1、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)價(jià)）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) * 專業(yè)班級(jí) 機(jī)制* 授課教師 * 分 院 機(jī)電與能源工程分院 完成日期 * 年 *月 *日 緒論10.1什么是逆向工程11.2逆向工程的基本操作步驟1第一章 點(diǎn)云擺正綜合練習(xí)21.1目的和意義21.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)擺正的原理及實(shí)現(xiàn)流程21.3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)擺正綜合練習(xí)及具體實(shí)現(xiàn)步驟2第二章 逆向建模特征線構(gòu)建技術(shù)132.1 目的和意義132.2 曲面對(duì)齊與拼接的原理及實(shí)現(xiàn)流程132.3曲面對(duì)齊與拼接綜合練習(xí)及具體實(shí)現(xiàn)步驟133.1 目的和意義303.2 曲線構(gòu)建的原理及實(shí)現(xiàn)流程

2、303.3 曲線構(gòu)建及具體實(shí)現(xiàn)步驟304.1 目的和意義344.2 曲面重構(gòu)的原理及實(shí)現(xiàn)流程344.3點(diǎn)云拼接綜合練習(xí)及具體實(shí)現(xiàn)步驟34第五章 ：點(diǎn)云數(shù)據(jù)修補(bǔ)綜合練習(xí)395.1 目的和意義395.2 曲面重構(gòu)的原理及實(shí)現(xiàn)流程395.3點(diǎn)云拼接綜合練習(xí)及具體實(shí)現(xiàn)步驟39第六章 總結(jié)與反思47緒論 0.1什么是逆向工程逆向工程技術(shù)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)備準(zhǔn)確的、快速的測(cè)量出實(shí)物表面的三維坐標(biāo)點(diǎn)，并根據(jù)這些坐標(biāo)點(diǎn)通過三維幾何建模方法重建實(shí)物CAD模型的過程，它屬于產(chǎn)品導(dǎo)向（product ori

3、ented）。逆向工程不是簡(jiǎn)單的再現(xiàn)產(chǎn)品原型，而是技術(shù)消化、吸收，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)新開發(fā)的重要途徑。通過逆向工程掌握產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想屬于功能向?qū)А?.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)(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)方法不同,逆向工程技術(shù)第一步是點(diǎn)云獲取。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)獲取是向逆向工程軟件準(zhǔn)備建模的基礎(chǔ)，獲取數(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)云獲取大致分為三種主流方法：1.接觸式測(cè)量法：采用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過接觸，將信號(hào)傳遞到專用軟件，主要有橋式、關(guān)節(jié)臂式、龍門

4、式、懸臂式等。2.非接觸式測(cè)量法：采用光學(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)并不一定是正對(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)獲取 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參照

5、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. ：打開文件，點(diǎn)擊創(chuàng)建圓命令，中心坐標(biāo)（0,0,0），方向?yàn)閆軸，應(yīng)用。圖 1.12：作已創(chuàng)建的圓的法線，起點(diǎn)坐標(biāo)（0,0,0），方向?yàn)閆軸，應(yīng)用。圖 1.23：創(chuàng)建平面，以3點(diǎn)創(chuàng)建平面，3點(diǎn)位置選擇在小女孩雕像的底部，因?yàn)檫@個(gè)面相對(duì)平整。圖 1.34：創(chuàng)建曲面法線。圖 1.45：創(chuàng)建群組，將生成的面、面的法線和小女孩生成一個(gè)群組。生成后它們合成一體，變成黃色。圖 1.5圖 1.66：點(diǎn)擊根據(jù)特征定位工具，選用逐步，先配對(duì)方式選用點(diǎn)云，選擇配對(duì)的兩條線，點(diǎn)擊添加；再配

6、對(duì)方式選用平面，選擇配對(duì)的兩個(gè)面，點(diǎn)擊應(yīng)用。圖 1.77：右擊小女孩，選擇取消群組。并將之前添加的線面都刪除。圖 1.88：創(chuàng)建一個(gè)圓，中心坐標(biāo)（0,0,0），方向?yàn)閄軸，應(yīng)用。圖 1.99：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（先選一點(diǎn)+CTRL+另一點(diǎn)），應(yīng)用。 圖 1.1010：隱藏小女孩，出現(xiàn)截圖的點(diǎn)云。圖 1.1111：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 1.1212：最佳擬合定位：正確選擇移動(dòng)物體，來源對(duì)象，目標(biāo)對(duì)象。定位選擇：最佳可能的；定位方式：Z軸約束，應(yīng)用。圖 1.1313：刪除截圖點(diǎn)云數(shù)據(jù)以及圓。 圖 1.1414：

7、選擇直線命令，沿著底部畫一條直線圖 1.515：延伸命令，延伸畫好的直線，為了更好地區(qū)別直線與點(diǎn)云。圖 1.1616：右擊空白區(qū)域，選擇鏡像顯示命令，鏡像直線。圖 1.1717：點(diǎn)擊位移工具，選擇全部，沿著X方向移動(dòng)，距離為1，通過多次移動(dòng)調(diào)整點(diǎn)云到下圖。圖 1.1818：點(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)對(duì)象，選擇全部，旋轉(zhuǎn)軸方向選取Z軸，角度定為0.5度，通過多次操作，實(shí)現(xiàn)直線與點(diǎn)云底部邊緣對(duì)齊。圖 1.1919：按F2，查看點(diǎn)云，點(diǎn)云擺正完成。圖 1.20第二章 逆向建模特征線構(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)通過軟件處理進(jìn)行修補(bǔ)

8、的過程2.2 曲面對(duì)齊與拼接的原理及實(shí)現(xiàn)流程對(duì)齊的原理：通過選取同一個(gè)模型上兩個(gè)不同部分上的近似點(diǎn)，通過軟件識(shí)別并重組。拼接的原理：將=不完整的模型通過軟件命令進(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：選擇材料破損孔的孔填充物體的局部平滑裁剪無法單孔填充的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：打開鼠標(biāo)文件，點(diǎn)擊圖層編輯，新建圖層bottom、top和outline。方便區(qū)分內(nèi)容，可分別在不同的圖層下進(jìn)行編輯。圖 2.12:在outline的圖層下，點(diǎn)擊3D-B-樣條，沿著鼠標(biāo)中間的線畫一條曲線，階數(shù)為4，應(yīng)用。圖 2.

9、23：點(diǎn)擊曲線投影到點(diǎn)云，選擇點(diǎn)云和曲線，投影：在方向范圍內(nèi)；方向：X軸，點(diǎn)數(shù)量：50，應(yīng)用。圖 2.34：改變點(diǎn)顯示，點(diǎn)尺寸調(diào)大一點(diǎn)，便于后續(xù)操作。圖 2.45：隱藏鼠標(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 2.56：合并點(diǎn)云，將鏡像得到的兩個(gè)點(diǎn)云曲線合并成一體。刪除原來的兩個(gè)點(diǎn)云曲線，保留生產(chǎn)的點(diǎn)云。圖 2.67：將得到的點(diǎn)云按照最近點(diǎn)排序，圖 2.78：點(diǎn)擊均勻曲線，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，偏差計(jì)算，應(yīng)用。出現(xiàn)偏差計(jì)算對(duì)話框。按ctrl+M，關(guān)閉偏差計(jì)算。圖 2.8圖 2.99：刪除點(diǎn)云，保留曲線。圖 2.1010：通

10、過曲線上兩點(diǎn)畫直線。圖 2.1111：曲線截?cái)?，將曲線用點(diǎn)或者曲線來截?cái)啵⒈Ａ魞啥?。圖 2.1212：創(chuàng)建曲線約束，選擇剛剛截?cái)嗟膬蓷l線，進(jìn)行曲線約束，約束點(diǎn)控制在兩天曲線的接觸位置，應(yīng)用。圖 2.1313：工作圖層選擇bottom圖層，將outline圖層中的曲線隱藏，避免為后續(xù)的操作帶來干擾，按F1，在鼠標(biāo)底部畫一條直線，如下圖。圖 2.1414：將所話的直線投影到點(diǎn)云數(shù)據(jù)中，投影方向?yàn)閆軸，點(diǎn)數(shù)60個(gè)，應(yīng)用。圖 2.1515：隱藏點(diǎn)云，刪除直線，按最近點(diǎn)排序點(diǎn)，應(yīng)用。圖 2.1616：點(diǎn)擊均勻曲線命令，選擇曲線，應(yīng)用。圖 2.1717：刪除點(diǎn)云，保留曲線。如下圖。 圖 2.1818：在

11、bottom圖層下，將其他圖層的曲線隱藏，點(diǎn)擊F7，將鼠標(biāo)調(diào)整到如下位置，點(diǎn)擊直線命令，在靠近鼠標(biāo)底部向上1cm的距離畫一條直線，如下圖。圖 2.1919：將直線投影到點(diǎn)云中，方向?yàn)閄軸，應(yīng)用。圖 2.2020：隱藏鼠標(biāo)，點(diǎn)擊鏡像命令，將得到的點(diǎn)云曲線以X軸為鏡像平面進(jìn)行鏡像操作，保留復(fù)制物件。圖 2.2121：合并點(diǎn)云圖 2.2222：將點(diǎn)云按照最近點(diǎn)排序。圖 2.2323：點(diǎn)擊均勻曲線命令，跨度調(diào)整為14，勾選封閉曲線，應(yīng)用。圖 2.2424：刪除點(diǎn)云，保留一條曲線。圖 2.2525：顯示所有曲線，得到鼠標(biāo)的輪廓曲線。得到如下圖：圖 2.2626：延長(zhǎng)曲線，通過延長(zhǎng)命令來延長(zhǎng)各條曲線的端點(diǎn)

12、，便于后續(xù)曲線的相交。圖 2.2727：相交曲線：通過相交曲線命令，將各條曲線連接在一起。圖 2.2828：截?cái)嗲€：通過截?cái)嗲€命令，用點(diǎn)截?cái)?，選擇需要截?cái)嗟那€并保留兩端。圖 2.2929：刪除多余的曲線：圖 2.3015：重復(fù)如上操作，得到一個(gè)連接完整的相連曲線圖：圖 2.3116：在各個(gè)接點(diǎn)處創(chuàng)建曲線約束。圖 2.32第3章 逆向建模曲面構(gòu)建技術(shù)3.1 目的和意義曲線構(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)，曲線構(gòu)建的精確與否可直接影響到項(xiàng)目與目標(biāo)的相似度，因此至關(guān)重要。3.2 曲線構(gòu)建的原理及實(shí)現(xiàn)流程原理：通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)特征，做出相近的曲線來表達(dá)其的特征實(shí)現(xiàn)流程：點(diǎn)云數(shù)據(jù)的選

13、擇樣條曲線繪制曲線修正曲線約束3.3 曲線構(gòu)建及具體實(shí)現(xiàn)步驟（1）Imageware曲面重組1：（繼續(xù)如上第二章的操作）點(diǎn)擊直紋曲面命令，分別選擇曲線和路徑曲線，曲線為上面兩條，路徑曲線為下面兩條，定位方式為路徑曲線定位，應(yīng)用。圖 3.12：點(diǎn)擊橋接UV曲線網(wǎng)格，分別選擇U、V曲線，通過特征匹配，邊界，應(yīng)用。圖 3.23：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，描出龍爪的特征線，點(diǎn)擊確定。下圖所示：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。圖6.3（

14、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第4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：通過前期構(gòu)造好的曲線來形成曲面。實(shí)現(xiàn)流程：曲線導(dǎo)入曲面約束及擬合著色曲面方向的改變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 4.12：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，如下圖圖 4.2圖 4.3圖 4.

15、43：選擇全局注冊(cè)命令，數(shù)據(jù)按原始數(shù)據(jù)來處理，點(diǎn)擊應(yīng)用，確定。完成點(diǎn)云如下圖：圖 4.5圖 4.64：點(diǎn)擊合并命令，不更改設(shè)置參數(shù)，點(diǎn)擊確定。完成如下：圖 4.74：依次導(dǎo)入女神頭像的其他點(diǎn)云片，通過重復(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5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)是通過軟件操作對(duì)獲取的有殘缺的點(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)。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：打開龍爪

16、文件，如下圖：圖 5.12：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圖 5.33：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圖 5.54：旋轉(zhuǎn)爪子，發(fā)現(xiàn)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)擊去除特征命令，完成地面的自動(dòng)磨平操作，如下圖：圖 5.6圖 5.76：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 圖 5.97：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：圖 5.10圖 5.11圖