【正文】 geware 中勾勒的特征線生成的，所以這些 特征線直接決定著構(gòu)造出來(lái)的面的好壞程度，但是由于誤差是一定存在的，特別是在一些點(diǎn)云數(shù)據(jù)不夠充足的部分尤其顯得與實(shí)際外形有出入。 勾勒 R8 汽車(chē)外殼形狀大概分為三個(gè)步驟： 第一個(gè)步驟是對(duì)測(cè)出的點(diǎn)云進(jìn)行處理，主要工作是對(duì)齊點(diǎn)云 、 刪除雜點(diǎn) 和 作剖斷面構(gòu)造點(diǎn)云網(wǎng)格 ； 第 二 個(gè)步驟是 勾勒出較為平滑且面積較大的面，并且觀察這些面是否有一定的聯(lián)系，例如兩個(gè)面是否可以用一條引導(dǎo)線來(lái)掃略（如 R8 汽車(chē)的前擋風(fēng)玻璃與 頂面在交接處具有相同的曲率，即縱向引導(dǎo)線相切 ）或者這兩個(gè)面是否本屬于同一個(gè)面而被某種需要分割開(kāi)了 （如 R8 汽車(chē)的擋風(fēng)玻璃兩側(cè)的 兩個(gè)支柱桿與擋風(fēng)玻璃隸屬于同一個(gè)曲面，被要安裝擋風(fēng)玻璃而截開(kāi)了）；第三個(gè)步驟是處理車(chē)輪附近部分曲面以及尾部邊上的曲面。等三個(gè)步驟全部做完以后將特征曲線存為 UG 可識(shí)別的文件 （ *.igs 格式）。然后就進(jìn)入 UG 曲面造型階段了 點(diǎn)云處理過(guò)程 刪除雜點(diǎn) 圖 所示的點(diǎn)云是未經(jīng)任何處理的點(diǎn)云，在進(jìn)行對(duì)齊和用不同方法顯示點(diǎn)云之前先刪除雜點(diǎn)，也就是刪除本不應(yīng)該出現(xiàn)的點(diǎn)，如圖 中用紅圈圈住的點(diǎn)屬于雜點(diǎn)，而用黃色圈圈住的部分點(diǎn)云為倒后鏡點(diǎn)云，而倒后鏡不屬于車(chē)身外形，故也將其刪去 。使用 Modify→ Scan Line→ Pick Delete Points 最后結(jié)果如圖 所示。 圖 需刪除的雜點(diǎn) 圖 刪除雜點(diǎn)之后的點(diǎn)云 對(duì)齊點(diǎn)云 掃描所得到的點(diǎn)云是沒(méi)有做過(guò)定位處理的，導(dǎo)入點(diǎn)云文件后，先得對(duì)車(chē)進(jìn)行坐標(biāo)對(duì)齊操作，由于在整個(gè)課題過(guò)程中對(duì)坐標(biāo)要求并不是非常高，故使用 Imageware 軟件中的自動(dòng)對(duì)齊命令。點(diǎn)擊 Modify→ Align→ Auto Align clouds，并在彈出對(duì)話(huà)框中選擇相應(yīng)的點(diǎn)云，如圖 所示。 圖 自動(dòng)對(duì)齊命令 作剖斷面 利用 Consturct→ Cross Section→ Cloud Interactive 作多個(gè)剖斷面，構(gòu)造點(diǎn)云網(wǎng)格，作為構(gòu)線參考，特別是在需要進(jìn)行橫向或者縱向參考的時(shí)候點(diǎn)云網(wǎng)格能夠提供非常重要的參考依據(jù)。 注：實(shí)際剖面線比此圖中要密得多 圖 點(diǎn)云網(wǎng)格 圖 使用剖面功能提供點(diǎn)云網(wǎng)格 勾勒特征線 擋風(fēng)玻璃 — 頂面 — 引擎罩 這部分是最容易分辨出來(lái)的，這部分打算用網(wǎng)格曲面進(jìn)行掃略，所以必須勾勒出引導(dǎo)線串和剖面線， 引導(dǎo)線串可以直接在點(diǎn)云上用 B 樣條曲線勾勒，而剖面線串由于要保證曲線 的光順度和生成曲面的質(zhì)量，需要在點(diǎn)云網(wǎng)格上進(jìn)行勾勒，其過(guò)程 如圖 和圖 所示 。 圖 點(diǎn)云視圖 圖 點(diǎn)云網(wǎng)格視圖 前面板 前面板較為光滑且 U、 V 兩向均為凸曲線，故可用網(wǎng)格曲面掃略，作出引導(dǎo)線串和剖面線如圖 所示。 圖 前端蓋特征線 擋風(fēng)玻璃支柱 — 車(chē)窗上部 這部分比較窄小， 而且曲率沒(méi)有突變，可以用網(wǎng)格曲面進(jìn)行掃略，需作出引導(dǎo)線和剖面線，其中一條引導(dǎo)線是第一步中的一條引導(dǎo)線，故只需作出沿車(chē)窗外延的引導(dǎo)線盒剖面線。如圖 所示。 圖 擋風(fēng)玻璃支柱 — 車(chē)窗上部特征線 前端蓋兩側(cè) — 車(chē)門(mén)上部 — 尾部 這部分屬于狹長(zhǎng)區(qū)域，由于涉及范圍比較廣，所以在作剖面線串的時(shí)候尤其要注意對(duì)曲率有所改變的地方的處理，應(yīng)該在曲率有所改變的地方的左右兩邊分別施以剖面線，以不至于得出的曲面過(guò)于 失真 ，結(jié)果如圖 所示。 圖 前端蓋兩側(cè) — 車(chē)門(mén)上部 — 尾部特征線 尾部上側(cè) 此處為發(fā)動(dòng)機(jī)引擎罩后部曲面與第四步中的尾部?jī)蓚?cè)曲面接合的曲面，故引導(dǎo)線已經(jīng)存在，只需作出剖面線即可，如圖 所示。 圖 尾部上側(cè)特征線 車(chē)輪部位 如圖 所示，用 B 樣條曲線在點(diǎn)云網(wǎng)格勾勒出圍繞著這輪的一圈曲面，圖 為樣條曲線在點(diǎn)云網(wǎng)格中和在點(diǎn)云中的對(duì)比。通過(guò)觀察對(duì)比圖，可以得出樣條曲線非常接近圓。此處不用圓弧命令而依然用 B 樣條曲線勾勒特征線的原因是圍繞著車(chē)輪的這個(gè)曲面并非平面，可以由圖 看出，所以作者本人認(rèn)為用 B 樣條曲線是較為好的選擇。 實(shí)際上需作出圍繞 4 個(gè)車(chē)輪的曲面，此處僅以右后輪處舉例說(shuō)明，其他三個(gè)就不一一細(xì)說(shuō)了 ，圖 為完成后的繞車(chē)輪曲面的特征線。 （ a）點(diǎn)云視圖中的曲線 （ b）點(diǎn)云網(wǎng)格視圖中的曲線 圖 曲線在點(diǎn)云網(wǎng)格中和在點(diǎn)云中的對(duì)比 圖 圍繞車(chē)輪的部分曲面 圖 完成后的繞車(chē)輪曲面特征線 車(chē)門(mén)后方兩側(cè) 此處主要是沿著 圓弧作剖面線，最終結(jié)果如圖 所示。 圖 車(chē)輪出圓弧剖面線 尾燈部分 此部分是汽車(chē)掛牌部位，故結(jié)構(gòu)復(fù)雜，點(diǎn)云數(shù)據(jù)不齊全，就算能夠較為清楚地還原出本來(lái)的輪廓，其意義也不是非常大，故考慮用一個(gè)曲面來(lái)代替，其特征線如圖 所示。 圖 尾燈部分特征線 前燈部分 此處曲面較為簡(jiǎn)單，只需勾勒 出前方進(jìn)氣口與車(chē)燈之前的兩條狹長(zhǎng)曲面和前部的下面包圍曲面，結(jié)果如圖 所示。 圖 前燈部分特征線 車(chē)門(mén)部分 車(chē)門(mén)部分曲面較為復(fù)雜，其中間有凹陷部分，故此處用 3 個(gè) 平面和 3 個(gè) 曲面來(lái)近似模擬車(chē)門(mén) 。特征線如圖 所示。 圖 車(chē)門(mén)部分特征線 1 排氣管 部分 排氣管部分在除去排氣管 的兩個(gè)孔之后的曲面 十分簡(jiǎn)單，只有一個(gè)曲面， 只需作出剖面線和引導(dǎo)線掃略即可，特征線如圖 所示。 圖 排氣管部分特征線 1 Imageware 部分的完結(jié) 至此，在 Imageware 中勾勒 特征線的工作已經(jīng)全部完結(jié)，如圖 所示。接下來(lái)需要在 UG 中按照已經(jīng)勾勒好的特征線還原出 R8 汽車(chē)的外殼形狀。使用圖層功能將點(diǎn)云部分不顯示再將曲線另存為 .igs 格式的文件。 圖 整車(chē)特征線 UG 部分 概述 此課題中，最關(guān)鍵且最有意義的工作是勾勒 R8 汽車(chē)外殼形狀，所以 Imageware 中的工作是最重要的，尤其是勾勒的特征線不僅僅關(guān)系到在 UG 中生成曲面的質(zhì)量，而且能夠反映反求工作者對(duì)于該汽車(chē)外殼形狀的理解和對(duì)設(shè)計(jì)師意圖的揣摩。 由于在 Imageware 中勾勒的特征線主要以剖面線和 引導(dǎo)線為主，所以在 UG 中還原外殼形狀的過(guò)程主要用網(wǎng)格曲面命令進(jìn)行掃略（插入→網(wǎng)格曲面→通過(guò)曲線網(wǎng)格）。在UG 中則大概按照在 Imageware 勾勒特征線的步驟進(jìn)行還原。 在 UG 中生成外形輪廓具體步驟 頂面 選擇頂面兩側(cè)頂面中間的一共三條曲線作為引導(dǎo)線串，擋風(fēng)玻璃頂邊緣線、頂面 中部橫向剖面線和引擎罩前端邊緣線一共三條曲線作為剖面線， 并以 為相交公差生成曲面，結(jié)果 如圖 所示。 （ a）剖面線串和引導(dǎo)線串的選擇 （ b）生成結(jié)果 圖 頂面 前端蓋 可觀察到前端蓋非常平滑且 U、 V 兩向都為凸，所以根據(jù) Imageware 中勾勒的特征線、 為相交公差生成曲面，結(jié)果如圖 所示。 （ a）剖面線串和引導(dǎo)線串的選擇 （ b）生成結(jié)果 圖 前端蓋 擋風(fēng)玻璃支柱 — 車(chē)窗上部 此部分為狹長(zhǎng)區(qū)域，兩條引導(dǎo)線幾乎平行，從前端蓋的兩個(gè)角一直延伸至引擎罩處，剖面線近似為二階曲線 。生成時(shí)的剖面線串和引導(dǎo)線串的選擇及 生成結(jié)果見(jiàn)圖 。 （ a）剖面線串和引導(dǎo)線串的選擇 （ b）生成結(jié)果 圖 擋風(fēng)玻璃支柱 — 車(chē)窗上部曲面 前端蓋兩側(cè) — 車(chē)門(mén)上部 — 延伸至尾部 此部分同為狹長(zhǎng)區(qū)域，在 Imageware 中勾勒特征線的時(shí)候已經(jīng)在曲率變化的地方施加了剖面線串防止生成的曲面過(guò)于失真，生成時(shí)的剖面線串和引導(dǎo)線串的選擇及生成結(jié)果見(jiàn)圖 。 （ a）剖面線串和引導(dǎo)線串的選擇 （ b）生成結(jié)果 圖 前端蓋兩側(cè) — 車(chē)窗上部曲面 尾部上側(cè) 此部分與前端蓋類(lèi)似，均為面積較大且光滑曲面，同樣按照 Imageware 中勾勒的剖面線串和引導(dǎo)線串構(gòu)造曲面，生成時(shí)的剖面線串和引導(dǎo)線串的選擇及生成結(jié)果見(jiàn)圖。 （ a）剖面線串和引導(dǎo)線串的選擇 （ b）生成結(jié)果 圖 尾部上側(cè)曲面 車(chē)輪周?chē)糠? 車(chē)輪周?chē)糠智娴纳墒趾?jiǎn)單，只需正確選擇剖面線串和引導(dǎo)線串即可，具體見(jiàn)圖 。 （ a）剖面線串和引導(dǎo)線串的選擇 （ b）生成結(jié)果 圖 車(chē)輪周?chē)糠智? 車(chē)門(mén)后方兩側(cè) 此部分為過(guò)渡區(qū)域，同上一個(gè)步驟，只需正確選擇剖 面線串和引導(dǎo)線串即可，具體見(jiàn)圖 。 （ a）剖面線串和引導(dǎo)線串的選擇 （ b）生成結(jié)果 圖 車(chē)門(mén)后方兩側(cè)曲面 尾燈部分 尾燈部分主要是汽車(chē)掛牌和尾燈裝飾作用， 由于此處點(diǎn)云數(shù)據(jù)不夠齊全，即便能夠很細(xì)膩地還原此處曲面，但是跟此課題主要研究的方向有或多或少的出入，所以此處用一個(gè)曲面代替整個(gè)汽車(chē)后部的外殼形狀，生成時(shí)的剖面線串和引導(dǎo)線串的選擇及生成結(jié)果見(jiàn)圖 。 （ a）剖面線串和引導(dǎo)線串的選擇 （ b）生成結(jié)果 圖 尾燈部分曲面 前燈部分 前燈部分主要是一些狹長(zhǎng)曲面，共 3 部分，生成好的前燈部分如圖 所示。 圖 前燈部分曲面 車(chē)門(mén)部分 車(chē)門(mén)部分較為復(fù)雜，現(xiàn)分 4 步敘述車(chē)門(mén)的生成過(guò)程 ： （ 1） 生成最下端的向車(chē)內(nèi)收攏的部分曲面，如圖 所示。 （ a）剖面線串和引導(dǎo)線串的選擇 （ b）生成結(jié)果 圖 車(chē)門(mén)生成過(guò)程 1 （ 2） 生成車(chē)門(mén)中部大塊平滑曲面，如圖 所示。 （ a）剖面線串和引導(dǎo)線串的選擇 （ b）生成結(jié)果 圖 車(chē)門(mén)生成過(guò)程 2 （ 3） 生成車(chē)門(mén)上部平滑曲面，具體如圖 所示。 （ a）剖面線串和引導(dǎo)線串的選擇 （ b）生成結(jié)果 圖 車(chē)門(mén)生成過(guò)程 3 （ 4） 補(bǔ)全剩下的兩塊曲面，車(chē)門(mén)完全生成如圖 所示。 圖 完整車(chē)門(mén) 1排氣管部分 排氣管部分的生成如圖 所示。 （ a）剖面線串和引導(dǎo)線串的選擇 （ b）生成結(jié)果 圖 排氣管部分曲面 1 整車(chē)外形曲面 至此 ，整車(chē)的外形輪廓已經(jīng)生成了絕大部分，剩下的部分仍然按照選擇剖面線串和引導(dǎo)線串的方法進(jìn)行構(gòu)造，整車(chē)曲面完全生成的結(jié)果如果 所示。 圖 整車(chē)曲面 1整體縫合 隱藏所有曲線，準(zhǔn)備進(jìn)行縫合所有曲面，使用“插入 —聯(lián)合體 —縫合”命令。生成的曲面都會(huì)存在誤差，面與面之間會(huì)存在縫隙（如圖 ），最后需要做一個(gè)整體的縫合，縫合時(shí)先縫合大的曲面，大的曲面過(guò)渡較好，縫合誤差較??；之后再縫合大曲面與小曲面，小曲面生成誤差較大，與大曲面間的過(guò)渡縫隙會(huì)大點(diǎn)，縫合時(shí)需將縫合誤差調(diào)相對(duì)調(diào)高，已保證完整過(guò)渡。 1最終 UG 模型 縫合后車(chē)身的反求設(shè)計(jì)基本完成，接下來(lái)對(duì)最終模型做斑馬線反射，斑馬線反射圖可以直觀的反映曲面的光順度。 圖 斑馬線反射圖 由圖 可以看出，整車(chē)外形輪廓曲面特征基本表達(dá)準(zhǔn)確，曲面光順度基本滿(mǎn)足要求，只是有些細(xì)節(jié)位置存在較大誤差。 誤差分析 將最終的 UG 模型另存為 .igs 文件 ,導(dǎo)入到 imageware 中，同時(shí)打開(kāi)點(diǎn)云文件，作誤差分析。圖 為導(dǎo)入 Imageware 的 UG 模型，圖 為導(dǎo)入文件和點(diǎn)云。 圖 導(dǎo)入 Imageware的 UG模型 圖 導(dǎo)入文件和點(diǎn)云 點(diǎn)擊 Measure→ Surface to→ cloud difference 或者用快捷鍵 Shift+Q，在彈出的對(duì)話(huà)框中選擇 UG 模型的所有面和車(chē)模點(diǎn)云文件（如圖 ），點(diǎn) Apply，軟件自動(dòng)進(jìn)行誤差分析，結(jié)果如圖 和圖 所示。 圖 選擇曲面和點(diǎn)云 圖 誤差彩圖 如圖 ， 誤差分析結(jié)果中分別顯示了幾何誤差、側(cè)向誤差、反向誤差、正向誤差的最大值和平均值。觀察顏色分布圖可以看出，誤差較大的地方存在于車(chē)位掛牌處，因?yàn)榇颂?用一個(gè)曲面來(lái)代替復(fù)雜的原始曲面，當(dāng)然誤差較大，但是對(duì)于平均誤差來(lái)說(shuō)， 的誤差還是可以說(shuō)是達(dá)到要求的誤差 。 圖 UG模型與點(diǎn)云 誤差 總 結(jié) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)容主要有逆向工程的原理及其在汽車(chē)設(shè)計(jì)上的應(yīng)用， Comet三維激光測(cè)量 設(shè)備的原理、功能和使用，專(zhuān)業(yè)逆向工程軟件 Imageware 和 UG 的使用。其中的重點(diǎn)也是其意思是在于如何使用 Imageware 對(duì)汽車(chē)模型點(diǎn)云進(jìn)行合理分割，用恰當(dāng)?shù)那鏄?gòu)建方法進(jìn)行曲面反求來(lái)還原本身的形狀；難點(diǎn)在于如何構(gòu)造曲線來(lái)生成各個(gè)分割 曲面并實(shí)現(xiàn)光滑過(guò)渡。 初次接