逆向工程三维建模关键技术.docx

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逆向工程三维建模关键技术

宁波理工学院

逆向工程与快速原型技术

（综合技能训练及评价）

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****

授课教师******　　

分院机电与能源工程分院

完成日期****年**月*日

绪论

0.1什么是逆向工程

逆向工程技术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准确的、快速的测量出实物表面的三维坐标点，并根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（productoriented）。

逆向工程不是简单的再现产品原型，而是技术消化、吸收，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。

通过逆向工程掌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

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同,逆向工程技术第一步是点云获取。

通常是利用测量设备对零件表面进行数据采样。

数据获取是向逆向工程软件准备建模的基础，获取数据的点云会直接影响到后续的曲面重构质量。

点云获取大致分为三种主流方法：

1.接触式测量法：

采用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：

采用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，采集到的数据并不一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

实物点云数据获取→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ImagewareR13.2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。

图1.1

2：

作已创建的圆的法线，起点坐标（0,0,0），方向为Z轴，应用。

图1.2

3：

创建平面，以3点创建平面，3点位置选择在小女孩雕像的底部，因为这个面相对平整。

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。

图1.5

图1.6

6：

点击根据特征定位工具，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。

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：

创建一个圆，中心坐标（0,0,0），方向为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。

图1.10

10：

隐藏小女孩，出现截图的点云。

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：

最佳拟合定位：

正确选择移动物体，来源对象，目标对象。

定位选择：

最佳可能的；定位方式：

Z轴约束，应用。

图1.13

13：

删除截图点云数据以及圆。

图1.14

14：

选择直线命令，沿着底部画一条直线

图1.5

15：

延伸命令，延伸画好的直线，为了更好地区别直线与点云。

图1.16

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Z轴，角度定为0.5度，通过多次操作，实现直线与点云底部边缘对齐。

图1.19

19：

按F2，查看点云，点云摆正完成。

图1.20

第二章逆向建模特征线构建技术（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→破损孔的孔填充→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bottom、top和outline。

方便区分内容，可分别在不同的图层下进行编辑。

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曲线，阶数为4，应用。

图2.2

3：

点击曲线投影到点云，选择点云和曲线，投影：

在方向范围内；方向：

X轴，点数量：

50，应用。

图2.3

4：

改变点显示，点尺寸调大一点，便于后续操作。

图2.4

5：

隐藏鼠标点云；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。

删除原来的两个点云曲线，保留生产的点云。

图2.6

7：

将得到的点云按照最近点排序，

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，偏差计算，应用。

出现偏差计算对话框。

按ctrl+M，关闭偏差计算。

图2.8

图2.9

9：

删除点云，保留曲线。

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。

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，约束点控制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图层中的曲线隐藏，避免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。

图2.14

14：

将所话的直线投影到点云数据中，投影方向为Z轴，点数60个，应用。

图2.15

15：

隐藏点云，删除直线，按最近点排序点，应用。

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。

图2.18

18：

在bottom图层下，将其他图层的曲线隐藏，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。

图2.19

19：

将直线投影到点云中，方向为X轴，应用。

图2.20

20：

隐藏鼠标，点击镜像命令，将得到的点云曲线以X轴为镜像平面进行镜像操作，保留复制物件。

图2.21

21：

合并点云

图2.22

22：

将点云按照最近点排序。

图2.23

23：

点击均匀曲线命令，跨度调整为14，勾选封闭曲线，应用。

图2.24

24：

删除点云，保留一条曲线。

图2.25

25：

显示所有曲线，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。

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。

图2.29

29：

删除多余的曲线：

图2.30

15：

重复如上操作，得到一个连接完整的相连曲线图：

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，曲线构建的精确与否可直接影响到项目与目标的相似度，因此至关重要。

3.2曲线构建的原理及实现流程

原理：

通过点云数据特征，做出相近的曲线来表达其的特征

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：

（继续如上第二章的操作）点击直纹曲面命令，分别选择曲线和路径曲线，曲线为上面两条，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，通过特征匹配，边界，应用。

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，描出龙爪的特征线，点击确定。

下图所示：

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。

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

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→曲面方向的改变

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

图4.2

图4.3

图4.4

3：

选择全局注册命令，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

图4.6

4：

点击合并命令，不更改设置参数，点击确定。

完成如下：

图4.7

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获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。

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

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

图5.5

4：

旋转爪子，发现底部不平，