外壳进行逆向实例，点云数据是有指导老师测量所得。导 入点云数据到 imageware，可以看到点云数据的外围轮廓，对点云数据进行初步分析 点击评估信息物件得到点云数据的基础数据如图 3.1。从这里我们可以看到有 4 万个数据点，尺寸 394178194（单位毫米） 。对于 4 万个数据点我们可以进行一 些精简。 图 3.1 进一步对模型进行分析，可以看到模型可以关于中心线对称。但有区别的是有 一个侧面有一个类似半圆的缺口（我们定义这个有缺口的侧面为侧面 B） 。对于其他 的我们可以通过镜像的方式得到，可以节约大量的工作时间，提高工作效率。打开 网格看到在左视图中模型中心线不在网格曲线的中心上如图 3.2，我们需要首先对点 云进行重新的定位，对于数据发现没对齐在 Z 轴方向中心对其网格，第一步需要做 的是重新摆放点云的位置，使点云中心线近似对其 Z 轴方向 0 点位置，在观察 XY 方向需要通过一定的旋转。 图 3.2 点云对齐网格后对点云数据进行三角形网格化便于观察。三角网格化是指通过 对原始网格进行调整，使得到的网格中出现尽量少的尖锐三角形，即在整个网格中 所有的三角形最小内角最大化，所有最小内角和最大。三角形网格化后使我们能更 加直观观察模型网格化后我们可以明显的看到整体的一个轮廓，下面我们就需要对 点云进行曲率的分析，这是曲面划分的重要依据，曲率分析如图 3.3。 图 3.3 根据曲率的变化和从上到下的方法把曲面大致分类顶面，连接面，侧面和凹槽 部分如图 3.4。其中顶面，侧面，开口部分都是由多个小面组成。而且基本上所有的 面都存在一定的弧度，这就加大了建模的难度，需要对控制点进行很大的调节。 图 3.4 对于建立完全部曲面后的模型，进行曲面的拼接、修剪达到最小的误差。对于全部 完成的模型在 imageware 中用曲面到点的误差分析法进行分析，瞒住要求后倒导到 ug 中 进行最后的修改和建立 CAD 模型。这是对于摩托车外壳模型建模分析的一个大致思路， 其中还有非常多的细节需要自己去把控。 顶面 1 顶面 2 连接面 侧面凹槽 浙江科技学院毕业设计（论文） 11 3.2 点云对齐网格 打开点云数据，选取合适的视图位置，切换到 F2 视角，发现需要通过 X 轴旋转一定 角度，Y 轴也需要旋转一定的角度。经过不断调整 X 方向调整-1.0 度，Y 轴方向调整 0.75 度。这里我们按进入右视图，可以看到点云数据中心线没有在 Z 轴方向 0 点的位置 上，可以通过修改位移移动和旋转命令来进行调节。观察点云数据可以知道只需要 调节 Z 轴方向即可。根据图 3.1Z 轴方向尺寸 z=193.6210 最小 z=-95.1576，最大 z=98.5110，根据最大和最小值相加去一般可得点云数据要向 Z 负方向移动 1.1767mm。由 于点云数据最大和最小值在点云上的分布是不确定，这样的计算可能会导致一定的误差。 对于移动后的点云，右击点云，选择互动点云截面，按住 ctrl 画一条和 Z 轴平行的线，截 取一批点云出来如图 3.5，隐藏原始点云，打开点云捕捉，按 F5 到前视图，根据刚刚的 点云创建 3D 曲线3D B 样条，根据点云勾勒出一条 3D 曲线如图 3.6，打开镜像显示， 观察镜像后原始曲线和镜像曲线的偏差。进过不断的尝试发现向 Z 轴不用移动为一个合 理位置，原始曲线和镜像曲线如下图 3.7。 图 3.5 图 3.5 图 3.7 从最后一幅图可以看到两条曲线基本重合在一起了，就不做进一步的调节了。最为 最终的定位位置。对于调节后的点云我们可以进行进一步的工作。 3.3 点云精简 根据上面的分析我们可以知道，整个摩托车外壳的点云数据有 4 万多，为了提 高后面的计算效率，我们首先对点云数据进行精简。首先测量面上最大两点的距离（测 量距离点距） ，根据测量的距离，右击点云选择距离采用，采样公差我们选择 1，可 以看到采样后点云数据减少了 32%点云数据精简后如图 3.8。这样可以大大的提高我们后 面的工作效率 图 3.8 3.4 顶面重构 根据对摩托车点云数据建立面的初步分析 顶面建立方法一，选中点云打开网格右击鼠标圈选点云。我们按 F4 进入右视 图，选取下半个面为制作面。点云选取时采用点，保留方式选择内部，同时保留原始数 据如图 3.9。 图 3.9 选择完点云数据后隐藏原始图层 iges level1，以后对于顶面的修改都将在 Dinmian1 图层中修改。顶面 1 在这次建模中面的面积最大，同时曲面的弯曲程度比较大。 采用扫略曲面的命令，再对控制点进行调节。选中点云右击鼠标平行点云截面如图 3.10.平行点云截面命令中方式选择三角形网格化，方向选择 Z，起始点位置选择原点， 截面数量选择 1，间隔和相邻尺寸不做调整。我们可以看到网格化的点云上出现一条白色 的点云线。 浙江科技学院毕业设计（论文） 13 图 3.10 再右击点云，按 F4 到右视图，在这个方向上选取互动点云截面的时候发现中间部分 有凹槽，不适合建立，经过取舍选取凹槽左边部分选取点云，选取互动点云截面命令， 方式选择三角形网格化可以提高质量，按住 ctrl 画一条和 Z 轴平行的线，截取一批点云如 图 3.11。 图 3.11 隐藏其余点云，只显示截取出来的两批点云。点击菜单栏创建命令3D 曲线3D B 样条，打开点云捕捉，建立两条 3D 曲线如图 3.12。 图 3.12 B A A 曲线我们用作扫略路径，B 曲线我们用作轮廓线。对于 B 曲线过长的问题，选中 曲线，右击截断曲线截取多余部分。截断方式选择曲线，曲线选择 B，截断曲线选择 A，相交方向选择视图，保留方式选择框选。因为曲线在面上的，我们建立面调节需要大 于原始的面，我们需要进行对曲线延伸。B 曲线下端延伸 10mm，A 曲线两边延伸 20mm 完成后如图 3.13。 图 3.13 完成 AB 两条 3D 曲线后点击构建扫掠曲面扫掠。选择新建立的面，右击选择曲 面着色，发现面是背对着我们的，按 shift+R 翻转 uv 方向。扫掠完的曲面如下图 3.14。 图 3.14 顶面调节图 3.15 浙江科技学院毕业设计（论文） 15 图 3.15 顶面建立方法二： 因为我们采用镜像的方式来做，所以顶面只需要建立一半就可以。选中点云右击 鼠标互动点云截面。我们按 F2 进入下视图，截取点云数据后,选择完点云数据后隐藏 原始点云，顶面 1 在这次建模中面的面积最大，同时曲面的弯曲程度比较大。采用扫略 曲面的命令，再对控制点进行调节调节的难度过大。我们采用把面分成各面来进行制作。 选中点云右击鼠标平行点云截面，我们按 F2 进入下视图，截取点云数据后的面.在 使用平行点云截面命令中方式选择三角形网格化，方向选择 Z，起始点位置选择原点，截 面数量选择 1，间隔和相邻尺寸不做调整。我们可以看到网格化的点云上出现一条白色的 点云线，以这条点云线为对称曲线如图 3.16。 图 3.16 隐藏其余点云，只显示截取出来的点云。点击菜单栏创建命令3D 曲线3D B 样条， 打开点云捕捉，建立五条 3D 曲线如图 3.17。 图 3.17 ABCDE 曲线我们用作放样曲线，F 曲线我们用作对称线，用修建放样曲线过长部分。 对四条曲线过长的问题，选中曲线，右击截断曲线截取多余部分。截断方式选择曲线， 曲线选择 ABCDE，截断曲线以此选择选择 F，相交方向选择视图，保留方式选择框选。 因为曲线在面上的，我们建立面调节需要大于原始的面，我们需要进行对曲线延伸。四 条放样曲线下端延伸 25mm 如图 3.18。 图 3.18 完成 ABCD 四条 3D 曲线后点击构建曲面放样。选择新建立的面，右击选择曲面 着色，发现面是背对着我们的，按 shift+R 翻转 uv 方向。扫掠完的曲面如下图 3.19。 BA C D E F 浙江科技学院毕业设计（论文） 17 图 3.19 可以看到面和点云数据间还是有误差的，需要调节。打开控制点，控制点开始可以 少一点，调到与曲面大致吻合时，打开修改参数控制重新建参数化命令增加控制点。 因为我是第一次接触这个软件对于控制点选取数量没有十分了解。所以控制点的数量可 能会有点多。对于控制点的多少是这样定义的，控制点越少，精度越低调节越容易，控 制点多，不易调节精度高。对于控制点的调节一般采用法相调节，最后对于排列点排列 不整齐采用 XYZ 的调节方法进行调节，控制点排列整齐，做出来的面才会光滑。对顶面 1 的步距从 2mm1mm0.5mm0.2mm0.1mm0.05mm。这次的调节最终的步距 设置在 0.05mm 上，最后在对控制点进行整齐的排列，调节完成的曲面与网格化曲面相互 重合，基本达到了精度要求。顶面调节如图 3.20 图 3.20 顶面采用的是镜像的方式，对于调节后的控制点，可能会偏离中心轴，我们需要对 最靠近中心点的控制点进行连续性的调节，点击菜单栏修改连续性使对称边曲率连 续如图 3.21。 图 3.21 我们采用相同的方法建立剩下的两个面，顶面全部完成后如图 3.22。中间面建立的 时候，删除两端的样条曲线，放样时选择旁边两个面，连续性选择相切，出来后再调节 控制点。 图 3.22 可以看到调整点云数据没有非常的正确，有些面存在比较大的误差。我们首先对第 一个面进行一下误差的分析，打开检验命令，曲面到点的误差，最大检测距离修改到 5， 其他参数不变，点击确定，分析如图 3.23。 浙江科技学院毕业设计（论文） 19 图 3.23 可以看到采用三个面拼接的方式，调整控制点后第一个面误差还是不错的，对于三 个面我们去 ug 进行拼接。 对于顶面的制作比较上面两种方式，发现第一种方法建立的面和原始点云误差大， 控制点调节也非常的麻烦。相对于第二种方法，虽然我们采用 3 个面的方式，但第二种 方法快捷多了。对于顶面的建立我们采用第二种方法。 3.5 侧面建立过程 开原始点云数据，隐藏其他显示，切换视角，选取合适视角。这里选择后视图，右 击鼠标，选择互动点云截面截取三条点云，截取出来的点云在原始点云上显示不明显， 改变截取点云显示方式如图 3.24。这样我们可以明显的观察到截取的点云。 图 3.24 根据截取点云构建样条曲线，长度不够的做拉伸处理，建立样条曲线后如图 3.25 图 3.25 建立样条曲线后，分别通过扫掠命令扫掠出两个曲面。调节控制点，使曲面贴近网 格化后的点云，建立好的曲面如图 3.26。 图 3.26 3.6 外轮廓建立 打开原始点云数据，切换视角，选取合适视角。按照摩托车外壳用 3D 样条曲线去描 绘出外轮廓的形状。打开捕捉器中曲面捕捉，这样我们家里出来的面最后会在平面上。 打开镜像显示我们会看到镜像曲线会有一定的误差，还需要通过移动和旋转做细微的调 节，达到误差较小的位置。因为曲线都在一个平面上，我之需要就行修建多余部分就可 以了，选择曲线右击截断曲线进行修建，修建完后用曲线做一个沿方向拉伸就可以看到 外轮廓如图 3.27 浙江科技学院毕业设计（论文） 21 图 3.27 另一个方向的外轮廓我们采用相同的方法，建立 3D 样条修建沿方向拉伸唯一不 同的是这个方向有镜像显示，拉伸是只要拉伸一边，镜像显示即可。建立好曲面如图 3.28 图 3.28 建立好的两外轮廓曲面如图 3.29 图 3.29 Imageware 部分建立到这里，后面的部分我们通过 ug 去修改。 3.7 模型修改 把 imageware 没有完全处理细节特征模型通过 ug 的导入命令导入，可以看到 imageware 制作完后导入 ug，可以发现还是比较杂乱的。我们首先进行侧面的建立。通过 曲面上的曲线，画一条线，对片体进行修剪，通过曲线组建立新的曲面，删除旧的曲面 和不需要的辅助线。选择画倒圆命令，半径选择 15，通过对象显示改变建立曲面的颜色 如图 3.30。 图 3.30 Imageware 中没有对顶面 2 进行建立，在 ug 中进行建立。选择艺术样条，画好两条 曲线，通过曲线组的命令建立新的曲面如图 3.31。编辑曲线X 成型进行控制点调节， 调整后的曲面通过延伸命令一定程度来观察与网格化面的交际程度来确定调整是否合理。 浙江科技学院毕业设计（论文） 23 图 3.31 连接面制作，使用拉伸命令拉伸一个新的片体，并且把两端的面桥接起来，桥接方 式选择 G1 如图 3.32。 图 3.32 修剪的过程中出现错误，对顶面中间面需要重新建立，使用修剪体命令，小端顶面 选择工具选项选择新建平面，矢量方向选择 Yc，距离输入-45.同理大端面距离输入 57.把 调整过的面通过桥接把中间的面建立起来。在未建立的面中间建立一条艺术线条，用通 过曲线网格建立后的面如图 3.33。 图 3.33 修建多余的部分，建立圆角特征，完成如图 3