《三维扫描与逆向工程》高职全套教学课件

三维扫描与逆向工程概论项目1三维数据处理项目2标准零件的三维数据采集与逆向设计项目3回转体零件的三维数据采集与逆向设计项目4电视遥控器的三维数据采集与逆向设计项目5剃须刀的三维数据采集与逆向设计项目6花洒的逆向设计与创新设计项目7基于移动端的三维扫描与建模全套可编辑PPT课件

本课件是可编辑的正常PPT课件三维扫描与逆向工程概论讲课教师：本课件是可编辑的正常PPT课件项目引入随着3D打印技术的广泛兴起,人们对产品设计速度和创新速度的要求越来越高。传统的产品设计从图纸到实物,已经越来越难以在市场的竞争中胜出。随着各类先进的三维扫描仪的诞生,逆向工程成为解决这一问题的有效手段。通过完成本项目,达到以下学习目标。引入本课件是可编辑的正常PPT课件3D打印3D打印（3DP）又称增材制造技术（AdditiveManufacturingTechnologies，AM），是一种依据三维CAD数据通过逐层材料累加的方法制造实体零件的技术。3D打印技术的历史发展是一个不断进步和拓展的过程。从早期的快速成型技术到如今的广泛应用，3D打印技术在珠宝设计、鞋类设计与制造、工业设计、建筑设计、工程设计与施工、汽车设计与制造等设计与制造领域，以及航空航天、牙科等医疗领域都有所应用。2019年1月14日，美国加州大学圣迭戈分校首次利用快速3D打印技术，制造出模仿中枢神经系统结构的脊髓支架，成功帮助大鼠恢复了运动功能。2020年5月5日，中国首飞成功的长征五号B运载火箭上，搭载着“3D打印机”。这是中国首次太空3D打印实验，也是国际上第一次在太空中开展连续纤维增强复合材料的3D打印实验本课件是可编辑的正常PPT课件项目引入(1)掌握逆向工程的定义及流程。(2)了解三维扫描技术的分类和应用。(3)掌握逆向工程产品创新的基本内容。知识目标本课件是可编辑的正常PPT课件项目引入具有逆向产品创新设计思维。能力目标本课件是可编辑的正常PPT课件项目引入(1)培养分析问题、解决问题的能力。(2)树立产品创新设计理念。(3)建立知识产权法律意识。素养目标本课件是可编辑的正常PPT课件思政园地励志建业3D数字化大潮已至,随时随地低成本(建模成本、时间成本)解决建模问题,是未来发展的必然方向。随着消费者个性化需求的不断攀升,定制化的创新设计需求也逐渐成为主流趋势。这就对人工建模师的专业素养提出了更高的要求。同学们要瞄准技能需求趋势,努力让自己成为技术提升、技术创新的主力军中的一员,为国家做出自己的贡献。本课件是可编辑的正常PPT课件目录任务一

了解逆向工程任务二

三维扫描技术任务三

基于逆向工程的设计与创新-本课件是可编辑的正常PPT课件任务一

了解逆向工程本课件是可编辑的正常PPT课件任务一

了解逆向工程一、逆向工程的定义逆向工程(reverseengineering,RE)也称反求工程,是相对于传统的设计而言的。逆向工程是指从一个存在的零件或原型入手,先对其进行数字化处理,然后进行数据处理、曲面重建、构造CAD模型等,最后制造出产品的过程。逆向工程技术能快速建立新产品的数字化模型,缩短新产品的研发周期,提高企业产品的设计效率和生产效率。本课件是可编辑的正常PPT课件任务一

了解逆向工程逆向工程流程如图0-1所示。本课件是可编辑的正常PPT课件任务一

了解逆向工程二、逆向工程与正向工程的区别传统的产品设计一般都要经历“从无到有”的过程,设计人员先构思产品的外形、性能以及大致的技术参数等,再利用CAD建立产品的三维数字化模型,最后将模型转入制造流程,完成产品的整个设计制造周期,如图0-2所示,这样的过程可称为正向工程。本课件是可编辑的正常PPT课件任务一

了解逆向工程而逆向工程则是由已有的产品模型反向推出产品的设计数据,包括设计图纸和数字模型,流程如图0-3和图0-4所示。本课件是可编辑的正常PPT课件任务一

了解逆向工程逆向工程相对于正向工程而言,是在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下,将实物转变为CAD模型的相关数字化测量技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称。正向工程与逆向工程的关系如图0-5所示。逆向工程的关键技术包括数据采集、数据处理、CAD模型重构等,最后应用于下游CAD直接面向生产过程。本课件是可编辑的正常PPT课件课外拓展逆向工程案例中国逆向工程领域有许多著名的案例，以下是其中一些具有代表性的案例：C919大型客机：C919大型客机是中国自主研发的民用飞机，其研发过程中涉及了大量的逆向工程技术。通过对国外先进飞机技术的深入研究和逆向分析，中国航空工业成功突破了多项关键技术，实现了C919的自主研发和制造。本课件是可编辑的正常PPT课件课外拓展中国逆向工程领域有许多著名的案例，以下是其中一些具有代表性的案例：导弹技术：中国的导弹技术在逆向工程方面取得了显著进展。通过对国外导弹技术的逆向分析和研究，中国成功研制出了多款具有先进性能的导弹，提升了国家的国防实力。本课件是可编辑的正常PPT课件课外拓展汽车制造：中国汽车制造业在逆向工程方面也有许多成功案例。奇瑞汽车是一家在中国汽车市场上颇有影响力的汽车制造商，其发展历程充满了挑战与创新。奇瑞汽车的开始可以追溯到对国外先进汽车技术的逆向工程。奇瑞汽车在其初创阶段，经过领导班子的深入考察和调研，决定以西班牙西雅特品牌的Toledo车型为仿造对象。选择Toledo的原因主要有三点：首先，作为一款三厢车，它符合当时中国消费者的喜好；其次，其售价也符合当时中国国情和消费者的消费水平；最后，西雅特作为大众汽车的产品，其在中国市场的配套体系相对完善，有利于奇瑞汽车的初期发展。本课件是可编辑的正常PPT课件课外拓展奇瑞“开国功臣”的原型第一代西雅特Toledo本课件是可编辑的正常PPT课件课外拓展在动力系统方面，奇瑞汽车在1996年与英国福特公司达成合作，成功引进了一条待售的发动机生产线。然而，这一合作过程并非一帆风顺，英国技术人员的工作态度和专业能力让奇瑞汽车感到失望。面对这种情况，奇瑞汽车果断地决定自己接手这一项目，并从1997年开始建造自己的发动机厂厂房，从而真正开始了自己的造车事业。奇瑞汽车通过逆向工程的方式，成功迈出了其造车事业的第一步。随着技术的不断积累和创新，奇瑞汽车逐渐在中国汽车市场上崭露头角，推出了多款受到消费者欢迎的车型。如今，奇瑞汽车已经成为中国汽车工业的重要一员，不断推动着中国汽车产业的发展。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术三维数据的采集,是逆向工程的重要步骤。三维扫描是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术,主要用于对物体空间外形、结构及纹理信息进行扫描,以获得物体表面的空间坐标和纹理信息。三维扫描的重要意义在于能够将实物的立体信息转换为计算机能直接处理的数字信号,为实物数字化提供相当便捷的解决方案。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术现实的三维扫描技术能实现非接触测量,且具有效率高、精度高的优点,尤为重要的是其扫描获取的数据结果能被直接用于多种应用软件,即三维扫描在软硬件方面已形成了稳定成熟的应用技术体系,这使得它在计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机现代集成制造系统(computerintegratedmanufacturingsystem,CIMS)等应用技术领域日益普及。三维扫描技术在数字经济时代已成为不可或缺的应用技术。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术一、三维扫描技术的分类根据使用方法的不同,三维扫描技术可分为拍照式、三坐标式(固定式)、激光跟踪式、激光扫描式、红外式等类型。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术根据传感方式的不同,三维扫描技术可分为接触式和非接触式。不同类型的三维扫描技术具有不同的应用特点(见表0-1)。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术根据传感方式的不同,三维扫描技术可分为接触式和非接触式。不同类型的三维扫描技术具有不同的应用特点(见表0-1)。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术图0-6为三坐标测量机,图0-7为关节臂测量机。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术图0-8为手持式激光扫描仪,图0-9为拍照式三维扫描仪。实际应用时,我们可以根据不同扫描模式的特点结合具体的应用场景,有针对性地选择与之适配的三维扫描技术。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术二、三维扫描技术的应用1.在机械工业/制造业中的应用1)质量检查三维扫描技术在质量检查方面的应用包括但不仅限于以下几方面（见下一页）。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术01通过扫描工件数据点并与原始CAD3D数模对比，实现精确的3D偏差检测。3D比较检测02利用扫描技术获取实物三维数据，在软件中建立坐标系并测量标注尺寸。全尺寸测量与标注03结合扫描数据与原始CAD模型，进行形位公差分析，用于质量控制和形状检测。形位公差分析本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术04针对薄壁件，通过三维扫描获取正反两面数据，实时评估壁厚值。壁厚实时评估05对比使用后的零件扫描数据与初始模型，生成偏差色谱图，直观显示磨损情况。磨损状况可视化检测06利用软件（如ControX）进行计算机辅助检测，精确分析汽车车身等产品的制造偏差。计算机辅助偏差检测本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术图0-10为采用ControX软件对汽车车身进行制造偏差检测。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术2)在逆向工程中的应用传统的数据采集和建模方式依赖接触式测量，耗时费力且可能损害零件，对于复杂结构尤其不便。非接触式三维光学扫描仪则能高效、无损地获取真实三维数据，快速生成模型，缩短生产周期，提高生产效率。利用三维扫描创建的真实模型(见图0-11)，可完善产品设计。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术三维扫描技术在逆向工程方面的应用包括以下几个方面。01(1)扫描行业内相关产品,创建数据库。02(2)正逆向设计:扫描实物,将其变为数字化CAD模型,进行正向二次设计开发。04(4)来样加工和模具设计。03(3)将成品参数与设计参数进行对比、分析。05(5)工程设计中的计算机辅助工程(computer

aided

engineering

,

CAE)的相关应用。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术2.地理信息系统(geographic

information

system,GIS)1)三维地理信息系统(3DGIS)三维地理信息系统结合了地理信息系统和虚拟现实技术，通过计算机生成逼真的虚拟环境，实现交互式实景仿真和信息交流。VR技术作为先进的数字化人机接口技术，需数字三维模型支持。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术三维测绘及三维地理信息系统在数字城市规划中具有重要作用。目前的测绘都是基于2+1维理论而建立起来的测量体系:二维确定目标的平面位置,一维确定目标的高程。2+1维测绘技术经过几百年的发展,已达到了比较完善的程度;但随着社会和科技的发展,2+1维测绘的成果已不能完全满足社会发展和经济建设的需要。2+1维地图实际上是从空中俯瞰地面的情况,而人们绝大多数时间都生活在地面,人们在街上行走,看到的都是周围的三维景象,这些景象在2+1维地图上无法表达。数字城市规划的属性要求其有一个可靠的了解城市的基础。3维地图测绘车→本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术城市三维测绘能够为数字城市规划提供所需要的数据,包括但不仅限于以下方面。数字正射影像图(digital

orthophoto

map,DOM)数据:三维数据入库、三维数据管理、三维空间浏览、空间地理信息检索等。（1）三维城市模型(3D

city

model,3DCM)数据:数字高程模型(digital

elevation

model,DEM)、三维建筑物、三维高架道路等。（2）场景数据:近景摄影测量制作的路牌、微型景观、座椅、雕塑等。（3）本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术2)地籍测绘实景三维数据采集：采集大型、复杂、不规则的实景三维数据，为地籍测绘提供详细的数据基础。支持策略制定：地籍测绘的数据和结果能够为相关策略的制定提供重要依据，如城市规划、土地开发利用等。全站仪与GPS辅助：全站仪可用于获取地籍测绘所需信息，实现信息的自动识别与点云处理；外接GPS功能则有助于获取地物的绝对坐标，提高测绘精度和效率。三维点云模型构建：借助计算机和相关软件，将采集的三维数据构建成目标的三维点云模型，实现空间信息的精准表达。地理要素信息掌握：通过三维点云模型，可以更好地掌握待测目标的地理要素信息，如地形、地貌等。地块权属界线确定：地籍测绘能够精确确定地块权属界线的界址点坐标，为土地管理和规划提供重要依据。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术3.变形监测变形监测是对建筑物、地基、基坑及一定范围内岩体和土体的位移、沉降、倾斜等变形及相关影响因素进行实时监测，并提供变形分析预报的过程。监测内容涵盖了水平位移、竖向位移、倾斜、裂缝等多个方面。变形监测定义与监测内容12变形监测技术的发展可分为三个阶段：定性分析评价阶段、理论研究与半定量分析阶段，以及自动化监测与定量分析阶段。随着技术的不断进步，监测方法从定性到定量，从手动到自动，实现了更加精确和高效的监测。监测技术的发展阶段34为规范变形监测工作，我国针对不同领域制定了相应的技术标准，如城市轨道交通工程和公路路基设计的监测技术规范。技术标准制定三维扫描技术，特别是三维激光扫描监测技术，通过发射激光脉冲信号并接收反射回来的信号，转换成可识别的数据信息，经过软件处理实现实体建模输出。这一技术的应用极大地推动了变形监测的自动化和定量分析水平，为变形监测提供了新的技术手段。三维扫描技术在变形监测中的应用本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术图0-12为表面变形监测原理,其中,三维激光扫描监测技术是由激光脉冲二极管发射出激光脉冲信号,经旋转棱镜射向目标,然后通过探测器接收反射回来的激光脉冲信号,最后转换成能够直接被识别处理的数据信息,经过软件处理实现实体建模输出。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术以岩土工程为例,三维激光扫描技术可应用于隧道监测(见图0-13)。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术矿山井巷(见图0-14)。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术滑坡监测(见图0-15)。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术4.文物数字化非接触式获取三维数据三维扫描技术能够在不接触文物的情况下，获取其精确的三维点云数据，为后续的数字化复制、修复工作提供基础。文物数字化复制通过三维扫描技术，可以完整复制文物的三维形态，实现文物的数字化存档，有助于文物的保护和传承。大型不可移动文物的衰亡监测与修复对于大型或不可移动的文物，三维扫描技术可以定期监测其形态变化，及时发现衰亡迹象，并结合快速成形技术进行修复。技术发展与高效数据采集随着技术的进步，三维扫描已经能够利用自然光非接触式无破坏地采集文物信息，为复原工作提供高效、精确的数据支持。广泛应用与重要价值三维扫描技术在文物本体信息采集留存、考古学研究、文物预防性保护、活化展示等多个方面得到深入应用，成为文物数字化不可或缺的重要技术。本课件是可编辑的正常PPT课件课外拓展数字化成为文物保护新路径博物馆“网上秀”趣味多“在家看全球国宝，足不出户云游世界各地博物馆，在技术的助力下享受云端视觉盛宴，真是太棒了！”由中国国家博物馆发起的全球博物馆珍藏展示在线接力活动近日举行，16个国家级博物馆的馆长在线介绍馆藏特色珍品，累计吸引约2亿中外观众在线“走进”文化宝库。受疫情影响，云上展览、在线直播等成为博物馆与公众交流的新方式，博物馆的数字化建设这一话题今年备受关注。……点击蓝色标题阅读全部资讯，讨论一下，目前数字化在文物保护方面都有哪些方面应用。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术5.医学医疗自X光发现以来，医学影像技术已发展100多年。直到2018年，美国加州大学戴维斯分校的研究人员发明了世界上第一台能同时捕获整个人体三维图像的医学成像扫描仪EXPLORER，它结合了PET和CT技术，能在1秒内产生图像，并跟踪药物在身体内的移动，为研究新药物疗法提供便利。世界上第一台能够进行全身3D医学成像的扫描仪——EXPLORER本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术而在人体表观领域,新的扫描技术可借助零辐射的方式高效定制与患者全身或局部表观特征1∶1的真彩数字三维模型,并通过技术支持应用于以下方面。(1)在线会诊:非接触、零辐射扫描患者患处,制作1∶1真彩数字三维模型,并可在线展示,如图0-17所示。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术(2)VR模拟手术:数字三维模型可协同互动。(3)烫伤/烧伤患者皮肤修复方案的制定:扫描患者患处,通过计算机辅助设计制定修复方案。(4)义肢义体的定制:扫描患者身体,获取精确的数据信息,结合科学方法定制最佳尺寸的义肢义体,如图0-18所示。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术(5)牙齿及畸齿矫正:获取患者口腔数据以供参考,如图0-19所示。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术(6)获取医学教学中的实物三维模型。(7)医美领域:整容及上颌面手术等效果预览。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术6.定制三维扫描技术在个性化定制方面也有很多体现,可按需定制、量体设计生产。例如,根据脚型定制鞋楦,通过3D打印定制鞋(见图0-20);本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术根据面部数据定制VR眼镜;根据眼部数据定制游泳眼镜、护目镜、框架眼镜(见图0-21);本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术根据身体数据定制驾驶室,大幅优化车辆使用者的驾驶体验。此外,还可以根据用户需求,定制家具上的纹理图案(见图0-22)。本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术7.艺术设计三维扫描技术在艺术设计领域的应用也非常广,往往结合计算机辅助设计及3D打印快速成形技术。例如,在艺术领域,可借助三维扫描技术扫描雕塑,随后利用计算机软件进行优化设计;在游戏开发领域,可使用三维扫描技术扫描真人进行角色设计,扫描实物、实景进行游戏道具与场景的设计与搭建。三维扫描技术在影视动漫IP衍生品的设计与生产过程中也可起到提高效率、降低成本的作用。三维扫描制作艺术品的复制品本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

三维扫描技术8.道路、桥梁、隧道的运维三维扫描技术在空间数据获取方面具有显著优势，可实时、动态地采集信息。以下是其在道路、桥梁、隧道运维方面的简要概括：道路运维三维扫描技术能够高效、客观地获取道路表观信息，为道路病害识别提供重要数据支持。在道路运维养护工作中，该技术有助于实现精准的资源调配和作业实施，提升养护效率和质量。对于桥梁这种设计寿命长、使命逐渐转变的重要交通设施，三维扫描技术成为桥梁病害智能识别的基础。它可靠的信息获取方式能够低成本地实现桥梁病害检测，确保桥梁使用安全，延长使用寿命。在地铁隧道运维中，三维扫描技术提供基于面的监测数据，相较于传统“点”模式更为全面可靠。其可视化数据成果为变形监测预警带来便利，广泛应用于隧道断面图的获取、与设计断面的比较、隧道变形量的计算以及实时断面数据的获取，为施工人员的分析和决策提供有力支持。桥梁运维隧道运维本课件是可编辑的正常PPT课件任务三

基于逆向工程的设计与创新本课件是可编辑的正常PPT课件任务三

基于逆向工程的设计与创新一、逆向设计思路和方法逆向设计全过程分为点云处理、数据分割和分块构面、重建模型评价,如图0-23所示。建模结果符合要求,就可以进入下一个环节去生产。如果不符合要求,就得重新修改、完善建模,直到精度符合要求为止。本课件是可编辑的正常PPT课件任务三

基于逆向工程的设计与创新1.点云处理数据拼接完成样件全表面数据采集需多方位采集，涉及数据拼接技术，即将不同视图得到的点集合并到公共坐标系下。噪声去除测量过程中因环境或人为因素产生的噪声数据需通过标准高斯、平均和中值滤波等方法去除。数据简化高密度的测量数据会产生大量冗余，影响后续算法效率，需按要求减少测量点数量。数据补缺由于被测实物几何拓扑或被其他物体阻挡，部分表面数据无法测量，需采用数据补缺技术来完善数字化模型。本课件是可编辑的正常PPT课件任务三

基于逆向工程的设计与创新进行数据处理时会涉及数据拼接技术,即将从各个视图得到的点集合并到一个公共坐标系下(见图0-24),对从不同视角测量的数据确定一个合适的坐标变换方法进行拼接。本课件是可编辑的正常PPT课件任务三

基于逆向工程的设计与创新就无法获得真实的坐标数据,用于数据拼接的标志点数据也无法测量,这时就需要采用数据补缺技术,如图0-25所示。本课件是可编辑的正常PPT课件任务三

基于逆向工程的设计与创新2.数据分割和分块构面在逆向设计中,由点云一次性生成符合要求的曲面不仅实现起来有一定困难,而且即便是生成了曲面,该曲面在光顺度上也得不到保证。如果用一张曲面片来拟合由两个或两个以上的曲面类型组成的曲面,最终拟合曲面一般都是不光滑的。因此,逆向建模需先将点云进行分块,分别构造曲面,再通过桥接、过渡、裁剪等细节特征处理,最终生成全部曲面。图本课件是可编辑的正常PPT课件任务三

基于逆向工程的设计与创新图0-26和表0-2分别为汽车车门曲面分割和说明。本课件是可编辑的正常PPT课件任务三

基于逆向工程的设计与创新图0-26和表0-2分别为汽车车门曲面分割和说明。本课件是可编辑的正常PPT课件任务三

基于逆向工程的设计与创新三维重构时,必须考虑两个关键问题:一是怎样用比较简单的几何元素对模型进行表达;1二是怎样找到原始设计者的造型思路或痕迹,并用类似(最好是相同)的几何元素来构建CAD模型。2本课件是可编辑的正常PPT课件任务三

基于逆向工程的设计与创新曲面建模有基于曲线的曲面建模、曲面片直接拟合造型、基于特征的模型重构。方体、柱体、球体、锥体、环等可以通过获取特征线来完成曲面建模。拉伸、放样、扫掠、回转等正向思路可用于完成特征建模。基于特征的模型重构是将正向工程中的特征技术引入逆向工程中,通过提取蕴含在点云中用来表达原始设计意图的特征,重建基于特征的逆向工程CAD模型。曲面建模本课件是可编辑的正常PPT课件任务三

基于逆向工程的设计与创新3.重建模型评价重建模型的光顺度和精度是衡量重建质量的两个要素。光顺度可以理解为相互连接的曲面之间过渡的光滑程度。提高连续性级别可以使表面看起来更加光滑、流畅。1)模型精度评价及量化指标(1)由逆向工程重构得到的模型和实物样件的误差到底有多大。(2)所建立的模型是否可以被接受。12(3)根据模型制造的零件是否与数学模型相吻合(评价零件的制造误差)。3本课件是可编辑的正常PPT课件任务三

基于逆向工程的设计与创新2)逆向工程的误差来源逆向工程的误差来源如图0-27所示。将由逆向模型制造得到的产品和原实物进行对比,通过计算两者之间的总体误差来判断逆向模型的有效性和准确性。(1)比较实物模型和CAD模型(逆向得到)。(2)比较制造产品和CAD模型。12本课件是可编辑的正常PPT课件任务三

基于逆向工程的设计与创新二、创新设计思路和方法逆向工程的应用逆向工程主要包括两种方式，一是设计师通过扫描模型数据建立计算机模型；二是对已有产品进行仿制，通过修改和再设计实现产品结构的创新。产品设计创新流程创新过程包括产品调研、功能分析、概念设计、常规设计，最终得到设计图样和数据文件。重点在于掌握现有产品信息，并满足人体工程学原则，提供稳定安全、简便舒适的使用体验。产品外观设计的创新外观设计应新颖，符合消费者审美需求和时代趋势。产品造型、色彩、材质及工艺等方面都是考虑的重点。创新外观可提升产品魅力，树立品牌形象，提高产品附加值和竞争力。功能设计的创新功能设计涉及功能原理设计、机构方案设计、方案评价。从功能要求出发，确定工作原理，进行功能分析；选择并设计机构类型，优化机构组合；通过评价和决策，选出最佳设计方案。本课件是可编辑的正常PPT课件任务三

基于逆向工程的设计与创新三、逆向设计软件国际市场上存在多款逆向设计应用软件，如Imageware、Trace、Strim、SurfaceReconstruction、CopyCAD和Geomagic等。这些软件主要用于从扫描数据中创建三维模型。逆向设计应用软件市场上也有许多正向设计软件，如Pro/ENGINEER、NX、CATIA和SolidworksOfficePremium，它们集成了可实现逆向三维造型设计的模块，允许设计师在正向设计过程中进行逆向操作。正向设计软件与逆向模块GeomagicDesignX能够从3D扫描数据中快速、准确、可靠地创建CAD模型，特别适用于利用现有产品创造新的商业价值。它结合了自动和导向性的实体模型提取功能，同时提供了精确的曲面拟合、面片编辑和点云处理等功能。GeomagicDesignX软件特点本书主要应用Geomagic系列软件进行逆向设计，特别是使用Wrap进行数据处理，以及使用DesignX进行逆向和正向设计。这些软件在逆向设计领域应用广泛，且功能强大。本书应用重点本课件是可编辑的正常PPT课件项目评价同学们通过概论部分的学习,按照表0-3对本部分的学习完成情况进行自我评价。评价本课件是可编辑的正常PPT课件项目总结(1)掌握逆向工程流程。(2)掌握逆向工程和正向工程的区别。(3)了解三维扫描技术的应用。(4)了解逆向设计的基本方法及创新设计思路。总结本课件是可编辑的正常PPT课件项目拓展(1)查找资料并思考三维扫描技术都被应用在哪些领域。(2)逆向工程包括哪些流程?与正向工程有何不同?(3)逆向工程的误差来源有哪些?(4)逆向设计分为哪些过程?拓展本课件是可编辑的正常PPT课件感谢观看本课件是可编辑的正常PPT课件项目一三维数据处理讲课教师：项目引入某公司采用照相式扫描仪对产品的点云进行采集,以便对零件进行测量、设计,所采集的产品的三维点云杂点较多,无法直接使用。要求:对数据进行预处理,并将数据保存为STL格式。通过完成本项目,达到以下学习目标。引入本课件是可编辑的正常PPT课件stl格式STL格式是一种三维图形文件格式，主要用于3D打印和计算机辅助设计（CAD）领域。它由3DSystems公司于1988年制定，作为快速原型制造技术的服务接口协议。STL文件由多个三角形面片的定义组成，每个三角形面片的定义包括三角形各个顶点的三维坐标及三角形面片的法矢量。这种文件格式的目标是作为3D打印（增材制造）的数据交换格式，因此它只包含三维物体的几何信息，不支持颜色、材质等其他信息。STL文件的优点包括广泛兼容性、简单性、文件大小较小等，这使得它几乎被所有的3D打印机和软件支持。然而，STL文件也存在一些缺点，如缺乏精确度、不支持颜色和材质等，这可能导致在复杂模型中损失一些细节。尽管如此，由于STL文件的简单性和广泛支持，它仍然是3D打印领域中最常用的一种文件格式。STL文件的格式包括ASCII文本格式和二进制格式两种。ASCII文本格式可读性好，可直接阅读，而二进制格式则占用磁盘空间小，大约为ASCII文本格式的1/6，但可读性较差。STL文件的处理只涉及平面与一次曲线求交，分层算法相对简单，且可以很方便地控制输出精度。此外，STL文件可以方便地转换为其他模型格式，如GLB、GLTF、OBJ、DAE、PLY、OFF等，同时也支持从其他模型格式转换为STL格式，显示了其良好的应用前景和兼容性。本课件是可编辑的正常PPT课件项目引入了解数据处理的基本流程。知识目标本课件是可编辑的正常PPT课件项目引入会使用GeomagicWrap软件对点云进行处理。能力目标本课件是可编辑的正常PPT课件项目引入(1)培养分析问题、解决问题的能力。(2)树立精益求精的工匠精神及爱岗敬业的劳动精神。素养目标本课件是可编辑的正常PPT课件思政园地严谨细致,善于研究、精益求精数据处理的流程比较烦琐,要有足够的细致和耐心,精益求精,才能得到好的数据结果。这是走上工作岗位的基本要求。此外,在处理过程中如果遇到问题,先要自己探索和思考,再向其他同学请教,以培养自己思考和解决问题的能力。本课件是可编辑的正常PPT课件目录任务一

了解GeomagicWrap任务二

GeomagicWrap基本操作训练任务三

点云阶段任务四

多边形阶段任务五

点云拼合任务一

了解GeomagicWrap任务一

了解GeomagicWrap目前很多数据采集系统都具备数据处理功能,对于没有数据处理功能的采集系统,可采用逆向设计软件进行数据处理。GeomagicWrap软件是一款可以用于数据处理和逆向建模的软件。经该软件处理后的数据,既可以直接输出进行3D打印,也可以使用目前行业中常用的建模软件进行逆向建模,从而得到扫描零件的模型数据。GeomagicWrap拓展应用【研讨会回放】扫描数据处理软件GeomagicWrap在口腔修复学中的应用点击右侧图片查看本课件是可编辑的正常PPT课件任务一

了解GeomagicWrap1.界面GeomagicWrap软件界面如图1-1所示。任务一

了解GeomagicWrap2.基本操作利用鼠标和快捷键可对模型进行操作,具体见表1-1。任务一

了解GeomagicWrap通过快捷键可实现全屏显示、旋转点设置、选项设置等功能,具体见表1-2。任务一

了解GeomagicWrap3.点云处理的操作流程应用GeomagicWrap软件进行数据处理可分为如下几个阶段:点云阶段(pointphase)、多边形阶段(polygonphase)和成形阶段(shapephase)。在本书中,进行数据处理只用到点云阶段和多边形阶段。具体操作流程如图1-2所示。任务二

GeomagicWrap基本操作训练任务二

GeomagicWrap基本操作训练1.打开毛球.wrp文件(1)启动GeomagicWrap软件后,单击左上角

图标,在打开的下拉菜单中选择“打开”→“打开”命令,或按Ctrl+O快捷键,或单击快捷工具栏中的“打开”按钮。(2)弹出“打开文件”对话框,找到文件存放路径,选择毛球.wrp文件,单击“打开”按钮,文件被载入模型显示区。任务二

GeomagicWrap基本操作训练注意:打开与导入是有区别的,使用“打开”命令,当前数据将覆盖前面的数据(同直接将数据文件拖动到视窗中一样);使用“导入”命令,则不会覆盖先前的数据,两个数据将同时被放在管理器面板中(同直接将数据拖到管理器面板中一样)。任务二

GeomagicWrap基本操作训练2.选择工具的使用若要显示全部对象,则单击“视图”选项卡中的“适合视图”按钮或按Ctrl+D快捷键或单击左侧工具栏中的“适合视图”按钮。在右侧工具栏中单击“矩形选择工具”按钮,然后在视窗中选取对象,红色区域表示被选中;若取消选择,则按Ctrl+C快捷键;按Delete键,删除选择区域;若取消删除(返回上一步),则按Ctrl+Z快捷键。任务二

GeomagicWrap基本操作训练

点击以上图标观看视频：基本操作训练任务二

GeomagicWrap基本操作训练注意:使用多义线选择工具(Ctrl+U)选取对象时,最后封闭需单击起始点或按空格键。任务二

GeomagicWrap基本操作训练1)背景模式的使用单击“选择背景模式”按钮,关闭背景模式(软件默认是开启的),此时选择数据,背面黄色部分的数据不会被选中;再次单击“选择背景模式”按钮,开启背景模式,此时使用选择工具选择模型,会发现背面黄色部分的数据被选中。任务二

GeomagicWrap基本操作训练如图1-3所示,背景模式的使用。彩图：背景模式的使用本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

GeomagicWrap基本操作训练2)贯穿模式的使用单击“选择可见”按钮,进入可见模式,此时使用选择工具选择模型,会发现只能选择看得见的部分;单击“选择贯通”按钮,进入贯穿模式,此时使用选择工具选择模型,会发现背面的数据也被选中。任务二

GeomagicWrap基本操作训练如图1-4所示,贯穿模式的使用。彩图：贯穿模式的使用本课件是可编辑的正常PPT课件任务二

GeomagicWrap基本操作训练注意:贯穿模式在删除网格数据时经常使用。如果选择可见模式,在选择并删除网格面后,会发现很多小网格面并未被删除,因此就需要使用贯穿模式。任务三

点云阶段任务三

点云阶段点云处理工具条如图1-5所示。一、点云阶段的命令与说明任务三

点云阶段点云阶段的命令与说明见表1-3。在点云阶段,需要将原始点云生成多边形模型。本阶段只要通过上述命令处理并封装出多边形(三角网格面)即可。任务三

点云阶段1.打开素材文件waike.wrp启动软件后,单击“打开”按钮或按Ctrl+O快捷键或拖动数据到视窗里(也可拖到“模型管理器”面板中),打开waike.wrp文件。导入文件时,系统会提示设置采样比率,采样比率越高,载入的点数越多(细节效果越好),但系统运行越慢,一般默认即可;还会提示为数据指定单位。二、点云阶段的操作步骤任务三

点云阶段

点击以上图标观看视频：外壳点云处理任务三

点云阶段2.视图控制为了快速旋转模型,在管理器面板中切换至“显示”选项卡,在“常规”选项组中,将“动态显示百分比”设置为“50”(见图1-6),即当旋转模型时只显示原数据的50%,可以提高刷新速度。显示百分比是根据点云大小和计算机性能进行判断的。“静态显示百分比”的设置方法与其相同。任务三

点云阶段注意:当模型不在视窗中时,按Ctrl+D快捷键可使模型充满视窗。任务三

点云阶段3.手动删除杂点单击“矩形选择工具”按钮,进入矩形工具的选择状态,改变模型的视图(便于选择),在视窗中单击并按住鼠标左键进行框选,被选中的点云会变成红色(见图1-7),按Delete键可将选中的云点删除。同样也可使用套索选择工具、多义线选择工具、椭圆选择工具、画笔选择工具选择杂点。任务三

点云阶段注意:当需要进行单个文件的杂点删除时,按F2键可显示单个点云,按F5键可显示全部点云。任务三

点云阶段4.着色点单击“点”选项卡中的“着色”按钮,在打开的下拉列表中选择“着色点”选项,系统将自动计算点云的法向量,赋予点云颜色。任务三

点云阶段5.断开组件连接单击“点”选项卡中的“选择”按钮,在打开的下拉列表中选择“非连接项”选项,弹出“选择非连接项”对话框,在“分隔”下拉列表框中选择“低”,然后单击“确定”按钮,退出对话框后按Delete键删除选中的非连接点云。该命令可自动探测所有非连接点云,代替手动选择。任务三

点云阶段如图1-8所示，断开组件连接。任务三

点云阶段操作命令说明如下。(1)分隔:低,表示点束距离主点云多远才被选中。(2)尺寸:5.0,表示非连接项的点数在模型点数的5%以下,才会被选中。注意:当操作失误时,按Ctrl+Z快捷键可返回上一步。任务三

点云阶段VS切换至“对齐”选项卡,单击“全局注册”按钮,弹出“全局注册”对话框,顺次单击“应用”按钮和“确定”按钮。该命令可对点云进行精细拼接。6.全局注册7.联合点对象切换至“点”选项卡,单击“联合点对象”按钮,弹出“联合点对象”对话框,顺次单击“应用”按钮和“确定”按钮。该命令可将多个点云模型联合为一个点云,便于后续的采样、封装等。任务三

点云阶段8.体外孤点单击“点”选项卡中的“选择”按钮,在打开的下拉列表中选择“体外孤点”选项,弹出“选择体外孤点”对话框,将“敏感度”设置为“100.0”,顺次单击“应用”按钮和“确定”按钮。按Delete键,删除选中的红色点云。该命令用来选择任何超出指定移动限制的点。体外孤点的功能非常保守,使用三次可达到最佳效果。任务三

点云阶段如图1-9所示，“敏感度”设置。操作命令说明如下。敏感度:通过为系统指定一个移动限制来约束选中点的数量。任务三

点云阶段9.减少噪音单击“减少噪音”按钮,弹出“减少噪音”对话框,顺次单击“应用”按钮和“确定”按钮。如图1-10所示,该命令有助于将扫描中的噪音点减少到最小,更好地表现真实的物体形状。造成噪音点的原因可能是扫描设备轻微震动、物体表面较差、光线变化等。任务三

点云阶段操作命令说明如下。自由曲面形状、棱柱形(保守)和棱柱形(积极)。参数根据实际需要进行选择,当有尖锐边或细节要保留时,可使用棱柱形;如要求平滑,则选择自由曲面形状。在“平滑度水平”条上左右拖动,可以改变平滑程度。“偏差限制”值用来限制数据点在平滑过程中的移动距离,一般采用系统自动计算出来的值。(1)参数任务三

点云阶段相当于再次使用“体外孤点”和“断开组件连接”命令,一般情况下无须使用该选项。可以选取一块区域,变换参数(棱柱形或自由曲面形状)后进行局部预览。该选项可用来设置预览点数和采样距离。(2)体外孤点(3)预览任务三

点云阶段10.统一采样单击“点”选项卡中的“统一”按钮,弹出“统一采样”对话框,在“输入”选项组中设置“绝对间距”为“0.2mm”,在“优化”选项组中将“曲率优先”值拉到中间(见图1-11),顺次单击“应用”按钮和“确定”按钮。该命令用于在保留物体原来面貌的同时减少点云数量,便于删除重叠点云和稀释点云。任务三

点云阶段操作命令说明如下。将“曲率优先”值调到滑动条中间,意味着系统将在曲率(1/R)变化大的区域内(如拐角处)尽量保留更多的点,也就是保留更多的细节。若选中“保持边界”复选框,则保留沿边界的点。(1)输入绝对间距、通过选择定义间距、由目标定义间距。绝对间距表示系统按照输入的点距进行采样;通过选择定义间距表示通过手动选两点,定义一个点距,进行采样;由目标定义间距表示系统根据用户定义的点云总数自动进行采样。(2)优先任务三

点云阶段注意:由于光学扫描需扫描多幅,而多幅点云间有重叠,所以需要通过采样消除重叠点云。任务三

点云阶段11.封装单击“封装”按钮,弹出“封装”对话框,直接单击“确定”按钮,系统将自动计算。该命令可将点转换成三角面,如图1-12所示。封装后可放大模型,手动点选一个三角面进行观察。保存文件。任务四

多边形阶段任务四

多边形阶段一、多边形阶段的命令与说明在多边形阶段,可采用许多命令来调整三角面。图1-13为多边形阶段的数据处理工具条。任务四

多边形阶段表1-4汇集了多边形阶段的常用命令。多边形阶段的处理非常重要,处理后的数据必须具有较好的质量,才能进入下一阶段,为后面的数据建模做好准备。在本阶段,需要熟悉常用命令的使用方法,通过填充单个孔、去除特征、网格医生、简化、松弛等基本操作实现多边形的规则化,使模型表面变得更加光滑,为后续建模打下基础。stl格式STL格式是一种三维图形文件格式，主要用于3D打印和计算机辅助设计（CAD）领域。它由3DSystems公司于1988年制定，作为快速原型制造技术的服务接口协议。STL文件由多个三角形面片的定义组成，每个三角形面片的定义包括三角形各个顶点的三维坐标及三角形面片的法矢量。这种文件格式的目标是作为3D打印（增材制造）的数据交换格式，因此它只包含三维物体的几何信息，不支持颜色、材质等其他信息。STL文件的优点包括广泛兼容性、简单性、文件大小较小等，这使得它几乎被所有的3D打印机和软件支持。然而，STL文件也存在一些缺点，如缺乏精确度、不支持颜色和材质等，这可能导致在复杂模型中损失一些细节。尽管如此，由于STL文件的简单性和广泛支持，它仍然是3D打印领域中最常用的一种文件格式。STL文件的格式包括ASCII文本格式和二进制格式两种。ASCII文本格式可读性好，可直接阅读，而二进制格式则占用磁盘空间小，大约为ASCII文本格式的1/6，但可读性较差。STL文件的处理只涉及平面与一次曲线求交，分层算法相对简单，且可以很方便地控制输出精度。此外，STL文件可以方便地转换为其他模型格式，如GLB、GLTF、OBJ、DAE、PLY、OFF等，同时也支持从其他模型格式转换为STL格式，显示了其良好的应用前景和兼容性。本课件是可编辑的正常PPT课件任务四

多边形阶段二、多边形阶段的操作步骤1.打开上一个案例封装好的三角面片文件启动软件后,单击“打开”按钮或按Ctrl+O快捷键或拖动数据到视窗里(也可拖到“模型管理器”面板中),打开waike.wrp文件。任务四

多边形阶段

点击以上图标观看视频：外壳三角面片处理任务四

多边形阶段2.全部填充、填充单个孔(1)单击“多边形”选项卡中的“全部填充”按钮,弹出“全部填充”对话框,在“取消选择最大项”数值框中输入“1”(见图1-14),顺次单击“应用”按钮和“确定”按钮,系统将自动填充所选的孔洞。任务四

多边形阶段操作命令说明如下。①取消选择最大项:根据边界周长大小进行排列,输入“n”,则取消排在前面的n个孔。②忽略复杂孔:若选中该复选框,则不填充复杂边界的孔洞。③最大周长:当孔的周长小于输入值时,孔才会被填充。④自动化:设置孔的填充规则。任务四

多边形阶段(2)先单击“多边形”选项卡中的“填充单个孔”按钮,然后单击右侧填充方式中的“边界孔”按钮。在视窗中,先在缺口处顺次单击点1和点2,然后选择需要填充的边界,系统将根据周边区域的曲率变化进行填充(见图1-15),按Esc键退出命令。任务四

多边形阶段注意:“曲率”按钮表示以曲率方式进行填充(默认);“切线”按钮表示以切线方式进行填充;“平面”按钮表示以平面方式进行填充;“内部孔”按钮表示填充封闭的孔洞;“边界孔”按钮表示填充未封闭的孔洞;“搭桥”按钮表示桥连两片不相关的边界。任务四

多边形阶段采用同样的方法填补其他部分边界,如图1-16所示。彩图：填充空本课件是可编辑的正常PPT课件任务四

多边形阶段3.去除特征使用选择工具(按Ctrl+U快捷键)选中中间的6个凹陷点,单击“多边形”选项卡中的“去除特征”按钮,系统将自动去除凸起部分,按Ctrl+C快捷键取消选择(取消红色区域)。采用同样的方法将6个凹陷处去除。对于比较深的特征,使用该命令无法去除,原因是有部分三角面片没有被选中,需要不断地调整视图,将没有被选中的数据全部选中。任务四

多边形阶段如图1-17所示，去除特征。彩图：去除特征本课件是可编辑的正常PPT课件任务四

多边形阶段4.网格医生单击“多边形”选项卡中的“网格医生”按钮,弹出“网格医生”对话框,系统将自动选中有问题的网格面(见图1-18),顺次单击“应用”按钮和“确定”按钮。彩图：自动选中有问题的网格面本课件是可编辑的正常PPT课件任务四

多边形阶段操作命令说明如下。01(1)操作:包含“类型”选项组和“操作”选项组。“类型”选项组中包括“自动修复”、“删除钉状物”、“清除”、“去除特征”、“填充孔”五种处理方式,其中“自动修复”包含所有处理方式。“操作”选项组用于选择对红色选中区域的处理方式,如“删除所选择的”、“创建流形”、“扩展选区”(扩大红色区域)。02(2)分析:显示选中的三角面属于哪种错误类型及数量多少。03(3)排查:逐个显示有问题的三角面。任务四

多边形阶段5.简化单击“多边形”选项卡中的“简化”按钮,弹出“简化”对话框,将“减少到百分比”设置为“70.0”,选中“固定边界”复选框,顺次单击“应用”按钮和“确定”按钮,如图1-19所示。任务四

多边形阶段(1)设置:“减少模式”选项组用于选择简化模式,一是按三角形数量变化(三角形计数),二是根据公差大小(公差)。“目标三角形计数”用来设置当前状态下的三角形数量;“减少到百分比”用来直接设定百分比;若选中“固定边界”复选框,则简化时尽量保持原有的多边形边界。根据公差大小进行简化时,需设置最大公差和较小三角形限制。最大公差用于指定顶点或位置移动的最大距离;较小三角形限制用于指定简化后的三角形数量。任务四

多边形阶段(2)高级:用于设置简化时的优先参数,一是曲率优先,二是网格优先级。“曲率优先”表示在高曲率区域尽可能保留更多的三角面,“网格优先级”则要求简化时尽可能均匀分布网格。任务四

多边形阶段6.松弛单击“多边形”选项卡中的“松弛”按钮,弹出“松弛多边形”对话框,将“强度”滑动条拖动到第2格,选中“固定边界”复选框(见图1-20),顺次单击“应用”按钮和“确定”按钮。“松弛”命令针对整个模型,而“砂纸”命令用于局部优化。任务四

多边形阶段7.保存文件至此扫描数据就处理完成了,在管理器面板中右击“合并点1(三角面)”,在弹出的快捷菜单中选择“保存”命令,弹出“另保存”对话框,输入文件名,保存类型选择“STL(binary)文件(*.stl)”后,单击“保存”按钮。处理好的数据用于后续进行3D打印或者逆向重建。任务五

点云拼合任务五

点云拼合大多数情况下,利用扫描仪就能自动拼接成一个数据。但有时对同一对象的数据进行采集时,一个数据被分成了多个数据,但这些数据具有相同的部分,因而就可以采用数据处理的拼接将数据进行对齐,从而得到一个完整的数据。对同一对象的多个角度的扫描数据,通过使用“手动注册”和“全局注册”命令进行对齐操作,将多个数据注册成一个完整的数据模型,并通过“合并”命令将多个点云构造成一个多边形模型(类似封装)。一、点云拼合的命令与说明任务五

点云拼合表1-5显示了数据拼接的命令。任务五

点云拼合二、点云拼合的操作步骤1.打开文件打开人脸.ac文件,该数据由脸部左边(left)、右边(right)、正面(front)3个数据组成。2.手动注册———1点注册单击“对齐”选项卡中的“手动注册”按钮,弹出“手动注册”对话框。系统默认“模式”为“1点注册”,在“定义集合”选项组中,“固定”选“front”;“浮动”选“left”。任务五

点云拼合如图1-21所示，1点注册设置。任务五

点云拼合

点击以上图标观看视频：基本操作训练任务五

点云拼合将上面两个窗口内的模型旋转到相同的方位(按住鼠标滚轮),放大模型(滚动鼠标滚轮),在左、右窗口中分别单击一个相同的点(单击大致相同的区域),系统将自动进行匹配。系统自动匹配完成后,单击对话框左下角“操作”选项中的“注册器”,对数据进行精细拼接,然后单击“确定”按钮,退出命令。任务五

点云拼合操作命令说明如下。模式:1点注册和n点注册。选择“1点注册”,系统将根据选择的一个公共点进行模型自动对齐;选择“n点注册”,系统将根据定义的多个公共点进行模型对齐(最多9个点)。任务五

点云拼合3.手动注册———n点注册先按住Ctrl键,选中组1和“right”,再按F2键,系统只显示这两个数据,单击“对齐”选项卡中的“手动注册”按钮,弹出“手动注册”对话框。在“定义集合”选项组中,“固定”选“组1”,“浮动”选“right”;在“模式”选项组中,选择“n点注册”。任务五

点云拼合如图1-22所示，n点注册设置。任务五

点云拼合将上面两个窗口中的模型旋转到相同的方位(按住鼠标滚轮),放大模型(滚动鼠标滚轮),在左、右窗口中分别单击三个相同的点(单击大致相同的区域),系统将根据指定点进行匹配。系统自动匹配完成后,单击左下角的“注册器”,进行注册(精细注册一次),最后单击“确定”按钮,退出命令。注意:模型结构简单时可用“1点注册”模式,模型较大或细节较多时使用“n点注册”模式。任务五

点云拼合此次注册后,发现数据拼接还是有一些明显的误差,如图1-23所示。任务五

点云拼合4.全局注册按F5键选中全部点云,单击“对齐”选项卡中的“全局注册”按钮,弹出“全局注册”对话框,顺次单击“应用”按钮和“确定”按钮。全局注册可使得点云间的注册更加精细。经过全局注册后,数据拼接的精度更高。任务五

点云拼合如图1-24所示，“全局注册”对话框。任务五

点云拼合如图1-25所示，全局注册后的效果。任务五

点云拼合5.合并单击“对齐”选项卡中的“合并”按钮,弹出“合并点”对话框[见图1-26(a)],单击“确定”按钮,将多个点云合并封装成三角面片。合并后的效果如图1-26(b)所示。任务五

点云拼合操作命令说明如下。设置:“局部噪音减低”用于局部降噪。“全局注册”复选框,若已使用过该选项,则无需选中;若未使用过,则“局部噪音减少”选择“自动”。若选中“保持原始数据”复选框,则封装后不删除原始点云。若选中“删除小组件”复选框,则封装过程中将删除离散的三角面。项目评价对于本项目任务,同学们对照自己的完成过程和结果,按照表1-6进行自我评价。评价本课件是可编辑的正常PPT课件项目总结(1)采用Wrap处理数据要经过点云阶段和多边形阶段。(2)点云阶段的处理:掌握“联合点对象”和“统一采样”等命令的用法,掌握数据拼接和数据对齐的方法。(3)多边形阶段的处理:掌握“填补孔洞”“去除特征”和“删除钉状物”等命令的用法。总结本课件是可编辑的正常PPT课件项目拓展(1)按照书中步骤处理毛球修剪器数据,保存为STL(binary)文件。(2)数据处理中的“统一采样”起到什么作用?(3)数据处理分为哪些阶段?(4)数据处理中的“全局注册”起到什么作用?拓展本课件是可编辑的正常PPT课件项目拓展拓展本课件是可编辑的正常PPT课件感谢观看项目二标准零件的三维数据采集与逆向设计讲课教师：项目引入某大学教学样件的数量不够,不能满足教学需求。现利用扫描仪采集样件的三维数据,然后进行数据重构,通过重构数据进行数控加工,完成样件的制作。要求:特征重构,控制建模平均误差在±0.2mm以内。通过完成本项目,达到以下学习目标。引入本课件是可编辑的正常PPT课件项目引入标准零件如图2-1所示。引入本课件是可编辑的正常PPT课件项目引入(1)了解数据采集原理及数据采集的基本流程。(2)掌握标准零件的数据采集方法。(3)了解规则零件产品设计的逆向思路与方法。(4)掌握DesignX的基本操作,以及“面片草图”和“拉伸”命令的使用方法。知识目标本课件是可编辑的正常PPT课件项目引入(1)会使用拍照式三维扫描仪对产品进行数据采集。(2)会对采集到的点云进行处理。(3)会对标准零件进行数据对齐和完成逆向建模。能力目标本课件是可编辑的正常PPT课件项目引入(1)培养分析问题、解决问题的能力。(2)建立规范操作意识,树立团队合作的精神。(3)树立精益求精的工匠精神及爱岗敬业的劳动精神。素养目标本课件是可编辑的正常PPT课件思政园地自信自强、守正创新由于技术壁垒高、产业链滞后以及市场认知不足等,三维视觉关键技术长期以来被国际巨头公司所垄断。国内自主研发三维视觉技术的科技企业专注于高精度的3D视觉技术的研发与应用,实现了高精度三维激光扫描产品国产化,填补了国内行业技术空白。我国多家企业面向工业级市场推出3D相机系列产品、面向消费级市场推出3D扫描仪系列产品,并逐渐在器件、算法、数据、产能等方面形成了自己的独特优势。在器件方面,国内企业在3D相机、3D扫描仪产品中搭载的光学芯片和计算芯片均能自研。本课件是可编辑的正常PPT课件思政园地在算法方面,也能做到基于对大量光学成像算法的开发,便于3D相机用户进行二次开发。在数据方面,已经拥有已知的全球最大激光三维成像数据库和高精度3D亚洲人脸数据库,用于支持器件、算法的开发。本课件是可编辑的正常PPT课件目录任务一

标准零件的三维数据采集任务二

标准零件的数据处理任务三

标准零件的逆向设计-任务一

标准零件的三维数据采集任务一

标准零件的三维数据采集一、知识链接———拍照式数据采集技术1.拍照式数据采集原理利用相位和立体视觉技术的结合,在物体表面投射光栅,不同的物体表面形状使得投射过来的光栅影线发生不同的变形,利用两个工业相机获取相应图像,通过解析计算变形影线,获得图像上的像素点的三维空间坐标,形成密集的三维点云,以实现物体表面三维轮廓的测量。拍照式数据采集基于光学原理,利用设备从不同的方向拍摄获得产品的图像,将产品的点云提取出来。一般要通过多次拍照采集,通过相邻两次扫描获取的共同标志点完成数据的拼合。光栅由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件称为光栅（grating）。一般常用的光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕制成，刻痕为不透光部分，两刻痕之间的光滑部分可以透光，相当于一狭缝。精制的光栅，在1cm宽度内刻有几千条乃至上万条刻痕。这种利用透射光衍射的光栅称为透射光栅，还有利用两刻痕间的反射光衍射的光栅，如在镀有金属层的表面上刻出许多平行刻痕，两刻痕间的光滑金属面可以反射光，这种光栅称为反射光栅。栅是结合数码科技与传统印刷的技术，能在特制的胶片上显现不同的特殊效果。在平面上展示栩栩如生的立体世界，电影般的流畅动画片段，匪夷所思的幻变效果。光栅是一张由条状透镜组成的薄片，当我们从镜头的一边看过去，将看到在薄片另一面上的一条很细的线条上的图像，而这条线的位置则由观察角度来决定。如果我们将这数幅在不同线条上的图像，对应于每个透镜的宽度，分别按顺序分行排列印刷在光栅薄片的背面上，当我们从不同角度通过透镜观察，将看到不同的图像。本课件是可编辑的正常PPT课件任务一

标准零件的三维数据采集如图2-2所示，拍照式数据采集原理。任务一

标准零件的三维数据采集2.拍照式数据采集系统的构成拍照式数据采集系统分为双目采集系统和单目采集系统。图2-3为双目采集系统,由三维扫描仪、被扫描物体、工作台、扫描仪软件构成。三维扫描仪在使用时应避免发生碰撞,防止造成不必要的硬件系统损坏或影响扫描数据的质量。双缝干涉在量子力学里，双缝实验（double-slitexperiment）是一种演示光子或电子等等微观物体的波动性与粒子性的实验。双缝实验是一种“双路径实验”。在这种更广义的实验里，微观物体可以同时通过两条路径或通过其中任意一条路径，从初始点抵达最终点。这两条路径的程差促使描述微观物体物理行为的量子态发生相移，因此产生干涉现象。另一种常见的双路径实验是马赫-曾德尔干涉仪实验。双缝实验的基本仪器设置很简单，将像激光一类的相干光束照射于一块刻有两条狭缝的不透明板，通过狭缝的光束，会抵达照相胶片或某种探测屏，从记录于照相胶片或某种探测屏的辐照度数据，可以分析光的物理性质。光的波动性使得通过两条狭缝的光束相互干涉，形成了显示于探测屏的明亮条纹和暗淡条纹相间的图样，明亮条纹是相长干涉区域，暗淡条纹是相消干涉区域，这就是双缝实验著名的干涉图样。本课件是可编辑的正常PPT课件任务一

标准零件的三维数据采集某品牌单目采集系统的硬件构成如图2-4所示。任务一

标准零件的三维数据采集其中,扫描头如图2-5所示。任务一

标准零件的三维数据采集云台如图2-6所示。扫描仪通过云台安装在三脚架上,扫描头扶手仅用于云台对扫描头做上下、水平、左右调整。云台云台根据其回转的特点可分为只能左右旋转的水平旋转云台和既能左右旋转又能上下旋转的全方位云台。一般来说，水平旋转角度为0°～350°，垂直旋转角度为+90°。恒速云台的水平旋转速度一般在3°～10°/s，垂直速度为4°/s左右。变速云台的水平旋转速度一般在0°～32°/s，垂直旋转速度在0°～16°/s左右。在一些高速摄像系统中，云台的水平旋转速度高达480°/s以上，垂直旋转速度在120°/s以上。其实云台就是两个交流电机或直流电机组成的安装平台，可以水平和垂直的运动。但是要注意我们所说的云台区别于照相器材中的云台，照相器材的云台一般来说只是一个三脚架，只能通过手来调节方位；而监控系统所说的云台是通过控制系统在远程可以控制其转动以及移动的方向的。本课件是可编辑的正常PPT课件任务一

标准零件的三维数据采集调整云台旋钮可使扫描头实现多角度转向;调整三脚架旋钮可对扫描头的高低进行调整;在对云台及三脚架的角度﹑高低调整完成后,一定要将各方向的螺钉锁紧,否则可能会由于固定不紧造成扫描头内部器件发生碰撞,导致硬件系统损坏;也可能造成硬件系统在扫描过程中晃动,对扫描结果产生不利影响。扫描头与快装板用螺丝相连接后与云台连接装卡,硬件系统装卡完毕。拆分时,按住云台快装板按钮,拔起扫描头即可。开启软件和设备电源,就可以进行系统标定和数据采集了。任务一

标准零件的三维数据采集某品牌单目采集系统的软件界面如图2-7所示。任务一

标准零件的三维数据采集010203043.拍照式数据采集准备和方法1)相机参数标定相机参数标定是整个数据采集系统精度的基础,因此在安装完成数据采集系统、第一次扫描前必须对相机参数进行标定;另外,遇以下几种情形也要进行标定。标定方法可以查看各设备的说明书。对数据采集系统进行远途运输对硬件进行调整硬件发生碰撞或者严重震动设备长时间不使用任务一

标准零件的三维数据采集2)喷洒显像剂根据采集工件或产品的反光情况、颜色、透明度,确定是否喷洒显像剂(喷粉)。由于三维扫描是基于光学原理的,因此对于以下三种采集对象需要喷洒显像剂。喷洒方法是:距离产品30cm,在产品表面喷洒薄且均匀的白色显像剂。喷洒显像剂使用显像剂进行喷涂时，应注意以下几点：摇均匀显像剂。在喷涂前，应确保显像剂已充分摇匀，确保显像剂中的成分混合均匀。保持合适的喷涂距离。在喷涂时，应保持喷嘴与被检面一定的距离，通常在15-20cm左右。过近可能导致喷涂过厚，过远则可能影响喷涂效果。控制喷涂方向和速度。喷涂时应保持一定的角度，通常与被检面夹角为30℃~40℃。同时，控制喷涂的速度确保显像剂均匀地覆盖被检面。避免重复喷涂。显像剂应薄而均匀地施加，不要在同一地点重复多次喷涂，以免造成堆积或过厚的现象。本课件是可编辑的正常PPT课件任务一

标准零件的三维数据采集(1)反光:扫描物体表面存在高强度的镜面反射,如图2-8(a)所示。(2)深色:扫描物体是深黑色,如图2-8(b)所示。(3)透明:扫描物体(玻璃、薄的塑料)表面透明,或者有一定的透光层,如图2-8(c)所示。任务一

标准零件的三维数据采集3)粘贴标志点粘贴标志点用于多次数据采集之间的数据拼接。粘贴标志点时要注意以下几个问题。(1)(2)(3)(4)标志点要尽量贴在工件的平面区域或曲率较小的曲面上,且距离工件边界远一些。标志点不要贴在一条直线上,应该呈V形分布。标志点尽量贴在产品表面和辅助转盘上,具体位置要考虑扫描和拼接策略。保证相邻两次扫描中可以采集到3个或3个以上的公共标志点。任务一

标准零件的三维数据采集采集数据时,一般将产品放置在辅助转盘上(见图2-9),将辅助转盘和产品看作一个整体,在扫描仪镜头下按照某一方向旋转转盘一定角度,采集数据;获得完整的数据需要旋转4~6次并采集。转盘有助于采集到相邻两次数据更多的公共标志点,便于数据拼接。任务一

标准零件的三维数据采集4)数据采集开启扫描仪和计算机软件,将产品放置在辅助转盘上,并置于扫描仪的光照范围内,转动辅助转盘或者产品就可以实施数据采集了。任务一

标准零件的三维数据采集1.启动软件启动Wrap_Win3D扫描系统,使其预热5~10min,以保证标定状态与扫描状态尽可能相近。双击Wrap快捷图标,启动软件,单击“任务”选项卡中的“扫描”按钮[见图2-10(a)]。二、扫描仪标定任务一

标准零件的三维数据采集打开“Wrap三维扫描系统”窗口[见图2-10(b)],任务一

标准零件的三维数据采集选择“视图”→“标定/扫描”命令,进入标定视图界面[见图2-10(c)]。任务一

标准零件的三维数据采集开始标定:开始标定操作。123456重新标定:若标定失败或零点误差较大,单击此按钮重新进行标定。显示帮助:引导用户按图所示放置标定板。标定信息显示区:显示标定步骤及下一步操作提示、标定成功或未成功的信息。相机标志点提取显示区:显示相机采集区域提取成功的标志点圆心位置(用绿色十字叉标识)。相机实时显示区:对相机采集区域进行实时显示,用于观测并调整标定板的位置。任务一

标准零件的三维数据采集2.调整扫描距离3.开始标定调整扫描仪的高度及投射角度等,直到投射到地面的光幕呈矩形为止。通过调整相机的高度使相机预览十字与光幕十字尽量重合。步骤1:放置标定板,使标定板上的两大点朝向操作者,使光幕十字与标定板十字重合,单击“标定步骤1”按钮(或按空格键)。任务一

标准零件的三维数据采集如图2-11所示，标定步骤1。任务一

标准零件的三维数据采集步骤2:标定板不动,调整三脚架,使硬件系统升高40mm(向上摇4圈),单击“标定步骤2”按钮,如图2-12所示。任务一

标准零件的三维数据采集步骤3:标定板不动,调整三脚架,使硬件系统降低80mm(向下摇8圈),单击“标定步骤3”按钮,如图2-13所示。任务一

标准零件的三维数据采集步骤4:调整三脚架,使硬件系统升高40mm(向上摇4圈)。将标定板沿顺时针方向旋转90°,并垫起左下角(操作者的左下角),角度约为20°,使标定板十字与光幕十字重合,单击“标定步骤4”按钮,如图2-14所示。任务一

标准零件的三维数据采集步骤5:硬件系统的高度不变,垫起角度不变,将标定板沿顺时针方向旋转90°,使标定板十字与光幕十字重合,单击“标定步骤5”按钮,如图2-15所示。任务一

标准零件的三维数据采集步骤6:硬件系统的高度不变,垫起角度不变,将标定板沿顺时针方向旋转90°,使标定板十字与光幕十字重合,单击“标定步骤6”按钮,如图2-16所示。任务一

标准零件的三维数据采集步骤7:硬件系统的高度不变,将标定板沿顺时针方向旋转90°,垫起标定板的右侧(操作者的右边),角度约为30°,使标定板