《产品逆向设计》课件-项目2：胖花猪逆向设计与制作

胖花猪逆向设计与制作——项目导入主讲人：一、项目说明胖花猪逆向设计与3D打印制作项目主要通过三维扫描获取的点云数据，利用GeomagicStudio软件进行逆向设计，创建出3D数字模型，用于再创新设计或生产。通过该产品的逆向设计过程的教学，展示艺术类非清晰参数产品的逆向设计方法。逆向设计部分一、项目说明根据胖花猪产品结构特点，通过产品切片操作的介绍，展示FDM3D打印技术特点，以及打印制作技巧。产品制作过程效果如图所示。3D打印制造部分二、学习目标01素质目标培养逆向解构、类比分析、优化改良思维强化动手实操意识，树立理论结合实践理念树立规范操作与安全意识02知识目标解GeomagicStudio点云数据处理流程及点云处理功能命令的运用；掌握GeomagicStudio精确曲面整体拟合功能命令的应用；了解FDM式3D打印切片处理流程。03素质目标能够应用GeomagicStudio软件进行数据预处理；能够应用GeomagicStudio软件进行精确曲面处理；能够操作3D打印设备打印出胖花猪实物。三、项目分析胖花猪是一个艺术类的产品，模型结构非常复杂，产品表面特征无精确参数，该类产品的逆向设计过程最好的方式是通过高质量的扫描，获取高质量的表面点云数据，通过GeomagicStudio软件进行点云处理，应用精确曲面整体拟合的方式创建CAD模型。该产品是尺寸小于150mm的塑料件，外观整体结构符合FDM式3D打印制作工艺。1.产品分析三、项目分析由于扫描设备的原因，获取的点云呈现黑色，尺寸单位为英寸等问题，所以数据处理前，可先对点云文件进行转换单位、着色等预设值；其次将扫描过程中产生的大量杂点进行去除；然后通过点云数据的优化及三角面片数据的优化处理；最后通过精确曲面整体拟合的方式进行逆向设计，创建CAD模型。2.设计策略三、项目分析由于该产品是尺寸小于150mm的塑料件，外观整体结构符合FDM式3D打印制作工艺。3.打印策略本节课学习了胖花猪逆向设计与3D打印制作的项目内容、学习目标与项目实施策略。了解了艺术类无参数产品依托GeomagicStudio软件完成点云处理、曲面拟合的逆向设计方法，掌握了该产品的逆向设计思路与FDM3D打印适配工艺，明确了课程素质、知识与技能三维学习目标。结合本节所学，说一说胖花猪这种艺术类无参数产品，适合采用哪种逆向建模方式，原因是什么？胖花猪逆向设计与制作——知识准备主讲人：1.点云数据及其特点点云由三维扫描仪获取的大量表面采样点集合，每个点包含空间坐标（X，Y，Z）及可能的颜色信息。01特点数据量大（可达百万级）、分布不均匀、含有噪声和冗余点，需经预处理才能用于建模。02单位与坐标扫描设备可能使用英寸、毫米等不同单位，逆向前必须统一单位，确保后续尺寸准确。032.点云预处理核心操作原理去噪（去除杂点）包括手动窗选删除、自动算法（如“体外孤点”“非连接项”），用于去除扫描过程中的环境干扰点（如工作台、垫块、标识点等）。联合点对象将多个点云文件合并为单一对象，便于统一处理。全局注册多次扫描拼接而成的点云存在拼接误差，通过全局注册算法自动优化各片点云之间的相对位置，减小重叠区域的偏差。采样（统一采样）通过设定点间距（如0.5mm）使点云密度均匀化，既降低数据量，又避免局部过密或过疏影响后续曲面质量。010403023.三角面片（多边形阶段）核心概念封装（三角化）将点云转换为三角面片网格（STL格式），每个三角形由相邻三个点构成，是逆向中“点云→曲面”的过渡形态。网格医生自动检测并修复面片中的错误（如自相交、非流形边、重叠三角形等），是保证后续曲面质量的关键步骤。孔洞修复扫描盲区或标识点位置会形成孔洞，需根据孔洞类型（内部孔、边界孔）及周边曲率选择合适的填充方式（曲率/切线/平面）。光顺处理通过“去除特征”“减少噪音”等命令，消除局部变形、棱边异常，使面片更平滑，但需注意过度光顺会丢失细节特征。4.精确曲面与CAD模型转换自动曲面化：将三角面片拟合为NURBS曲面片（非均匀有理B样条），适用于“有机形状”（如动物、人体）的艺术类模型。曲面片与三角面片的区别三角面片由平面三角形拼接而成，本质是离散近似，文件小但无法直接用于机械加工或参数化修改。01曲面片（NURBS）由数学曲线定义，表面连续光滑，可编辑控制点，可导出为STEP/IGES等CAD通用格式，用于再设计或制造。02转化到CAD对象将曲面片组合为实体模型，完成逆向重建。03本节课学习了胖花猪逆向设计与制作的知识准备，了解了三维扫描点云数据的定义与特点，掌握了点云预处理、三角面片网格优化的核心操作原理，区分了三角面片与NURBS曲面片的差异，明晰了艺术类模型自动曲面化、转换CAD模型的逆向建模核心逻辑。相较于三角面片，NURBS曲面片在艺术类模型逆向设计与后期制作中有哪些优势？任务名称指标分值评分标准任务1：胖化猪逆向设计（70分）去噪效果20无明显孤立点、毛刺，噪声点去除率≥95%，保留原始特征，过度平滑导致特征丢失每处扣3分。

密度均匀性20点云密度符合要求，无局部过密/过疏，密度偏差≤10%，不符合要求酌情扣1-5分

光顺效果30每个特征处过度处理扣3分，每个区域光洁度不够扣3分。任务2：胖花猪3D打印（25分）完成度10达到期待的优秀水平得满分；达到标准且某些方面超过标准得2/3分；达到标准得1/3分；各方面均低于标准（包括“未做尝试”）得0分。

表面粗糙度5

尺寸精度10职业素养（5分）安全、规范、质量、团队意识等5职业素养各维度表现突出，严格遵守各项规范，质量意识强，团队协作高效，无违规记录得满分。未做到，酌情扣分。项目2：胖花猪逆向设计与制作项目2：胖花猪逆向设计与制作1.逆向设计过程中，三角