反求工程上機(jī)指導(dǎo)書設(shè)計(jì)【開題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述+畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文開題報(bào)告</b></p><p>　　機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化</p><p>　　反求工程上機(jī)指導(dǎo)書設(shè)計(jì)</p><p>　　1　選題的背景與意義</p><p>　　進(jìn)入21世紀(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)己成為主導(dǎo)經(jīng)濟(jì)，制造業(yè)面臨新的環(huán)境。為了適應(yīng)新的變化，各國(guó)政府、產(chǎn)業(yè)界和科技界提出了各種先進(jìn)的制

2、造技術(shù)，其中逆向工程技術(shù)作為先進(jìn)制造技術(shù)之一，得到各國(guó)普遍重視。逆向工程設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)提高我國(guó)工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平，縮短設(shè)計(jì)周期，增強(qiáng)我國(guó)產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力有著重要的意義。</p><p>　　本課題在對(duì)反求工程有深入認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)反求工程的課程進(jìn)行規(guī)劃?；谝陨蟽牲c(diǎn)，使Imageware軟件更加地通俗易懂，對(duì)該軟件的學(xué)習(xí)更加容易。</p><p>　　研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題&l

3、t;/p><p><b>　　研究的基本內(nèi)容：</b></p><p>　　1．初步了解反求工程軟件的數(shù)據(jù)預(yù)處理，測(cè)量數(shù)據(jù)的曲線、曲面造型原理等；</p><p>　　2．在原先學(xué)習(xí)過Imageware軟件的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深化對(duì)該軟件的認(rèn)識(shí)；</p><p>　　3．對(duì)反求工程課程進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，并在指導(dǎo)老師的幫助下對(duì)該課程進(jìn)

4、行深入設(shè)計(jì)；</p><p>　　4．編寫上機(jī)指導(dǎo)書。</p><p>　　擬解決的主要問題：深入認(rèn)識(shí)反求工程軟件Imageware，在指導(dǎo)老師幫助下對(duì)課程設(shè)計(jì)有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，并根據(jù)以上兩點(diǎn)編寫反求工程上機(jī)指導(dǎo)書。</p><p>　　研究的方法與主要路線</p><p>　　本課題將采用運(yùn)用Imageware軟件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的方法進(jìn)行研

5、究：了解反求工程軟件數(shù)據(jù)預(yù)處理，測(cè)量數(shù)據(jù)的曲線、曲面造型原理等，并對(duì)點(diǎn)云操作以達(dá)到對(duì)該軟件熟練運(yùn)用的目的，在導(dǎo)師幫助下對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行完善，最終完成反求工程上機(jī)指導(dǎo)書的設(shè)計(jì)。</p><p>　　課題的技術(shù)路線如下：</p><p>　　4　研究的總體安排與進(jìn)度 </p><p>　　1、掌握反求工程的主要研究思路和方法，查找文獻(xiàn)，初步給出編制指導(dǎo)書的思路和建議；（2

6、周）</p><p>　　2、熟練使用軟件imageware；（2周）</p><p>　　3、利用點(diǎn)云，編制指導(dǎo)書；（4周）</p><p>　　4、總結(jié)分析，修正指導(dǎo)書的大致框架和思路。（4周）</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　劉之生.反求工程技術(shù).機(jī)械工業(yè)出

7、版社，1993.</p><p>　　Motavalli S，Valinzuela J.Automatic Generation of Dimensionally Accurate Three dimensional CAD Model for Reverse Engineering.Design &Automation.1998，4(2)：85~100.</p><p>　　Sa

8、rkar B,Menq C.H.Smooth Surface Approximation and Reverse Engineering.Computer Aided Design.1991，23(9)：623~628.</p><p>　　肖堯先，王細(xì)洋，柯映林.基于實(shí)物模型的反求工程造型應(yīng)用[J] .機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2002，（3）:77-78.</p><p>　　王霄，劉會(huì)霞，粱

9、佳洪.逆向工程技術(shù)及其應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)出版社，2004.</p><p><b>　　畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化</p><p>　　反求工程上機(jī)指導(dǎo)書設(shè)計(jì)</p><p>　　【摘要】本文闡述了反求工程的基本概念，分析了反求工程的主要技術(shù)，對(duì)Imageware軟件進(jìn)行了概括性的介

10、紹，對(duì)反求工程的國(guó)內(nèi)外研究歷史和現(xiàn)狀作出論述，并提出其發(fā)展方向。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】反求工程；三維模型重構(gòu)；Imageware軟件。</p><p><b>　　1　前言</b></p><p>　　在信息化的現(xiàn)代社會(huì)中，隨著市場(chǎng)全球化的進(jìn)展，企業(yè)面臨著越來越激烈的競(jìng)爭(zhēng)，各國(guó)都在充分利用別國(guó)的先進(jìn)成果并消化、吸收、改進(jìn)以發(fā)展自己的水

11、平。反求工程作為一種新產(chǎn)品開發(fā)、消化、吸收的重要手段，在20世紀(jì)90年代初受到各國(guó)工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度重視。所謂反求工程（Reverse Engineering）是以先進(jìn)產(chǎn)品的實(shí)物、軟件、影像為研究對(duì)象，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、生產(chǎn)工程學(xué)、材料學(xué)、計(jì)量學(xué)和相關(guān)專業(yè)知識(shí)，對(duì)其進(jìn)行認(rèn)識(shí)、再現(xiàn)及創(chuàng)造性地開發(fā)[1]。逆向工程的靈魂是創(chuàng)新[2,3]。廣義上的逆向工程基本上包括形狀（幾何）反求、工藝反求和材料反求等諸多方面[4]，是一個(gè)集合多種先進(jìn)技術(shù)的

12、復(fù)雜的系統(tǒng)工程。目前大多數(shù)的逆向工程的研究和應(yīng)用都集中在重建實(shí)物CAD模型和最終產(chǎn)品的制造方面，即“實(shí)物逆向工程”方面[5]。這是因?yàn)閷?shí)物是最容易獲得的研究對(duì)象，而且在某種情況下設(shè)計(jì)者面對(duì)的只有實(shí)物樣件。實(shí)物逆向工程是將實(shí)物轉(zhuǎn)化為CAD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重建技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱[6]。</p><p>　　2　反求工程技術(shù)簡(jiǎn)介</p><p>　　逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)包括：數(shù)

13、據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理和模型重建?；谀嫦蚬こ痰漠a(chǎn)品開發(fā)流程如圖1所示。數(shù)據(jù)獲取是逆向工程中的第一個(gè)環(huán)節(jié)，是產(chǎn)品進(jìn)行建模、評(píng)價(jià)、改進(jìn)和制造的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)獲取大致可以分為兩大類：接觸式數(shù)據(jù)采集和非接觸式數(shù)據(jù)采集。不同的測(cè)量方式，不但決定了測(cè)量本身的精度、速度和經(jīng)濟(jì)性，而且會(huì)造成測(cè)量數(shù)據(jù)的類型和數(shù)據(jù)處理方式的不同。要根據(jù)工作的具體需要來選擇合適的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法。高效率、高精度地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，是逆向工程實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一。</p>

14、;<p>　　數(shù)據(jù)處理是逆向工程的一項(xiàng)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，它決定了后續(xù)的模型重建工作能否方便準(zhǔn)確地進(jìn)行。數(shù)據(jù)處理的主要工作包括：數(shù)據(jù)過濾及平滑、多視數(shù)據(jù)整合對(duì)齊、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)等。在模型重建前進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，可以獲得完整、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，方便后續(xù)模型重建工作的進(jìn)行。</p><p>　　三維CAD模型的重建是逆向工程中最關(guān)鍵、最復(fù)雜和工作量最大的一個(gè)環(huán)節(jié)，是后續(xù)產(chǎn)品加工制造、快速原型制造、虛擬制造仿真、工程分析、產(chǎn)

15、品再設(shè)計(jì)等應(yīng)用的基礎(chǔ)。目前成熟的模型重建方法根據(jù)曲面表示方法的不同可分為兩大類：第一種是以三角Bezier曲面為基礎(chǔ)的三邊域曲面構(gòu)建方法；第二種是主要以NURBUS（非均勻有理B樣條）</p><p>　　圖1 逆向工程流程圖</p><p>　　曲線和曲面為基礎(chǔ)的四邊域曲面構(gòu)建方法。這兩種曲面重構(gòu)方法各有利弊。NURBS方法應(yīng)用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)形式表示規(guī)則曲面和自由曲面，是曲面擬合方面研究的重

16、點(diǎn)，能夠與傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)兼容，已經(jīng)成為產(chǎn)品外形描述的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。精度和光順一直是逆向模型重建追求的目標(biāo)，但是兩者在大多數(shù)情況下是沖突的。設(shè)計(jì)人員要明確：對(duì)于創(chuàng)建的模型來說，精度和光順哪個(gè)更加重要，是否可以犧牲一方以滿足另一方的要求。逆向工程是數(shù)字化與快速響應(yīng)制造大趨勢(shì)下的一項(xiàng)重要技術(shù)，是CAD領(lǐng)域中一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的范疇。據(jù)相關(guān)資料表明，各國(guó)有70％以上的技術(shù)來自于國(guó)外，逆向工程是掌握這些技術(shù)的有效途徑。逆向工程可以使產(chǎn)品的研制周期

17、縮短40％以上。逆向工程能夠改善技術(shù)水平、提高生產(chǎn)效率、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，特別是對(duì)于具有復(fù)雜形狀的物體以及由自由曲面組成的物體效果尤其明顯。</p><p>　　逆向工程與快速原型制造(RPM)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD，CAM)相結(jié)合并形成產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的閉環(huán)系統(tǒng)，能夠有效提高產(chǎn)品的快速響應(yīng)能力，豐富幾何造型方法和產(chǎn)品設(shè)計(jì)手段[7]。</p><p>　　3　 Imageware軟件簡(jiǎn)介

18、</p><p>　　Imageware是最著名的逆向工程軟件，因其強(qiáng)大的點(diǎn)云處理能力、曲面編輯能力和A級(jí)曲面的構(gòu)建能力而被廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、消費(fèi)家電、模具、計(jì)算機(jī)零部件等設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域。Imageware擁有廣大的用戶群，國(guó)外有BMW、GM、Chrysler等著名國(guó)際大公司，國(guó)內(nèi)則有上海大眾、上海交大、上海 DELPHI等大企業(yè)。</p><p>　　Imageware為自由曲

19、面產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的所有關(guān)鍵領(lǐng)域提供了應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的解決方案。空前先進(jìn)的技術(shù)保證了用戶能在更短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)、逆向工程，并精確地構(gòu)建和完全地檢測(cè)高質(zhì)量自由曲面。最新的產(chǎn)品版本更注重于高級(jí)曲面、3D檢測(cè)、逆向工程和多邊形造型，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工程和制造營(yíng)造了一個(gè)直覺的柔性設(shè)計(jì)環(huán)境。 </p><p>　　Imageware 提供了模塊化的產(chǎn)品來滿足用戶的不同需求，這樣的設(shè)計(jì)完全圍繞產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)、工模具設(shè)計(jì)和檢測(cè)、樣機(jī)，以

20、至生產(chǎn)加工這一產(chǎn)品全生命周期，目的在于提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短上市時(shí)間。用戶在第一次使用時(shí)就可以配置最適合其流程的產(chǎn)品，使用這些工具是保證產(chǎn)品開發(fā)周期順利進(jìn)行的關(guān)鍵。</p><p>　　4　國(guó)內(nèi)外研究歷史和現(xiàn)狀</p><p>　　世界各國(guó)在經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展中應(yīng)用反求工程消化吸收先進(jìn)技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，給人們以有益的啟示。日本在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)，國(guó)家經(jīng)濟(jì)幾乎處于癱瘓狀態(tài)，經(jīng)濟(jì)落后于歐美先進(jìn)國(guó)家二三十年

21、。20世紀(jì)60年代初，日本在提出科技立國(guó)方針:“一代引進(jìn)、二代國(guó)產(chǎn)化、三代改進(jìn)出口、四代占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)”，其中在汽車、電子、光學(xué)設(shè)備和家電等行業(yè)上最突出。反求工程技術(shù)的大量采用為日本的經(jīng)濟(jì)振興、進(jìn)而創(chuàng)造和開發(fā)各種新產(chǎn)品奠定了良好基礎(chǔ)，使日本在以后的發(fā)展過程中以驚人的速度一躍成為僅次于美國(guó)的世界第二號(hào)經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)。日本戰(zhàn)后把引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的“吸收性戰(zhàn)略”作為堅(jiān)定不移的國(guó)策來維持。1945—1970。年期間日本投資60億美元，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)；

22、而花150億美元對(duì)其進(jìn)行消化、吸收、改造和國(guó)產(chǎn)化(若自行研制則需1 800—2 000 億美元。通過反求工程的研究，推廣應(yīng)用并使技術(shù)更完善和實(shí)用，在此基礎(chǔ)上建立自己的技術(shù)體系。到70年代初，日本主要工業(yè)部門的技術(shù)裝備已達(dá)到歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)水平。據(jù)日本政府推算，成功的技術(shù)引進(jìn)為日本節(jié)省了約2/ 3的研究時(shí)間和約9/ 10的研究費(fèi)用。日本在消化、吸收引進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，采用移植、改造等方法開發(fā)出許多</p><p>　

23、　我國(guó)改革開放以來，至1992年為止，從國(guó)外引進(jìn)技術(shù)和設(shè)備總數(shù)達(dá)2萬多項(xiàng)，總金額約15億美元。許多單位在引進(jìn)消化吸收過程中，有了不少經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，需要總結(jié)提高，不斷提高國(guó)產(chǎn)化、創(chuàng)新的比例[8]。姜壽山[9]等1995年提出了從曲面凸保形的角度進(jìn)行散亂數(shù)據(jù)優(yōu)化劃分的條件?？掠沉諿10]實(shí)現(xiàn)了Choi提出的三維直接三角化方法，并將自己提出的平面域內(nèi)三角化方法作為復(fù)雜情況下的補(bǔ)充。高國(guó)軍[11]提出了檢測(cè)點(diǎn)數(shù)按曲率分布的方法，并采用實(shí)驗(yàn)方法給出

24、了在一定的加工工藝能力和檢測(cè)精度前提下不同曲率的加工曲面對(duì)應(yīng)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量的確定系數(shù)。王平江[12]則提出了參數(shù)曲面形狀誤差計(jì)算的迭代逼近方法，較之于最佳匹配方法，其計(jì)算的相對(duì)誤差大大減少，但實(shí)現(xiàn)起來過程復(fù)雜；還提出了等弧長(zhǎng)均勻網(wǎng)格劃分技術(shù)，并通過人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)非均勻網(wǎng)格的劃分，該方法不僅要求己知曲面的邊界曲線，而且不能實(shí)現(xiàn)真正的等弧長(zhǎng)。自作霖[13]等對(duì)基于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的自由曲線曲面的測(cè)量進(jìn)行了研究。在決定初始測(cè)量方向后沿零件某一截面自動(dòng)掃描

25、測(cè)量，測(cè)量步長(zhǎng)設(shè)定在一定的范圍內(nèi)，初值取最小，自動(dòng)測(cè)量過程中按照被測(cè)曲線相對(duì)于測(cè)量方向的變化快慢對(duì)步長(zhǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。來新民</p><p><b>　　5　 小結(jié)</b></p><p>　　逆向工程技術(shù)，特別是三維模型重建，仍然是一項(xiàng)專業(yè)性很強(qiáng)的工作，除需了解產(chǎn)品特點(diǎn)、制造方法和熟練使用CAD軟件、逆向造型軟件外，另一方面應(yīng)熟悉上游的測(cè)量設(shè)備及測(cè)量過程，以了解數(shù)據(jù)結(jié)

26、構(gòu)，以及對(duì)后續(xù)處理對(duì)重建模型的要求。因此，模型重構(gòu)的質(zhì)量仍直接受到操作者經(jīng)驗(yàn)、水平的影響。如何提高軟件的智能化程度，減低對(duì)設(shè)計(jì)人員的依賴，是未來發(fā)展的方向。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　劉之生.反求工程技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，1993（宋體，五號(hào)字）</p><p>　　Motavalli S，Valinzu

27、ela J.Automatic Generation of Dimensionally Accurate Three dimensional CAD Model for Reverse Engineering.Design &Automation.1998，4(2)：85~100.</p><p>　　Sarkar B,Menq C.H.Smooth Surface Approximation and

28、Reverse Engineering.Computer Aided Design.1991，23(9)：623~628.</p><p>　　肖堯先，王細(xì)洋，柯映林.基于實(shí)物模型的反求工程造型應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2002，（3）:77-78.</p><p>　　R.B.Aronson. Forward thinkers take to reverse engineering.M

29、anufacturing Engineering.1996，11:34~44.</p><p>　　王霄，劉會(huì)霞，粱佳洪.逆向工程技術(shù)及其應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)出版社，2004</p><p>　　趙艷平．逆向工程在摩托車覆蓋件建模中的應(yīng)用（D）．西南交通大學(xué)．西南交通大學(xué)．2006</p><p>　　張起民.反求工程在料層擠壓粉碎技術(shù)及裝備研究中的應(yīng)用[J].國(guó)外建材科

30、技，2002（2）：42-45.</p><p>　　姜壽山，楊海威，侯增選.用空間形狀優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)完成散亂數(shù)據(jù)的三角剖分[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，1995，7(5)：241-245.</p><p>　　[10]柯映林，周儒榮實(shí)現(xiàn)3D離散點(diǎn)優(yōu)化三角劃分的三維算法[J]．計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，1994，6(4)：34-35.</p><p>　　[11]

31、高國(guó)軍，陳康寧，林治航等.用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)自由曲面時(shí)檢測(cè)點(diǎn)和路徑規(guī)Ⅱ方法研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，30(30)：57-63.</p><p>　　[12]王平江，陳吉紅，李作清等.參數(shù)曲面形狀誤差計(jì)算迭代逼近法[J].華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 1997，25(3)：1-4.</p><p>　　[13]白作霖，趙汝嘉，張定紅等.基于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的自由曲面評(píng)定誤差方法[J].中國(guó)機(jī)械

32、工程，1995(6)：1274-1280.</p><p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　屆）</b></p><p>　　反求工程上機(jī)指導(dǎo)書設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘　要</b></p><p>　　摘要：本文

33、分為5個(gè)部分，第一部分闡述了反求工程的基本概念，分析了反求工程的主要技術(shù)，對(duì)Imageware軟件進(jìn)行了概括性的介紹，對(duì)反求工程的國(guó)內(nèi)外研究歷史和現(xiàn)狀作出論述，并提出其發(fā)展方向。第二部分介紹了曲面建模的方法和規(guī)律，概括性地介紹了幾種曲面的構(gòu)成方法以及特殊曲面(三邊曲面和五邊曲面)的構(gòu)建。第三部分是上機(jī)指導(dǎo)書的設(shè)計(jì)思路。第四部分是使用Imageware的一些技巧，包括點(diǎn)云對(duì)齊，曲面建模的一些方法和技巧，使得在實(shí)際操作Imageware軟件

34、中能運(yùn)用這些技巧，從而加快操作速度。第五部分是通過兩個(gè)實(shí)例使得第二、三、四部分更加具體。</p><p>　　關(guān)鍵詞：反求工程；三維模型重構(gòu)；曲面建模；Imageware軟件。</p><p>　　ABSTRACT：The paper can divide into 5 sections,for the first section,the paper state the basic con

35、cept of reverse engineering,analysis the main technology and generally introduce the imageware software,then make a state of research of reverse engineering in history and current status at home and abroad, at last,puts

36、forward development direction.The section II introduce the mean and rule of surface modeling,introducing the way how to make surface(including special surface,such as triangular surfa</p><p>　　KEYWORDS：Rever

37、se Engineering；Reconstruct of 3D Model；Surface Modeling；Imageware Software.</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　摘　要10</b></p><p><b>　　目　錄12</b><

38、/p><p><b>　　1引言14</b></p><p><b>　　1.1前言14</b></p><p>　　1.2反求工程技術(shù)簡(jiǎn)介14</p><p>　　1.3Imageware軟件簡(jiǎn)介16</p><p>　　1.4國(guó)內(nèi)外研究歷史和現(xiàn)狀16<

39、;/p><p>　　1.5研究方法與主要路線17</p><p><b>　　1.6小結(jié)18</b></p><p>　　2曲面造型設(shè)計(jì)與方法19</p><p>　　2.1曲面造型設(shè)計(jì)流程19</p><p>　　2.2曲面常用造型方法20</p><p>

40、;　　2.3矩形域參數(shù)曲面的一般造型方法22</p><p>　　2.3.1三角形曲面建模方法23</p><p>　　2.3.2五角形曲面建模方法24</p><p>　　2.4曲面造型舉例25</p><p>　　3設(shè)計(jì)指導(dǎo)書的設(shè)計(jì)26</p><p>　　4Imageware技巧篇27&l

41、t;/p><p>　　4.1點(diǎn)云對(duì)齊技巧27</p><p>　　4.2曲面構(gòu)建技巧28</p><p>　　4.2.1放樣曲面（Loft Surface）29</p><p>　　4.2.2邊界曲面（Surface by Boundary）30</p><p>　　4.2.3混合曲面（Blend Sur

42、face）31</p><p>　　4.2.4不規(guī)則曲面31</p><p>　　4.2.5復(fù)雜多曲面體32</p><p>　　4.2.6小結(jié)33</p><p><b>　　5實(shí)例教程34</b></p><p>　　5.1安全帽34</p><p&g

43、t;　　5.1.1點(diǎn)云的處理34</p><p>　　5.1.2圓形大面的制作37</p><p>　　5.1.3帽檐部分制作41</p><p>　　5.1.4后期處理43</p><p>　　5.2卡扣模型46</p><p>　　5.2.1點(diǎn)云的處理46</p><p&

44、gt;　　5.2.2頂面的制作50</p><p>　　5.2.3側(cè)面的制作52</p><p>　　5.2.4底面的制作53</p><p>　　5.2.5內(nèi)側(cè)面的制作59</p><p>　　5.2.6裁剪頂面61</p><p>　　5.2.7裁剪側(cè)面62</p><p

45、>　　5.2.8裁剪底面62</p><p>　　5.2.9裁剪內(nèi)側(cè)面和誤差分析65</p><p><b>　　總結(jié)68</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　引言</b></p><p><b>　　前

46、言</b></p><p>　　在信息化的現(xiàn)代社會(huì)中，隨著市場(chǎng)全球化的進(jìn)展，企業(yè)面臨著越來越激烈的競(jìng)爭(zhēng)，各國(guó)都在充分利用別國(guó)的先進(jìn)成果并消化、吸收、改進(jìn)以發(fā)展自己的水平。反求工程作為一種新產(chǎn)品開發(fā)、消化、吸收的重要手段，在20世紀(jì)90年代初受到各國(guó)工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度重視。所謂反求工程（Reverse Engineering）是以先進(jìn)產(chǎn)品的實(shí)物、軟件、影像為研究對(duì)象，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、生產(chǎn)工程學(xué)、材料

47、學(xué)、計(jì)量學(xué)和相關(guān)專業(yè)知識(shí)，對(duì)其進(jìn)行認(rèn)識(shí)、再現(xiàn)及創(chuàng)造性地開發(fā)[1]。逆向工程的靈魂是創(chuàng)新[2,3]。廣義上的逆向工程基本上包括形狀（幾何）反求、工藝反求和材料反求等諸多方面[4]，是一個(gè)集合多種先進(jìn)技術(shù)的復(fù)雜的系統(tǒng)工程。目前大多數(shù)的逆向工程的研究和應(yīng)用都集中在重建實(shí)物CAD模型和最終產(chǎn)品的制造方面，即“實(shí)物逆向工程”方面[5]。這是因?yàn)閷?shí)物是最容易獲得的研究對(duì)象，而且在某種情況下設(shè)計(jì)者面對(duì)的只有實(shí)物樣件。實(shí)物逆向工程是將實(shí)物轉(zhuǎn)化為CAD模

48、型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重建技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱[6]。</p><p><b>　　反求工程技術(shù)簡(jiǎn)介</b></p><p>　　逆向工程的關(guān)鍵技術(shù)包括：數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理和模型重建?；谀嫦蚬こ痰漠a(chǎn)品開發(fā)流程如圖1所示。數(shù)據(jù)獲取是逆向工程中的第一個(gè)環(huán)節(jié)，是產(chǎn)品進(jìn)行建模、評(píng)價(jià)、改進(jìn)和制造的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)獲取大致可以分為兩大類：接觸式數(shù)據(jù)采集和非接觸式數(shù)據(jù)采集。不

49、同的測(cè)量方式，不但決定了測(cè)量本身的精度、速度和經(jīng)濟(jì)性，而且會(huì)造成測(cè)量數(shù)據(jù)的類型和數(shù)據(jù)處理方式的不同。要根據(jù)工作的具體需要來選擇合適的測(cè)量設(shè)備和測(cè)量方法。高效率、高精度地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，是逆向工程實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一。</p><p>　　數(shù)據(jù)處理是逆向工程的一項(xiàng)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)，它決定了后續(xù)的模型重建工作能否方便準(zhǔn)確地進(jìn)行。數(shù)據(jù)處理的主要工作包括：數(shù)據(jù)過濾及平滑、多視數(shù)據(jù)整合對(duì)齊、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)等。在模型重建前進(jìn)行數(shù)據(jù)

50、處理，可以獲得完整、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，方便后續(xù)模型重建工作的進(jìn)行。</p><p>　　三維CAD模型的重建是逆向工程中最關(guān)鍵、最復(fù)雜和工作量最大的一個(gè)環(huán)節(jié)，是后續(xù)產(chǎn)品加工制造、快速原型制造、虛擬制造仿真、工程分析、產(chǎn)品再設(shè)計(jì)等應(yīng)用的基礎(chǔ)。目前成熟的模型重建方法根據(jù)曲面表示方法的不同可分為兩大類：第一種是以三角Bezier曲面為基礎(chǔ)的三邊域曲面構(gòu)建方法；第二種是主要以NURBUS（非均勻有理B樣條）</p>

51、<p>　　圖1 逆向工程流程圖</p><p>　　曲線和曲面為基礎(chǔ)的四邊域曲面構(gòu)建方法。這兩種曲面重構(gòu)方法各有利弊。NURBS方法應(yīng)用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)形式表示規(guī)則曲面和自由曲面，是曲面擬合方面研究的重點(diǎn)，能夠與傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)兼容，已經(jīng)成為產(chǎn)品外形描述的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。精度和光順一直是逆向模型重建追求的目標(biāo)，但是兩者在大多數(shù)情況下是沖突的。設(shè)計(jì)人員要明確：對(duì)于創(chuàng)建的模型來說，精度和光順哪個(gè)更加重要，

52、是否可以犧牲一方以滿足另一方的要求。逆向工程是數(shù)字化與快速響應(yīng)制造大趨勢(shì)下的一項(xiàng)重要技術(shù)，是CAD領(lǐng)域中一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的范疇。據(jù)相關(guān)資料表明，各國(guó)有70％以上的技術(shù)來自于國(guó)外，逆向工程是掌握這些技術(shù)的有效途徑。逆向工程可以使產(chǎn)品的研制周期縮短40％以上。逆向工程能夠改善技術(shù)水平、提高生產(chǎn)效率、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，特別是對(duì)于具有復(fù)雜形狀的物體以及由自由曲面組成的物體效果尤其明顯。</p><p>　　逆向工程與快速原型制

53、造(RPM)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD，CAM)相結(jié)合并形成產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的閉環(huán)系統(tǒng)，能夠有效提高產(chǎn)品的快速響應(yīng)能力，豐富幾何造型方法和產(chǎn)品設(shè)計(jì)手段[7]。</p><p>　　Imageware軟件簡(jiǎn)介</p><p>　　Imageware是最著名的逆向工程軟件，因其強(qiáng)大的點(diǎn)云處理能力、曲面編輯能力和A級(jí)曲面的構(gòu)建能力而被廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、消費(fèi)家電、模具、計(jì)算機(jī)零部件等設(shè)計(jì)

54、與制造領(lǐng)域。Imageware擁有廣大的用戶群，國(guó)外有BMW、GM、Chrysler等著名國(guó)際大公司，國(guó)內(nèi)則有上海大眾、上海交大、上海 DELPHI等大企業(yè)。</p><p>　　Imageware為自由曲面產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面的所有關(guān)鍵領(lǐng)域提供了應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的解決方案?？涨跋冗M(jìn)的技術(shù)保證了用戶能在更短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)、逆向工程，并精確地構(gòu)建和完全地檢測(cè)高質(zhì)量自由曲面。最新的產(chǎn)品版本更注重于高級(jí)曲面、3D檢測(cè)、逆向工程和多邊

55、形造型，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工程和制造營(yíng)造了一個(gè)直覺的柔性設(shè)計(jì)環(huán)境。 </p><p>　　Imageware 提供了模塊化的產(chǎn)品來滿足用戶的不同需求，這樣的設(shè)計(jì)完全圍繞產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)、工模具設(shè)計(jì)和檢測(cè)、樣機(jī)，以至生產(chǎn)加工這一產(chǎn)品全生命周期，目的在于提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短上市時(shí)間。用戶在第一次使用時(shí)就可以配置最適合其流程的產(chǎn)品，使用這些工具是保證產(chǎn)品開發(fā)周期順利進(jìn)行的關(guān)鍵。</p><p>　　國(guó)內(nèi)

56、外研究歷史和現(xiàn)狀</p><p>　　世界各國(guó)在經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展中應(yīng)用反求工程消化吸收先進(jìn)技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，給人們以有益的啟示。日本在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)，國(guó)家經(jīng)濟(jì)幾乎處于癱瘓狀態(tài)，經(jīng)濟(jì)落后于歐美先進(jìn)國(guó)家二三十年。20世紀(jì)60年代初，日本在提出科技立國(guó)方針:“一代引進(jìn)、二代國(guó)產(chǎn)化、三代改進(jìn)出口、四代占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)”，其中在汽車、電子、光學(xué)設(shè)備和家電等行業(yè)上最突出。反求工程技術(shù)的大量采用為日本的經(jīng)濟(jì)振興、進(jìn)而創(chuàng)造和開發(fā)各種新產(chǎn)

57、品奠定了良好基礎(chǔ)，使日本在以后的發(fā)展過程中以驚人的速度一躍成為僅次于美國(guó)的世界第二號(hào)經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)。日本戰(zhàn)后把引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的“吸收性戰(zhàn)略”作為堅(jiān)定不移的國(guó)策來維持。1945—1970。年期間日本投資60億美元，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)；而花150億美元對(duì)其進(jìn)行消化、吸收、改造和國(guó)產(chǎn)化(若自行研制則需1 800—2 000 億美元。通過反求工程的研究，推廣應(yīng)用并使技術(shù)更完善和實(shí)用，在此基礎(chǔ)上建立自己的技術(shù)體系。到70年代初，日本主要工業(yè)部門的技術(shù)裝

58、備已達(dá)到歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的先進(jìn)水平。據(jù)日本政府推算，成功的技術(shù)引進(jìn)為日本節(jié)省了約2/ 3的研究時(shí)間和約9/ 10的研究費(fèi)用。日本在消化、吸收引進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，采用移植、改造等方法開發(fā)出許多</p><p>　　我國(guó)改革開放以來，至1992年為止，從國(guó)外引進(jìn)技術(shù)和設(shè)備總數(shù)達(dá)2萬多項(xiàng)，總金額約15億美元。許多單位在引進(jìn)消化吸收過程中，有了不少經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，需要總結(jié)提高，不斷提高國(guó)產(chǎn)化、創(chuàng)新的比例[8]。姜壽山[9]等1995

59、年提出了從曲面凸保形的角度進(jìn)行散亂數(shù)據(jù)優(yōu)化劃分的條件?？掠沉諿10]實(shí)現(xiàn)了Choi提出的三維直接三角化方法，并將自己提出的平面域內(nèi)三角化方法作為復(fù)雜情況下的補(bǔ)充。高國(guó)軍[11]提出了檢測(cè)點(diǎn)數(shù)按曲率分布的方法，并采用實(shí)驗(yàn)方法給出了在一定的加工工藝能力和檢測(cè)精度前提下不同曲率的加工曲面對(duì)應(yīng)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量的確定系數(shù)。王平江[12]則提出了參數(shù)曲面形狀誤差計(jì)算的迭代逼近方法，較之于最佳匹配方法，其計(jì)算的相對(duì)誤差大大減少，但實(shí)現(xiàn)起來過程復(fù)雜；還提出了

60、等弧長(zhǎng)均勻網(wǎng)格劃分技術(shù)，并通過人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)非均勻網(wǎng)格的劃分，該方法不僅要求己知曲面的邊界曲線，而且不能實(shí)現(xiàn)真正的等弧長(zhǎng)。自作霖[13]等對(duì)基于坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的自由曲線曲面的測(cè)量進(jìn)行了研究。在決定初始測(cè)量方向后沿零件某一截面自動(dòng)掃描測(cè)量，測(cè)量步長(zhǎng)設(shè)定在一定的范圍內(nèi)，初值取最小，自動(dòng)測(cè)量過程中按照被測(cè)曲線相對(duì)于測(cè)量方向的變化快慢對(duì)步長(zhǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。來新民</p><p><b>　　研究方法與主要路線</

61、b></p><p>　　本課題將采用運(yùn)用Imageware軟件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的方法進(jìn)行研究：了解反求工程軟件數(shù)據(jù)預(yù)處理，測(cè)量數(shù)據(jù)的曲線、曲面造型原理等，并對(duì)點(diǎn)云操作以達(dá)到對(duì)該軟件熟練運(yùn)用的目的，在導(dǎo)師幫助下對(duì)課程設(shè)計(jì)進(jìn)行完善，最終完成反求工程上機(jī)指導(dǎo)書的設(shè)計(jì)。</p><p>　　課題的技術(shù)路線如下：</p><p><b>　　小結(jié)</b&

62、gt;</p><p>　　逆向工程技術(shù)，特別是三維模型重建，仍然是一項(xiàng)專業(yè)性很強(qiáng)的工作，除需了解產(chǎn)品特點(diǎn)、制造方法和熟練使用CAD軟件、逆向造型軟件外，另一方面應(yīng)熟悉上游的測(cè)量設(shè)備及測(cè)量過程，以了解數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及對(duì)后續(xù)處理對(duì)重建模型的要求。因此，模型重構(gòu)的質(zhì)量仍直接受到操作者經(jīng)驗(yàn)、水平的影響。如何提高軟件的智能化程度，減低對(duì)設(shè)計(jì)人員的依賴，是未來發(fā)展的方向。</p><p><b&

63、gt;　　曲面造型設(shè)計(jì)與方法</b></p><p>　　反求工程是一個(gè)曲面建模的過程：它首先是一個(gè)點(diǎn)過程，然后構(gòu)建曲面，最后根據(jù)生成的曲面完成曲面的構(gòu)建。曲面造型是計(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，主要研究在計(jì)算機(jī)圖象系統(tǒng)的環(huán)境下對(duì)曲面的表示、設(shè)計(jì)、顯示和分析。它起源于汽車、飛機(jī)、船舶、葉輪等的外形放樣工藝，由Coons、Bezier等大師于二十世紀(jì)六十年代奠定其理論基礎(chǔ)。如今經(jīng)過 三

64、十多年的發(fā)展，曲面造型現(xiàn)在已形成了以有理B樣條曲面參數(shù)化特征設(shè)計(jì)和隱式代數(shù)曲面表示這兩類方法為主體，以插值、擬合、逼近這三種手段為骨架的幾何理論體系。根據(jù)曲面拓?fù)湫问降牟煌?，目前反求工程研究中，自由曲面建模手段分為兩大類：第一種是以三角Bezier曲面為基礎(chǔ)的曲面構(gòu)造方法；第二種是以NURBS（非均勻有理B樣條）曲線、曲面為基礎(chǔ)的矩形域參數(shù)曲面擬合方法。上述理論在第4章中有較為詳細(xì)的介紹，讀者可以自行參閱。本章將主要介紹曲面造型的設(shè)計(jì)流

65、程和建模方式。</p><p><b>　　曲面造型設(shè)計(jì)流程</b></p><p>　　曲面造型過程可以簡(jiǎn)單歸結(jié)為“分解再組合”過程，這也是曲面造型的一個(gè)通用思路。以此為指導(dǎo)，我們給出曲面造型設(shè)計(jì)流程5個(gè)具體步驟：</p><p>　　1. 模型結(jié)構(gòu)分析和曲面分解。結(jié)構(gòu)分析可以參考實(shí)體造型的分析零件結(jié)構(gòu)形狀特點(diǎn)這個(gè)步驟，不同的是曲面可以分為規(guī)

66、則曲面和自由曲面。規(guī)則曲面是指規(guī)則形體曲面，如圓柱面、圓曲面等；而自由曲面是形體不規(guī)則的曲面。曲面分解是建立在結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)之上對(duì)進(jìn)一步選擇造型方法做的預(yù)備工作。</p><p>　　2. 選擇造型方法，進(jìn)行獨(dú)立曲面的造型設(shè)計(jì)。規(guī)則部分可以完全根據(jù)實(shí)體造型的方法進(jìn)行構(gòu)造，而自由曲面部分則要調(diào)用自由曲面造型模塊進(jìn)行曲面造型設(shè)計(jì)。進(jìn)行這類自由曲面造型的關(guān)鍵在于構(gòu)造曲面的骨架—曲線。這就好比做一只燈籠，首先要用竹篾或鐵

67、絲搭建好燈籠的骨架，然后在骨架上蒙上綢布，做成燈籠，而這里蒙在燈籠上的綢布就好比要做的曲面。涉及的方法有放樣（Loft）、掃掠（Sweep）、混合（Blend）等等。</p><p>　　3. 獨(dú)立曲面質(zhì)量評(píng)價(jià)。生成獨(dú)立的曲面之后我們可以判斷是否是我們需要的，對(duì)于要求不是很高的設(shè)計(jì)可以直接通過目測(cè)進(jìn)行判斷，如果要求比較高，我也可以通過軟件自帶的評(píng)估模塊進(jìn)行專業(yè)的評(píng)價(jià)，比如通過連續(xù)性、曲率圖、反射線等來評(píng)價(jià)。<

68、;/p><p>　　4. 曲面組合，形成整體曲面。這里提到的曲面組合包括曲面間的拼接、布爾運(yùn)算等。</p><p>　　5. 整體曲面評(píng)價(jià)。方法同步驟（3），但對(duì)象是整個(gè)曲面，若沒達(dá)到要求就應(yīng) 進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)整。</p><p><b>　　曲面常用造型方法</b></p><p>　　那么如何對(duì)于分解之后的獨(dú)立曲面選擇合理

69、的造型方法成為構(gòu)建高質(zhì)量曲面的前提和基礎(chǔ)，接下我們對(duì)幾種常用的曲面造型方法進(jìn)行介紹和分析。</p><p>　　如果獨(dú)立曲面的截面線平行且都為直線我們可以選擇用拉伸來構(gòu)建。</p><p>　　如果獨(dú)立曲面的截面線是變化的，但是發(fā)現(xiàn)它可以由一條3D曲線繞著一條固定的軸線旋轉(zhuǎn)一定的角度得到，那么就可以用旋轉(zhuǎn)命令來構(gòu)建。</p><p>　　如果獨(dú)立曲面的截面線不變，但

70、是截面線沿著一條3D曲線做軌跡運(yùn)動(dòng)，那么可以用掃略來實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　如果獨(dú)立曲面沒有明確的運(yùn)動(dòng)軌跡線，而且截面線在不同位置的形狀也不同，但是如果該曲面的截面線形狀類似且大致平行，可以考慮使用放樣曲線。</p><p>　　如果獨(dú)立曲線沒有什么規(guī)律可循，唯一的特征是有四條邊界，且能得到U、V方向的截面線，那么可以通過網(wǎng)格曲面來擬合。</p><p>　　如

71、果只能得到獨(dú)立曲面的四條邊界，那么可以用邊界曲面來擬合。</p><p>　　還有一個(gè)常用的曲面造型方法叫混合，只需要兩條不相交的曲線即可生成曲面，一般用來做兩個(gè)曲面間的連接。</p><p>　　曲面和實(shí)體的部分造型方式在原理方面有相通的地方，因此很多三維建模軟件把這些相通的造型方式融合到在了一起，只要改變一些條件，即可使得到的模型在實(shí)體和曲面之間轉(zhuǎn)換。比如：規(guī)則曲面的建模方式可以依附在

72、規(guī)則實(shí)體建模的模塊中，而帶有自由曲面的復(fù)雜實(shí)體可以先由曲面造型模塊進(jìn)行曲面造型，再通過實(shí)體化得到。</p><p>　　在這里，只是簡(jiǎn)單介紹一下曲面建模命令，在第7章中我們還會(huì)再詳細(xì)介紹Imageware中的曲面建模命令。</p><p>　　矩形域參數(shù)曲面的一般造型方法</p><p>　　在通用的CAD/CAM系統(tǒng)中，廣泛采用的是以NURBS曲線為基礎(chǔ)的矩形域參

73、數(shù)曲面表示方法，這種表示法能很好的秒數(shù)四邊面，而對(duì)那些三角面或更多邊界所描述的曲面情形，常常不能夠很好的表示。這里先介紹一下三角面和四邊面的概念。所謂三角面，就是由3條曲線圍成的邊界面。在以NURBS曲線曲面模型為基礎(chǔ)的通用CAD系統(tǒng)中，這種曲面因?yàn)槠銾、V面集中在一點(diǎn)，質(zhì)量一般不理想，使得后期對(duì)它進(jìn)行偏距和生成薄殼實(shí)體操作時(shí)容易失敗。而且，在后期以IGS、STP等格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，容易產(chǎn)生一些無法預(yù)期的錯(cuò)誤。四邊面是兩個(gè)方向上均由兩

74、條河更多曲線圍成的邊界面。</p><p>　　在計(jì)算機(jī)圖形顯示里，面市用矩陣乘法實(shí)現(xiàn)的。但是對(duì)于一個(gè)規(guī)則的面，其做乘法的矩陣是一樣大小的。在一般三維建模軟件里，就是直觀地用U線和V線來表示。因?yàn)閿?shù)學(xué)矩陣的限制，所以，一張質(zhì)量好的曲面都應(yīng)該是四邊面。</p><p>　　本節(jié)將通過實(shí)例來說明如何將一個(gè)三角面、五邊形曲面等不規(guī)則曲面轉(zhuǎn)換成一個(gè)四邊面，以得到高質(zhì)量的曲面。</p>

75、<p><b>　　三角形曲面建模方法</b></p><p>　　三角形曲面的建模方法流程如圖2-8所示： </p><p>　　在這里，還需要注意在生成最后的曲面時(shí)，要將生成的曲面與已生成的曲面的約束為相切，這樣才能夠保證兩個(gè)曲面的連續(xù)性。</p><p><b>　　五角形曲面建模方法</b></p

76、><p>　　五邊的曲面補(bǔ)片，一個(gè)重要的思路也是把五邊曲面轉(zhuǎn)化為四邊曲面。</p><p>　　當(dāng)然上述兩個(gè)例子的做法并不是唯一的，其實(shí)N邊形補(bǔ)片有一個(gè)通用的可以實(shí)現(xiàn)的算法。以五邊的曲面補(bǔ)片為例，如圖2-10所示，實(shí)現(xiàn)的算法是做一個(gè)正五邊形，然后由五邊形的中心做五個(gè)邊的垂線，這樣生成五個(gè)四邊形，然后將四邊域映射到要處理的實(shí)際五邊域，剩下的就是老一套。 但是這種方法的弊端就是在某些形狀比較怪異的

77、N邊域中構(gòu)建的曲面質(zhì)量并不理想。</p><p><b>　　曲面造型舉例</b></p><p>　　曲面建模遵循“基體”到特征細(xì)化的建模方法。接下來講解兩個(gè)相對(duì)復(fù)雜的曲面造型的思路，以“基體”到特征細(xì)化、“分解到組合”的思路作為指導(dǎo)，分析復(fù)雜曲面的造型過程。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)指導(dǎo)書的設(shè)計(jì)</b><

78、/p><p>　　課程設(shè)計(jì)是指教育科研機(jī)構(gòu)的專家學(xué)者對(duì)課程的研究并擬訂出課程學(xué)習(xí)方案，為決策部門服務(wù)，擬訂教育教學(xué)的目的任務(wù)，確定選材范圍和教學(xué)科目，編寫教材等都屬于課程設(shè)計(jì)活動(dòng)，上機(jī)指導(dǎo)書設(shè)計(jì)需要配合對(duì)反求工程的課程設(shè)計(jì)。</p><p>　　上機(jī)指導(dǎo)書的設(shè)計(jì)需要遵循由簡(jiǎn)入難的思路，我們知道，使用Imageware軟件遵循的是由點(diǎn)到線再到面的原則，然而，首先需要熟悉Imageware的操作界

79、面，打開Imageware軟件后了解菜單欄，快捷工具欄，工作區(qū)，這樣目的就基本達(dá)到了。了解了操作界面后就要開始學(xué)習(xí)對(duì)點(diǎn)云的基本操作——點(diǎn)云的對(duì)齊了，在軟件自帶的點(diǎn)云中使用的是Multi-surface_model-tutorial點(diǎn)云，通過這個(gè)例子希望學(xué)習(xí)者能了解點(diǎn)云數(shù)據(jù)評(píng)估和處理的一般步驟，查找點(diǎn)云數(shù)據(jù)基本的幾何特征，數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)的方法和原則，點(diǎn)云多邊形處理的方法，建立參考坐標(biāo)的方法以及使用Stepwise命令來對(duì)齊點(diǎn)云的方法等。然后是學(xué)

80、習(xí)使用Loft命令來構(gòu)建曲面，使用點(diǎn)云port來學(xué)習(xí)Cross Section的使用，以及曲線曲面的檢查方法，最后使用Loft命令構(gòu)建曲面。下一章使用Blend Surface構(gòu)建曲面，學(xué)習(xí)構(gòu)造及修剪曲線的方法，檢查曲面的連續(xù)性以及使曲線連續(xù)方法，最后使用Surface by Boundary(四邊構(gòu)面)構(gòu)造曲面。在板狀形體建模需要掌握的是提取點(diǎn)云特征后來構(gòu)建平面并延伸平面，掌握曲面倒角的方法，將曲線投影到</p><

81、;p>　　Imageware技巧篇</p><p><b>　　點(diǎn)云對(duì)齊技巧</b></p><p>　　點(diǎn)云對(duì)齊是逆向建模的基本操作，在建模操作之前，需要把點(diǎn)云的位置調(diào)整好，這就是對(duì)齊之概念一。已有設(shè)計(jì)模型，基于該設(shè)計(jì)模型制造出來的樣件需要檢測(cè)其精度時(shí)，可使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)獲取樣件點(diǎn)云，將點(diǎn)云導(dǎo)入Imageware中，然后需要將點(diǎn)云與原設(shè)計(jì)模型進(jìn)行對(duì)齊，最終可使

82、用Imageware提供的檢測(cè)工具求出樣件的CAD模型與樣件的點(diǎn)云之間的偏差，對(duì)齊方法是321對(duì)齊。所謂321對(duì)齊，就是三個(gè)點(diǎn)定義第一個(gè)平面，第二個(gè)點(diǎn)為第二個(gè)條件，第三個(gè)點(diǎn)為第三個(gè)條件，圖要求6個(gè)單獨(dú)的點(diǎn)描述長(zhǎng)方體的端點(diǎn)，該方法容易將描述長(zhǎng)方體的點(diǎn)云與有角的曲面對(duì)齊。</p><p>　　這里所謂的對(duì)齊調(diào)整就是把局部坐標(biāo)系和世界坐標(biāo)系的方位統(tǒng)一起來。之所以要把點(diǎn)云的坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系進(jìn)行對(duì)齊是為了下一步更便于擬訂

83、截面線的位置或其他的建模操作。</p><p>　　點(diǎn)云對(duì)齊的基本操作：先在點(diǎn)云上找出可供定位的線和面特征，通過各種方式來制作對(duì)齊特征（直線，圓，球面，平面等），然后在世界坐標(biāo)系中做出這些線和面的相似形，最后使用Imageware菜單中的Modify|Align|Feature Based里的stepwise對(duì)齊工具進(jìn)行對(duì)齊。</p><p><b>　　曲面構(gòu)建技巧</b

84、></p><p>　　在反求工程中，曲面的構(gòu)建一般遵循點(diǎn)——線——面的路線，Imageware也不例外，在這個(gè)過程中有一個(gè)始終貫穿始終的問題困擾著大部分初學(xué)者，那就是如何構(gòu)建合適的點(diǎn)、線來滿足最后曲面構(gòu)建的需要。所以我們可以用逆向思維對(duì)上述的構(gòu)建路線進(jìn)行“反求”，那就是面—線—點(diǎn)的曲面分析路線，通俗地說就是通過分析曲面的形體結(jié)構(gòu)來確定需要構(gòu)建的曲線，從而再?zèng)Q定需要提取的點(diǎn)云。在這個(gè)路線中我們可以看出曲面分

85、析的重要性，也就是說如果不知道曲面的概念和結(jié)構(gòu)，即使能夠很熟練的操作Imageware軟件，也不能很好的掌握曲面造型技術(shù)。</p><p>　　接著我們來了解一下實(shí)際建模過程中碰到的曲面類型，可以簡(jiǎn)單的概括為規(guī)整型、自由形態(tài)型和混合型三種。規(guī)整型一般由平面和簡(jiǎn)單的幾何形狀所組成，它是最容易被創(chuàng)建成曲面的類型，通?？梢蕴^將點(diǎn)云數(shù)據(jù)組織起來或從點(diǎn)云上創(chuàng)建曲線的工作；自由形態(tài)型曲面有非常少的可辨認(rèn)的幾何形態(tài)，我們也可

86、稱之為自由曲面；混合型同時(shí)包括規(guī)整型和自由形態(tài)型的特征，通過對(duì)各個(gè)曲面進(jìn)行拼接或布爾運(yùn)算得到。</p><p>　　知道了不同曲面的構(gòu)建命令和曲面類型我們就可以開始分析曲面模型了，當(dāng)然這里所說的曲面模型是指多邊形網(wǎng)格化的點(diǎn)云，而真正的曲面則需要我們經(jīng)過分析之后采用具體方法構(gòu)建得到。</p><p>　　第一步，分析和提取曲面模型的特征。這一步是重點(diǎn)，我們需要揣摩設(shè)計(jì)者的意圖，具體可以通過肉

87、眼觀察曲面的組成部分來決定如何分解成多個(gè)曲面片，要注意的是在確保單一特征的同時(shí)把曲面片盡量做得大，張數(shù)少，不要太碎，這樣有利于后面曲面片之間的拼接操作。如果碰到復(fù)雜的曲面很難用肉眼來判斷曲面特征時(shí)我們也可以利用Imageware提供的強(qiáng)大的特征提取功能，通過軟件來自動(dòng)判斷。</p><p>　　第二步，對(duì)各個(gè)曲面片進(jìn)行分析，決定構(gòu)建方法。碰到規(guī)整的曲面片就可以非常方便的利用Imageware一些命令直接生成曲面，

88、比如平面、圓柱面、圓錐面、球面等，當(dāng)然拉伸面、旋轉(zhuǎn)面和掃掠面也比較簡(jiǎn)單，只是相對(duì)前面的幾個(gè)而言還需要提取1~2條特征曲線；如果是自由曲面的話可以針對(duì)不同的類型參考表1中的前5個(gè)曲面構(gòu)建命令進(jìn)行構(gòu)建操作。</p><p>　　第三部，針對(duì)曲面片之間的位置和過渡關(guān)系來拼接曲面片。規(guī)整的過渡可由Fillet Surface倒角曲面來完成，簡(jiǎn)單的自由過渡可由Blend Surface混合曲面來完成，但是有時(shí)候我們會(huì)碰到比

89、較復(fù)雜的過渡曲面，比如三個(gè)曲面交點(diǎn)附近的過渡，這就需要我們通過分析手動(dòng)來進(jìn)行構(gòu)建，在這里靈活運(yùn)用邊界曲面的構(gòu)建方法將會(huì)使曲面構(gòu)建變繁為簡(jiǎn)。</p><p>　　接下來針對(duì)放樣曲面、邊界曲面、混合曲面、不規(guī)則簡(jiǎn)單曲面和復(fù)雜多曲面體的各自特點(diǎn)分別舉例分析其具體的逆向建模思路。</p><p>　　放樣曲面（Loft Surface）</p><p>　　如圖所示的點(diǎn)云，

90、可以看到這個(gè)點(diǎn)云的外形呈管狀，此刻會(huì)想到用掃略來構(gòu)造曲面，但是該點(diǎn)云的截面在不同位置的形狀并不完全相同，而且沒夠明確的掃略軌跡，這時(shí)我們就需要考慮用放樣來構(gòu)建曲面。</p><p>　　思路：1.從點(diǎn)云創(chuàng)建截面點(diǎn)云，2.從截面點(diǎn)云創(chuàng)建曲線，3.從曲線創(chuàng)建曲面，4.檢查最后的曲面質(zhì)量。</p><p>　　邊界曲面（Surface by Boundary）</p><p&

91、gt;　　這個(gè)點(diǎn)云和上一個(gè)點(diǎn)云具有類似的特點(diǎn)，同樣可以用放樣來構(gòu)建曲面，但是這個(gè)點(diǎn)云還有一個(gè)特點(diǎn)，即有四條邊界，而且表面過度比較平滑，因此可以用更簡(jiǎn)便的方法——邊界曲面來構(gòu)建曲面。</p><p>　　思路：1.由截面命令生成邊界曲線，修整邊界曲線，2.由邊界曲線生成曲面，3.檢查最后的曲面質(zhì)量。</p><p>　　大家也可以用Interpolate Surface命令構(gòu)面，并比較一下兩

92、種方法構(gòu)面的誤差大小。</p><p>　　混合曲面（Blend Surface）</p><p>　　下面這個(gè)點(diǎn)云模型有多個(gè)片段組成，這就需要對(duì)各個(gè)點(diǎn)云片段分別構(gòu)面，然后通過混合命令將曲面連接起來。</p><p>　　思路：1.提取點(diǎn)云特征，分別對(duì)特征進(jìn)行建模生成獨(dú)立的曲面，2.由混合曲面的命令將不同的特征曲面進(jìn)行連接，3.檢查最后的曲面質(zhì)量。</p>

93、;<p><b>　　不規(guī)則曲面</b></p><p>　　如圖7-7所示的點(diǎn)云，特征非常多，呈現(xiàn)板狀，但是仔細(xì)觀察就可以看到在這個(gè)點(diǎn)云模型中并沒有什么復(fù)雜的自由曲面，都是平面拼合后通過裁剪后構(gòu)成。這類曲面構(gòu)成的難點(diǎn)在于平面的拼合處理。</p><p>　　思路：1.從大的點(diǎn)云中首先分離出點(diǎn)云各個(gè)特征，建立各個(gè)特征的輪廓曲線，2.然后用各種命令將整個(gè)點(diǎn)

94、云的邊輪廓描繪出來，3.建立平面曲面，將輪廓線投影到平面曲面上，4.裁剪曲面，得到最終的模型，5.檢查最后的曲面質(zhì)量。</p><p><b>　　復(fù)雜多曲面體</b></p><p>　　了解了一些簡(jiǎn)單的曲面構(gòu)建方法，接下來看看復(fù)雜多曲面體的構(gòu)建思路，下面這個(gè)點(diǎn)云模型由多塊曲面組合而成，并且并不是簡(jiǎn)單的規(guī)則曲面，對(duì)于這樣的點(diǎn)云模型，可以運(yùn)用曲面造型里四邊曲面的拆面思

95、想，將其分解為幾塊形狀簡(jiǎn)單的曲面，鋪出一些大面來，最后再求交，修剪，匹配，或合并。無他，由繁入簡(jiǎn)。</p><p><b>　　小結(jié)</b></p><p>　　通過以上幾個(gè)例子的分析，Imageware在逆向建模的過程中通過對(duì)點(diǎn)云的處理得到合理的曲線，生成高質(zhì)量的曲面，曲面造型思路在Imageware的曲面構(gòu)建過程非常適用，并且可以起到指導(dǎo)性的作用，所以掌握好幾何造

96、型的一般方法和規(guī)律對(duì)于反求工程的學(xué)習(xí)具有重要的意義。</p><p><b>　　實(shí)例教程</b></p><p><b>　　安全帽</b></p><p>　　安全帽的逆向制作過程：我們將通過安全帽的逆向造型，來學(xué)習(xí)使用Imageware軟件進(jìn)行高光順曲面逆向造型的一般過程。首先是對(duì)安全帽的一個(gè)產(chǎn)品分析，根據(jù)安全帽的特

97、征，我們可以把安全帽分為圓形大面部分和帽檐部分。其中圓形大面部分又可分為頂部的曲面以及中部的環(huán)形曲面，具體的操作步驟可以簡(jiǎn)要的概括如下：第一個(gè)步驟是電云的處理，第二個(gè)步驟是制作圓形大面，在制作圓形大面的過程中，我們利用圓形大面部分的點(diǎn)云來構(gòu)造剖斷面，利用剖斷面來析出掃描線，然后利用掃描線構(gòu)建曲線，最后利用曲線來構(gòu)建掃掠面，可以得到中間環(huán)形部分的曲面。利用環(huán)形面上端部分的曲線可以析出頂部的點(diǎn)云，然后利用點(diǎn)云直接擬合成均勻的曲面，這樣就構(gòu)建

98、出了圓形大面。第三個(gè)步驟是制作帽檐部分，它是利用點(diǎn)云直接擬合成成均勻曲面的方法，利用邊緣部分的點(diǎn)云構(gòu)建出輪廓線，最后利用輪廓線來裁剪曲面。最后一個(gè)步驟是對(duì)曲面進(jìn)行光順度以及曲率連續(xù)性的檢查，并對(duì)圓形大面以及帽檐部分的曲面進(jìn)行倒圓角的處理，最后是來檢查曲面的精度。</p><p><b>　　點(diǎn)云的處理</b></p><p>　　點(diǎn)云的處理包括降低點(diǎn)云數(shù)據(jù)量，可視化點(diǎn)

99、云，分割點(diǎn)云以及建立剖段面等。在本例中點(diǎn)云已經(jīng)對(duì)齊，在復(fù)雜的實(shí)體中將經(jīng)常用到對(duì)齊點(diǎn)云。在菜單中找到File|Open，在目標(biāo)文件夾中打開安全帽點(diǎn)云，然后Evaluate|Information|Object I（或者使用快捷鍵ctrl+I）查看一下點(diǎn)云的數(shù)據(jù)量，對(duì)于我們得到的上百萬個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)量，顯然過于龐大，如圖5-1。</p><p>　　圖5-1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)基本的幾何特征</p><p>

100、;　　關(guān)閉對(duì)話框后在菜單找到Modify|Data Reduction|Space Sampling命令，對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，在Cloud選擇安全帽點(diǎn)云，設(shè)置Distance Tolerance為0.5，點(diǎn)擊Apply，如圖5-2</p><p>　　圖5-2 點(diǎn)云精簡(jiǎn)結(jié)果</p><p>　　在Result欄中我們看到Reduction為89%，說明我們降低了原始數(shù)據(jù)的89%的點(diǎn)云，在視

101、圖剩下299083個(gè)點(diǎn)云，這樣能大大加快后續(xù)的操作，特別是在點(diǎn)云的計(jì)算方面。對(duì)于初步接觸點(diǎn)云的操作者來說，可視化操作可以將實(shí)體比較直觀地呈現(xiàn)在用戶面前。 </p><p>　　在菜單中選擇Construct|Polygon Mesh|Polygonize Cloud命令，或者在點(diǎn)云上鼠標(biāo)右擊選擇，點(diǎn)擊Apply，將點(diǎn)云進(jìn)行多邊形化處理，這樣點(diǎn)云以反光著色的形式顯示，如圖5-3。</p>&l

102、t;p>　　接下來將點(diǎn)云進(jìn)行分割處理。我們將點(diǎn)云分割為上下2個(gè)部分，上部分的點(diǎn)云將用于構(gòu)建圓形大面，而下部分的點(diǎn)云將用于構(gòu)建帽檐部分，中間部分是由后續(xù)操作中的倒圓角來生成。</p><p>　　在菜單中找到Evaluate|Curvature|Cloud Curvature命令，選擇Neighborhood Size為5，點(diǎn)擊Apply，對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行必要的曲率計(jì)算，完成后關(guān)閉對(duì)話框，如圖5-4所示。接著在菜單

103、選擇Construct|Feature Line|Color Based命令，在Seed Point中選擇綠色部分的任意一個(gè)點(diǎn)，勾選Dynamic Update，拖動(dòng)Percentage Growth后面的滑動(dòng)條到100，視圖中黑色的點(diǎn)云部分是將被析出的點(diǎn)云，點(diǎn)擊Apply。然后將鼠標(biāo)移到紅色部分，右擊，選擇，將該部分點(diǎn)云隱藏，剩下的部分是由剛才的命令析出得到的點(diǎn)云，我們將使用析出得到的點(diǎn)云來構(gòu)建剖斷面以及析出輪廓線。</p>

104、;<p>　　使用Modify|Extract|Circle-Select Points命令，或者在點(diǎn)云上右擊，選擇，將點(diǎn)云分割為2部分，在Keep Points中選擇Both，點(diǎn)選Select Screen Points，在視圖中單擊幾個(gè)點(diǎn)，使它形成一個(gè)封閉的范圍，將點(diǎn)云分為上下2個(gè)部分，然后點(diǎn)擊Apply。然后使用View|Align View To|Cloud命令，選擇上面的那部分點(diǎn)云，點(diǎn)擊Apply。在空白的地方右

105、擊，選擇，拖動(dòng)右側(cè)的滑動(dòng)條到最上面的位置（將視圖繞x軸方向旋轉(zhuǎn)90度）。如果點(diǎn)云呈現(xiàn)比較密的狀態(tài)，可以在點(diǎn)云上右擊，選擇，設(shè)置Sample Point Frequency為3，設(shè)置Point Size為2，點(diǎn)擊Apply。</p><p>　　然后選擇Construct|Cross Section|Cloud Interactive來創(chuàng)建上半部分點(diǎn)云的剖斷面，在Cloud欄選擇上半部分點(diǎn)云，在Neighborho

106、od Size輸入1，單擊Select Screen Lines，在視圖區(qū)域單擊鼠標(biāo)，按住ctrl，在另一邊單擊，創(chuàng)建出平行于水平方向的剖斷面，同樣的道理，繼續(xù)創(chuàng)建上面的幾個(gè)剖斷面，注意：我們創(chuàng)建的剖斷面，間隔要保持均勻，如圖5-5所示，然后點(diǎn)擊Apply。</p><p>　　接著在下半部分點(diǎn)云上右擊，選擇，用來析出下半部分點(diǎn)云的輪廓部分。單擊Cloud，選擇下半部分點(diǎn)云，Keep Points中選擇Both，

107、單擊Select Screen Points欄，在視圖中依次選擇出一個(gè)區(qū)域，這個(gè)區(qū)域要將下半部分的點(diǎn)云包含在內(nèi)，如圖5-6所示</p><p>　　繼續(xù)圈選下半部分的輪廓點(diǎn)云，全部圈選完后，關(guān)閉命令對(duì)話框。點(diǎn)云處理的最后一個(gè)步驟是清理帽檐部分的輪廓線，先將帽檐點(diǎn)云隱藏，也將上半部分的點(diǎn)云隱藏，使用Modify|Scan Line|Pick Delete Points，將下半部分輪廓點(diǎn)云的內(nèi)部部分點(diǎn)云室用手工的方法