逆向工程三维建模关键技术

1、文档编码 : CL10M7G7V7V4 HL8Y7C7U6C6 ZL4Y3M7E3X1宁波理工学院逆向工程与快速原型技术（综合技能训练及评判）题 目 逆向工程三维建模关键技术综合创新训练姓 名 * 学 号 * 专业班级 机制 * 授课老师 * 分 院 机电与能源工程分院完成日期 * 年 * 月 * 日1 / 49 绪论. 0.1 什么是逆向工程 . 1.2 逆向工程的基本操作步骤 . 第一章 点云摆正综合练习 . 1.1 目的和意义 . 1.2 点云数据摆正的原理及实现流程. 41.3 点云数据摆正综合练习及具体实现步骤 . 4其次章 逆向建模特点线构建技术 . 15 2.1 目的和意义 .

2、15 2.2 曲面对齐与拼接的原理及实现流程. 15 2.3 曲面对齐与拼接综合练习及具体实现步骤 . 16 3.1 目的和意义 . 32 3.2 曲线构建的原理及实现流程 . 33 3.3 曲线构建及具体实现步骤 . 33 4.1 目的和意义 . 37 4.2 曲面重构的原理及实现流程 . 37 4.3 点云拼接综合练习及具体实现步骤 . 37 第五章 ：点云数据修补综合练习 . 41 5.1 目的和意义 . 41 5.2 曲面重构的原理及实现流程 . 42 5.3 点云拼接综合练习及具体实现步骤 . 42 第六章 总结与反思 . 49 2 / 49 绪论 0.1 什么是逆向工程逆向工程技术

3、与传统的产品正向设计方法不同, 逆向工程是对已有的产品零件或原型进行 CAD模型重建,即对已有的零件或实物原型,利用三维数字化测量设备精确的、 快速的测量出实物表面的三维坐标点,并依据这些坐标点通过三维几何建模方法重建实物 CAD模型的过程,它属于产品导向（product oriented ）；逆向工程不是简洁的再现产品原型,而是技术消化、吸取,进一步改进、提高产品原型的重要技术手段； 是产品快速创新开发的重要途径；通过逆向工程把握产品的设计思想属于功能向导；1.2 逆向工程的基本操作步骤3 / 49 第一章点云摆正综合练习以小女孩为例 1.1 目的和意义逆向工程技术与传统的产品正向设计方法不

4、同, 逆向工程技术第一步是点云猎取；通常是利用测量设备对零件表面进行数据采样；数据猎取是向逆向工程软件预备建模的基础,猎取数据的点云会直接影响到后续的曲面重构质量；点云猎取大致分为三种主流方法：1. 接触式测量法： 接受三坐标测量机进行数据采集,通过接触, 将信号传递到专用软件,主要有桥式、关节臂式、龙门式、悬臂式等；2. 非接触式测量法：接受光学测量技术进行数据采集,主要有激光扫描法、白色光栅编码法、相位轮廓法、彩色激光扫描法、阴影摩尔法等,常用系统：1.Comet测量系统 2.ATOS测量系统3. 手持式三维数字扫描及测量系统HandyScan；3. 断层数据测量方法, 常用：1.CT测量

5、法 2.MRI 测量法 3. 超声波测量法 4. 层析扫描法等；由于逆向工程的特殊性, 采集到的数据并不愿定是正对着理想方向的,将增 加下面的重构以及 CAD编辑的难度,因此在采集完点云数据之后,就要第一时间 进行摆正；1.2 点云数据摆正的原理及实现流程实物点云数据猎取 将点云数据导入 IW 创建约束与底面重合约束通过参照约束进行 Y向对正 微调增加精度1.3 点云数据摆正综合练习及具体实现步骤点云数据摆正由 Imageware R13.2 完成；1.：打开文件,点击创建圆命令,中心坐标（0,0,0）,方向为 Z 轴,应用；4 / 49 图 1.1 2：作已创建的圆的法线,起点坐标（0,0,

6、0）,方向为 Z 轴,应用；图 1.2 3：创建平面,以 面相对平整；3 点创建平面, 3 点位置选择在小女孩雕像的底部,由于这个5 / 49 图 1.3 4：创建曲面法线；图 1.4 5：创建群组,将生成的面、面的法线和小女孩生成一个群组；生成后它们合成 一体,变成黄色；6 / 49 图 1.5 图 1.6 6：点击依据特点定位工具,选用逐步,先配对方式选用点云,选择配对的两条线,点击添加；再配对方式选用平面,选择配对的两个面,点击应用；7 / 49 图 1.7 7：右击小女孩,选择取消群组；并将之前添加的线面都删除；图 1.8 8 / 49 8：创建一个圆, 中心坐标（ 0,0,0）,方向

7、为 X 轴,应用；图 1.9 9：右击小女孩,选择互动点云截图命令；方式：三角形网格,选择屏幕上的直线（先选一点 +CTRL+另一点）,应用；9 / 49 图 1.10 10：隐匿小女孩,显现截图的点云；10 / 49 图 1.11 11：右击点云,选择圈选点云,保留点云：外侧；圈选点云,应用；图 1.12 12：正确拟合定位：正确选择移动物体,来源对象,目标对象；定位选择：正确 可能的；定位方式： Z 轴约束,应用；11 / 49 图 1.13 13：删除截图点云数据以及圆；图 1.14 12 / 49 14：选择直线命令,沿着底部画一条直线图 1.5 15：延长命令,延长画好的直线,为了更

8、好地区分直线与点云；图 1.16 13 / 49 16：右击空白区域,选择镜像显示命令,镜像直线；图 1.17 17：点击位移工具,选择全部,沿着X 方向移动,距离为1,通过多次移动调整点云到下图；图 1.18 18：点击旋转对象,选择全部,旋转轴方向选取 次操作,实现直线与点云底部边缘对齐；14 / 49 Z 轴,角度定为 0.5 度,通过多图 1.19 19：按 F2,查看点云,点云摆正完成；图 1.20 其次章逆向建模特点线构建技术（以鼠标为例）2.1 目的和意义对齐 ：将点云数据通过对齐合并命令实现成为一个有序的点云模型 拼接 ：将瑕疵点云数据通过软件处理进行修补的过程2.2 曲面对齐

9、与拼接的原理及实现流程对齐的原理： 通过选取同一个模型上两个不同部分上的近似点,通过软件识别并 15 / 49 重组；拼接的原理： 将=不完整的模型通过软件命令进行修改与完善,形成一个完整的 模型 对齐的实现流程： 选择材料手动注册（三点对齐）全局对齐合并数据 拼接的实现流程： 选择材料破旧孔的孔填充物体的局部平滑裁剪无法单孔 填充的2.3 曲面对齐与拼接综合练习及具体实现步骤1：打开鼠标文件,点击图层编辑,新建图层 内容,可分别在不同的图层下进行编辑；bottom、top 和 outline；便利区分图 2.1 2: 在 outline 的图层下,点击 3D-B-样条,沿着鼠标中间的线画一条

10、曲线,阶数 为 4,应用；16 / 49 图 2.2 3：点击曲线投影到点云,选择点云和曲线,投影：在方向范畴内；方向：X 轴,点数量： 50,应用；图 2.3 4：转变点显示,点尺寸调大一点,便于后续操作；17 / 49 图 2.4 5：隐匿鼠标点云；点击镜像,选择刚生成的点云和镜像平面,平面选择 X,勾 选复制物件,应用；图 2.5 6：合并点云,将镜像得到的两个点云曲线合并成一体；删除原先的两个点云曲 线,保留生产的点云；18 / 49 图 2.6 7：将得到的点云依据最近点排序,图 2.7 8：点击均匀曲线,选择合并的点云,阶数取 4,跨度取 14,起点终点固定,偏差运算,应用；显现偏

11、差运算对话框；按 ctrl+M ,关闭偏差运算；19 / 49 图 2.8 图 2.9 9：删除点云,保留曲线；20 / 49 图 2.10 10：通过曲线上两点画直线；图 2.11 11：曲线截断,将曲线用点或者曲线来截断,并保留两端；21 / 49 图 2.12 12：创建曲线约束,选择刚刚截断的两条线,进行曲线约束,约束点把握在两天 曲线的接触位置,应用；图 2.13 13：工作图层选择 bottom 图层,将 outline 图层中的曲线隐匿,防止为后续的 操作带来干扰,按 F1,在鼠标底部画一条直线,如下图；22 / 49 图 2.14 14：将所话的直线投影到点云数据中,投影方向为

12、图 2.15 Z 轴,点数 60 个,应用；15：隐匿点云,删除直线,按最近点排序点,应用；23 / 49 图 2.16 16：点击均匀曲线命令,选择曲线,应用；图 2.17 17：删除点云,保留曲线；如下图；24 / 49 图 2.18 18：在 bottom 图层下,将其他图层的曲线隐匿,点击F7,将鼠标调整到如下位置,点击直线命令,在靠近鼠标底部向上 1cm的距离画一条直线,如下图；25 / 49 图 2.19 19：将直线投影到点云中,方向为 X 轴,应用；图 2.20 20：隐匿鼠标, 点击镜像命令, 将得到的点云曲线以 作,保留复制物件；26 / 49 X 轴为镜像平面进行镜像操图

13、 2.21 21：合并点云图 2.22 22：将点云依据最近点排序；27 / 49 图 2.23 23：点击均匀曲线命令,跨度调整为24：删除点云,保留一条曲线；14,勾选封闭曲线,应用；图 2.24 28 / 49 图 2.25 25：显示全部曲线,得到鼠标的轮廓曲线；得到如下图：图 2.26 26：延长曲线,通过延长命令来延长各条曲线的端点,便于后续曲线的相交；29 / 49 图 2.27 27：相交曲线：通过相交曲线命令,将各条曲线连接在一起；图 2.28 28：截断曲线：通过截断曲线命令, 用点截断, 选择需要截断的曲线并保留两端；30 / 49 图 2.29 29：删除余外的曲线：图

14、 2.30 15：重复如上操作,得到一个连接完整的相连曲线图：31 / 49 图 2.31 16：在各个接点处创建曲线约束；图 2.32 第三章 逆向建模曲面构建技术3.1 目的和意义曲线构建技术是逆向工程中重要的环节,作为IW的重要参数, 曲线构建的精确与32 / 49 否可直接影响到项目与目标的相像度,因此至关重要；3.2 曲线构建的原理及实现流程原理： 通过点云数据特点,做出相近的曲线来表达其的特点实现流程： 点云数据的选择样条曲线绘制曲线修正曲线约束3.3 曲线构建及具体实现步骤（1）Imageware 曲面重组 1：（连续如上其次章的操作）点击直纹曲面命令,分别选择曲线和路径曲线,曲

15、线为上面两条,路径曲线为下面两条,定位方式为路径曲线定位,应用；图 3.1 2：点击桥接 UV曲线网格,分别选择U、V 曲线,通过特点匹配,边界,应用；33 / 49 图 3.2 3：曲面显色操作,可得到如下图鼠标曲面；图 3.3 （2）Geomagic 曲面重构（1）点击精确曲面 编辑编辑轮廓线,描出龙爪的特点线,点击确定；下图 所示：34 / 49 图6.1 （1）点击构造曲面片命令 应用确定,如图 6.2所示；图6.2 （2）点击构造栅格命令 应用 确定,如图 6.3所示；35 / 49 图6.3 （3）点击拟合曲面命令 应用 确定,即完成了龙爪的曲面构造, 如图 6.4所示；图6.4

16、36 / 49 第四章：点云拼接综合练习 4.1 目的和意义曲面重构是逆向工程的关键技术,重构的曲面质量很大程度上影响项目的精确性,因此曲面重构是逆向工程的重要基础；4.2 曲面重构的原理及实现流程原理： 通过前期构造好的曲线来形成曲面；实现流程： 曲线导入曲面约束及拟合着色曲面方向的转变4.3 点云拼接综合练习及具体实现步骤1：导入两个点云片,对这两个点云进行拼接处理：图 4.1 2：选择对齐手动注册,模式选择n 点注册,固定 1,浮动 2；然后在在两个点云片上分别选择相同位置的点,点尽量分散；然后点击确定,如下图37 / 49 图 4.2 图 4.3 38 / 49 图 4.4 3：选择全

17、局注册命令,数据按原始数据来处理,点击应用,确定；完成点云如 下图：图 4.5 39 / 49 图 4.6 4：点击合并命令,不更换设置参数,点击确定；完成如下：图 4.7 40 / 49 4：依次导入女神头像的其他点云片,通过重复如上操作,完成整个女神像的拼 接；最终拼接如下图：图 4.8 第五章：点云数据修补综合练习5.1 目的和意义点云修补是通过软件操作对猎取的有残缺的点云进行有效地修补,实现整体的优 化,因此点云修补是逆向工程的重要基础；41 / 49 5.2 曲面重构的原理及实现流程 原理： 修补工具对残缺的点云进行修补处理；实现流程：点云导入填充单个孔命令磨平操作裁剪操作填充单个孔

18、命令 5.3 点云拼接综合练习及具体实现步骤 1：打开龙爪文件,如下图：图 5.1 2：点击填充单个孔命令,选择曲率方式填充,然后选择各个缺口,缺口变成红 色表示填充完成,如下图；图 5.2 42 / 49 图 5.3 3：完成各个部分的填充后,点击ESC退出,得到完整的点云数据,如下图：图 5.4 43 / 49 图 5.5 4：旋转爪子,发觉底部不平,需要对底部进行磨平操作；点击右侧椭圆选择工 具,选择爪子底部区域,然后点击去除特点命令,完成地面的自动磨平操作,如 下图：图 5.6 44 / 49 图 5.7 6：由于爪子上面部分不平,需要对爪子进行裁剪操作,选择裁剪命令,以三点 创建一个平面, 并将平面移到爪子上面部分, 点击确定,完成裁剪；得到如下图；图 5.8 45 / 49 图 5.9 7：选择填充命令,选择缺口边缘,即可填充上步裁剪得到的缺口,完成如下图：46 / 49 图 5.10 图 5