逆向工程三維建模關(guān)鍵技術(shù)

-.z.**理工學(xué)院**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TOC\o"1-3"\h\u521緒論1283370.1什么是逆向工程1306841.2逆向工程的根本操作步驟13045第一章點(diǎn)云擺正綜合練習(xí)2108471.1目的和意義2173111.2點(diǎn)云數(shù)據(jù)擺正的原理及實(shí)現(xiàn)流程2195921.3點(diǎn)云數(shù)據(jù)擺正綜合練習(xí)及具體實(shí)現(xiàn)步驟223490第二章逆向建模特征線構(gòu)建技術(shù)13308212.1目的和意義13109962.2曲面對(duì)齊與拼接的原理及實(shí)現(xiàn)流程139142.3曲面對(duì)齊與拼接綜合練習(xí)及具體實(shí)現(xiàn)步驟13193963.1目的和意義30215633.2曲線構(gòu)建的原理及實(shí)現(xiàn)流程30210273.3曲線構(gòu)建及具體實(shí)現(xiàn)步驟3090134.1目的和意義34239524.2曲面重構(gòu)的原理及實(shí)現(xiàn)流程34153604.3點(diǎn)云拼接綜合練習(xí)及具體實(shí)現(xiàn)步驟3430109第五章：點(diǎn)云數(shù)據(jù)修補(bǔ)綜合練習(xí)3945225.1目的和意義39306965.2曲面重構(gòu)的原理及實(shí)現(xiàn)流程3952725.3點(diǎn)云拼接綜合練習(xí)及具體實(shí)現(xiàn)步驟392531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)展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)物外表的三維坐標(biāo)點(diǎn)，并根據(jù)這些坐標(biāo)點(diǎn)通過(guò)三維幾何建模方法重建實(shí)物CAD模型的過(guò)程，它屬于產(chǎn)品導(dǎo)向〔productoriented〕。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)一步改良、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(kāi)發(fā)的重要途徑。通過(guò)逆向工程掌握產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想屬于功能向?qū)А?.2逆向工程的根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)零件外表進(jìn)展數(shù)據(jù)采樣。數(shù)據(jù)獲取是向逆向工程軟件準(zhǔn)備建模的根底，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)展數(shù)據(jù)采集，通過(guò)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)展數(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.et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)展擺正。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)立約束與底面重合約束通過(guò)參照約束進(jìn)展Y向?qū)φ⒄{(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ImagewareR13.2完成。：翻開(kāi)文件，點(diǎn)擊創(chuàng)立圓命令，中心坐標(biāo)〔0,0,0〕，方向?yàn)閆軸，應(yīng)用。圖1.12：作已創(chuàng)立的圓的法線，起點(diǎn)坐標(biāo)〔0,0,0〕，方向?yàn)閆軸，應(yīng)用。圖1.23：創(chuàng)立平面，以3點(diǎn)創(chuàng)立平面，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)立曲面法線。圖1.45：創(chuàng)立群組，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)立一個(gè)圓，中心坐標(biāo)〔0,0,0〕，方向?yàn)?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，保存點(diǎn)云：外側(cè)。圈選點(diǎn)云，應(yīng)用。圖1.1212：最正確擬合定位：正確選擇移動(dòng)物體，來(lái)源對(duì)象，目標(biāo)對(duì)象。定位選擇：最正確可能的；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：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*方向移動(dòng)，距離為1，通過(guò)屢次移動(dòng)調(diào)整點(diǎn)云到下列圖。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(guò)屢次操作，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(guò)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(guò)軟件處理進(jìn)展修補(bǔ)的過(guò)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(guò)選取同一個(gè)模型上兩個(gè)不同局部上的近似點(diǎn)，通過(guò)軟件識(shí)別并重組。拼接的原理：將=不完整的模型通過(guò)軟件命令進(jìn)展修改與完善，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(wú)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：翻開(kāi)鼠標(biāo)文件，點(diǎn)擊圖層編輯，新建圖層bottom、top和outline。方便區(qū)分容，可分別在不同的圖層下進(jìn)展編輯。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2.23：點(diǎn)擊曲線投影到點(diǎn)云，選擇點(diǎn)云和曲線，投影：在方向圍；方向：*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*，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(lái)的兩個(gè)點(diǎn)云曲線，保存生產(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，保存曲線。圖2.1010：通過(guò)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(lái)截?cái)?，并保存兩端。圖2.1212：創(chuàng)立曲線約束，選擇剛剛截?cái)嗟膬蓷l線，進(jìn)展曲線約束，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，防止為后續(xù)的操作帶來(lái)干擾，按F1，在鼠標(biāo)底部畫一條直線，如下列圖。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，保存曲線。如下列圖。圖2.1818：在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，如下列圖。圖2.1919：將直線投影到點(diǎn)云中，方向?yàn)?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*軸為鏡像平面進(jìn)展鏡像操作，保存復(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，保存一條曲線。圖2.2525：顯示所有曲線，得到鼠標(biāo)的輪廓曲線。得到如下列圖：圖2.2626：延長(zhǎng)曲線，通過(guò)延長(zhǎng)命令來(lái)延長(zhǎng)各條曲線的端點(diǎn)，便于后續(xù)曲線的相交。圖2.2727：相交曲線：通過(guò)相交曲線命令，將各條曲線連接在一起。圖2.2828：截?cái)嗲€：通過(guò)截?cái)嗲€命令，用點(diǎn)截?cái)?，選擇需要截?cái)嗟那€并保存兩端。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)立曲線約束。圖2.32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)建的準(zhǔn)確與否可直接影響到工程與目標(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(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)特征，做出相近的曲線來(lái)表達(dá)其的特征實(shí)現(xiàn)流程：點(diǎn)云數(shù)據(jù)的選擇→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(guò)特征匹配，邊界，應(yīng)用。圖3.23：曲面顯色操作，可得到如下列圖鼠標(biāo)曲面。圖3.3〔2〕Geomagic曲面重構(gòu)〔1〕點(diǎn)擊準(zhǔn)確曲面→編輯→編輯輪廓線，描出龍爪的特征線，點(diǎn)擊確定。下列圖所示：圖6.1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點(diǎn)擊構(gòu)造柵格命令→應(yīng)用→確定，如圖6.3所示。圖6.3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：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)量很大程度上影響工程的準(zhǔn)確性，因此曲面重構(gòu)是逆向工程的重要根底。4.2曲面重構(gòu)的原理及實(shí)現(xiàn)流程原理：通過(guò)前期構(gòu)造好的曲線來(lái)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)展拼接處理：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)云片上分別選擇一樣位置的點(diǎn)，點(diǎn)盡量分散。然后點(diǎn)擊確定，如下列圖圖4.2圖4.3圖4.43：選擇全局注冊(cè)命令，數(shù)據(jù)按原始數(shù)據(jù)來(lái)處理，點(diǎn)擊應(yīng)用，確定。完成點(diǎn)云如下列圖：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(guò)重復(fù)如上操作，完成整個(gè)女神像的拼接。最終拼接如下列圖：圖4.8：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(guò)軟件操作對(duì)獲取的有殘缺的點(diǎn)云進(jìn)展有效地修補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)整體的優(yōu)化，因此點(diǎn)云修補(bǔ)是逆向工程的重要根底。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)展修補(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→