【正文】 要求，則使用修改曲面方式進(jìn)行處理。用相同的方法對(duì)其他需要調(diào)整的曲面進(jìn)行微調(diào)。曲面調(diào)整處理是復(fù)雜曲面逆向工程的重中之重，在“重新造型”模塊一般采用以下幾種方法進(jìn)行調(diào)整修正： 修改數(shù)學(xué)屬性 右擊模型樹(shù)中“重新造型”，在彈出的對(duì)話框中選中“編輯定義”選項(xiàng) ，重新進(jìn)入重新造型階段，對(duì)曲面進(jìn)行修改調(diào)整操作，選中造型不好的曲 面塊，長(zhǎng)按右鍵在彈出的菜單中選中“數(shù)學(xué)屬性”選項(xiàng)，在彈出的對(duì)話框中陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 34 頁(yè) 共 39 頁(yè) 調(diào)整設(shè)置參數(shù)。如下圖所示： 圖 重新造型處理中的模型 單擊工具欄中的“完成”按鈕 ，完成重新造型。單擊“約束”，設(shè)置邊界連接方式為“相切”。此處選擇面片數(shù)為 300，是因?yàn)閿?shù)目太少不能滿足該曲面的復(fù)雜程度，會(huì)導(dǎo)致部分曲面特征無(wú)法體現(xiàn)；數(shù)目太多則造成所分割的曲面塊過(guò)于瑣碎。單擊工具欄中的“自動(dòng)曲面工具”按鈕 ，選擇“參照”按鈕，在彈出的菜單中選中“整個(gè)小平面特征”單選按鈕，即在整個(gè)模型上進(jìn)行曲面劃分，如下圖所示： 圖 自動(dòng)曲面菜單 圖 選擇“整個(gè)小平面特征” 單擊“定義曲面片結(jié)構(gòu)”按鈕 ，設(shè)置添加曲面片數(shù)為 300，如下圖所示。讓軟件知道你這個(gè)小平面表示的點(diǎn)云是一體的集管處理的結(jié)果會(huì)清理掉初始點(diǎn)云里的雜點(diǎn) (也叫燥聲 ),游歷于整體之外的小塊分體點(diǎn)云使點(diǎn)云清潔 ,干凈 ,一體化 ,那樣就能進(jìn)到重新造型模塊里進(jìn)行后續(xù)操作了。單擊“確定”按鈕 ，完成所有小平面操作。 圖 3. 17 設(shè)置松弛參數(shù) 圖 3. 18 松弛平滑后 單擊工具欄中的“精整”按鈕 ，在彈出的對(duì)話框中進(jìn)行設(shè)置，則系統(tǒng)會(huì)按照設(shè)置成倍 增加并細(xì)化小平面，如 圖 3. 19 所示，小平面數(shù)量大約變?yōu)樵瓉?lái)的 3 倍。 圖 3. 16 小平面分樣 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 30 頁(yè) 共 39 頁(yè) 單擊工具欄中的“松弛”按鈕 ，在彈出的對(duì)話框中設(shè)置松弛參數(shù)，如 圖 3. 17 所示。 圖 3. 13 創(chuàng)建三角面 單擊工具欄中的“整理”按鈕 ，在彈出的如 圖 3. 14 所示的對(duì)話框陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁(yè) 共 39 頁(yè) 中進(jìn)行設(shè)置，系統(tǒng)將根據(jù)所選模式對(duì)小平面進(jìn)行整理，處理效果如 圖 3. 15所示。單擊“反向邊”按鈕 后，單擊小三角面的一條邊，則該三角面會(huì)反向重構(gòu)，如 圖 3. 11 所示。 單擊工具欄中的“填充”按鈕 ，在彈出的如 圖 3. 9 所示的對(duì)話框中進(jìn)行設(shè)置，選中模型中的破洞，填充后效果如 圖 3. 10 所示。 小平面處理 精調(diào)后，單擊工具欄中的“多面體面”按鈕 ，即可進(jìn)入小平面處理階段。 2) 小平面精整：粗調(diào)后，單擊工具欄中的“精調(diào)”按鈕 ，使小平面進(jìn)入精整階段。 圖 3. 8 包絡(luò)處理生成的三角面 1) 小平面粗調(diào)：此階段可運(yùn)用工具欄中的壓淺、壓深、穿透、去除腹板等命令對(duì)小平面進(jìn)行粗調(diào)處理。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) 共 39 頁(yè) 包絡(luò)處理 單擊工具欄的“包絡(luò)”按鈕，系統(tǒng)將對(duì)處理過(guò)的數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行三角平面處理。從表面看包絡(luò)階段和小平面階段并沒(méi)有什么區(qū)別，都是由三角面所組成。 圖 3. 7 “示例”對(duì)話框 數(shù)據(jù)保存：?jiǎn)螕艄ぞ邫谥械摹氨４?” 按鈕，在彈出的的對(duì)話框中輸 入文件名，選定保存格式，對(duì)處理過(guò)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行保存處理，以方便后續(xù)調(diào)用。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) 共 39 頁(yè) 單擊工具欄中的“示例”按鈕 ，按照一定規(guī)則對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行精簡(jiǎn)處理，刪除冗余數(shù)。 圖 3. 5 靈敏度設(shè)置 圖 3. 6 去除噪音 單擊工具欄中的“去除噪聲”按鈕 ，在彈出的 圖 3. 5 所示的對(duì)話框 中選擇降噪模式，此命令將剔除點(diǎn)云中的粗大噪聲點(diǎn)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) 共 39 頁(yè) 點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理 針對(duì)整個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，單擊工具欄中的“刪除界外值”按鈕 ，在彈出的 圖 3. 5 所示的對(duì)話框中輸入靈敏度，單擊“確定”按鈕。 圖 3. 2 設(shè)置新文件選項(xiàng) 輸入點(diǎn)云數(shù)據(jù) 單擊菜單欄中“插入” /“小平面特征”命令，在彈出的“打開(kāi)”對(duì)話框中選擇并打開(kāi)要輸入的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，如 圖 3. 3 所示。小平面特征的引入，使得 Pro/ENGINEER對(duì)于外部的逆向處理軟件的依賴大為降低，借助小平面特征， wildfire 在根據(jù)密集點(diǎn)云逆向造型的應(yīng)用大為拓寬。為了后期的三維模型可以在其他的三維軟件中打開(kāi)，在 Imageware 中把精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)后的文件另存為擴(kuò)展名為 IGS 的文件。為了解決這一問(wèn)題，國(guó)際上出現(xiàn)了一種描述三維幾何的標(biāo)準(zhǔn)格式 IGS 格式。過(guò)濾如 圖 3. 1 所示。使用 修改 抽取 圈選點(diǎn) 命令圈選不需要的數(shù)據(jù)，以及明顯的噪聲點(diǎn)。在逆向工程軟件 Imageware13中打開(kāi)。這時(shí)可以對(duì)這些局部進(jìn)行補(bǔ)充，即對(duì)這些部分進(jìn)行局部掃描，將點(diǎn)云補(bǔ)充完整。在選擇處理方法時(shí)應(yīng) 該注意根據(jù)所逆向的模型選擇合理的處理手段，以達(dá)到事半功倍的效果。其中著介紹了點(diǎn)云處理的一般步驟和曲面重構(gòu)的常見(jiàn)方法。實(shí)體建模部分主要完成對(duì)上一步修整調(diào)節(jié)后的曲面進(jìn)行實(shí)體化過(guò)程。在點(diǎn)云處理階段采用Pro/E中小平面特征模塊進(jìn)行處理，主要在進(jìn)一步深層次的處理點(diǎn)云的基礎(chǔ)上，進(jìn)行消除破洞、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)、對(duì)小平面進(jìn)行包絡(luò)處理、小調(diào)粗調(diào)、 小平面精調(diào)和精整以及生成集管等工作。 綜上所述：本次設(shè)計(jì)中，主要存在以下幾部分：點(diǎn)云的預(yù)處理、點(diǎn)云處理、曲面重構(gòu)、實(shí)體建模。在本次逆向工程的設(shè)計(jì)中，分析藝術(shù)品烏龜模型后，發(fā)現(xiàn)其較少有規(guī)律可循，致使正向設(shè)計(jì)十分困難進(jìn)行。這種方法計(jì)算耗費(fèi)大，對(duì)數(shù)據(jù)的噪聲以及參數(shù)分割的好壞要求嚴(yán)格，主要使用于復(fù)雜曲面的重構(gòu)方面。通常有兩種表達(dá)方式：一種是用三角 Bezier曲面片來(lái)逼近模型，首先對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)三角化，然后根據(jù)三角形網(wǎng)格進(jìn)行 C2連續(xù)的三角 Bezier曲面片插值重建 。 ○2 完全逆向工程的做法：即由點(diǎn)云數(shù)據(jù)直接反求 CAD模型。這種方案一般處理過(guò)程如下：首先從數(shù)據(jù)點(diǎn)中提取原始物體的截面線、特征線或邊界線，然后采用掃成、蒙皮、裁剪等一系列常規(guī)曲面構(gòu)造方法，得到主要以 NURBS取信表示的 CAD模型。建立三維模型，有助于理解零件的特征，更加直觀方便，而且對(duì)于快速制造很必要。但是，二維平面圖 不能完整和準(zhǔn)確地體現(xiàn)出設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思想，而且，二維圖紙無(wú)法對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行后續(xù)的結(jié)構(gòu)有限元分析、運(yùn)動(dòng)分析、公差分析、以及數(shù)控加工代碼的生成，而這些分析往往是必不可少的，只有三維實(shí)體造型才能滿足這些要求。 因此對(duì)于掃描點(diǎn)數(shù)據(jù)而言，由于點(diǎn)數(shù)據(jù)量大以近似法來(lái)重建曲面將會(huì)較插補(bǔ)法節(jié)省控制點(diǎn)的儲(chǔ)存空間，而且對(duì)于掃描時(shí)所滲入的誤差有抑除的效果，然而，以近似法來(lái)建立曲面，卻會(huì)耗費(fèi)大量的計(jì)算機(jī)內(nèi)存及較多時(shí)間在曲面的計(jì)算上，因此我們?cè)诮⑶娴倪^(guò)程中應(yīng)配合所測(cè)量得的數(shù)據(jù)點(diǎn)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 共 39 頁(yè) 數(shù)目及精度來(lái)決定曲面重建所使用的方法。以插補(bǔ)的方式進(jìn)行曲面數(shù)據(jù)建立，其優(yōu)點(diǎn)在于得到曲面一定會(huì)通過(guò)量測(cè)之?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)，因此如果數(shù)據(jù)量大的話，所得到的曲面更近似于原曲面模型，然而也因?yàn)槿绱?，如果量測(cè)時(shí)點(diǎn)數(shù)據(jù)含大量的噪聲則在重建曲面時(shí)大量 的噪聲將被含入而產(chǎn)生相當(dāng)大的誤差。所述，使用近似法時(shí)通常是點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)多且含噪聲較大的情況下。 由三維掃描儀所得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)來(lái)建立曲面的方式一般可以分為兩種：一種是以近似的方式、另一種是以插補(bǔ)的方式來(lái)將順序的點(diǎn)數(shù)據(jù)建立成為曲面，以下分別就這兩種方法做一簡(jiǎn)單介紹： 1) 近似法 (approximation) 以近似法來(lái)重建曲面，首先必須先指定一個(gè)容許誤差值 (tolerance)，并在 U、 V 方向建立控制點(diǎn)的起始數(shù)目，以最小平方法來(lái)擬合出 (fit)一個(gè)曲面后將量測(cè)之點(diǎn)投射到曲面上并分別求出點(diǎn)到面的誤差量，控制誤差量至指定的容許誤差值內(nèi)以完成曲面的建立，如果量測(cè)的數(shù)據(jù)很密集或是指定的容許誤差很小，則運(yùn)算 的時(shí)間會(huì)相當(dāng)?shù)木?。目前?點(diǎn) 云生成曲面的 過(guò) 程中，主要有三種曲面構(gòu)造的方案：其一是以 BSpline 或 NURBS曲面為基礎(chǔ) 的曲面構(gòu)造方案；其二是以三角 Bezier 曲面為基礎(chǔ) 的曲面構(gòu)造方案；其三是以多面體方式 來(lái) 描述曲面物體。曲面重建可以 說(shuō) 是逆向工程的另一 個(gè) 核心及主要的目的，是依據(jù)掃描得到 的點(diǎn) 云 數(shù) 據(jù)恢復(fù)曲面形狀建立 CAD 數(shù)學(xué)模型的過(guò)程。 在整個(gè)逆向工程中，產(chǎn)品的三維幾何模型 CAD 重建是最關(guān)鍵、最復(fù)雜的環(huán)節(jié)。 4) 數(shù)據(jù)光順，光 順?lè)褐腹饣?、順眼，但由于精度的要求，不允許對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)施加過(guò)大的修改量來(lái)滿足光順的要求，另一方面由于實(shí)物邊界曲面的多樣性，邊界上的某些特征點(diǎn)（邊界折拐點(diǎn)）必須予以保留，而不能被視為“壞點(diǎn)”。掃描得到的產(chǎn)品外形數(shù)據(jù)會(huì)不可避免的引入數(shù)據(jù)誤差，尤其是尖銳邊和邊界附近的測(cè)量數(shù)據(jù)，測(cè)量數(shù)據(jù)中的壞點(diǎn)，可 能使該點(diǎn)及其周圍的曲面片偏離原曲面，所以要對(duì)原始點(diǎn)云數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理，通常要經(jīng)過(guò)以下步驟： 1) 去掉噪音點(diǎn)，常用的檢查方法是將點(diǎn)云顯示在圖形終端上，或者生成曲線曲面，采用半交互半自動(dòng)的光順?lè)椒▽?duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查調(diào)整； 2) 數(shù)據(jù)插補(bǔ)，對(duì)于一些掃描不到的區(qū)域，其數(shù)據(jù)只能通過(guò)數(shù)據(jù)插補(bǔ)的方法來(lái)補(bǔ)齊，這里要考慮兩種曲面造型技術(shù)，基于點(diǎn)的樣條曲面逆向造型和基于點(diǎn)的曲面擬合技術(shù)。的非接觸式測(cè)量技術(shù)得到快速發(fā)展 ,如激光三角形測(cè)量與光柵法等具有精度高，適用范圍廣等特點(diǎn)。其中 ,接觸式測(cè)量是量頭與實(shí)物表面有接觸 ,常用的設(shè)備有 :三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、專用數(shù)字化儀等。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 共 39 頁(yè) —— 掃描 數(shù)據(jù)測(cè)量是逆向工程中后續(xù)處理的基礎(chǔ) ,因此三維掃描得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)的好壞直接影響到逆向建模的成功與否。 4)Facet Feature 模塊 Facet Feature（小平面特征）是 Pro/ENGINEER 新增的建模工具，可以輸入實(shí)物模型掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)或用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)所測(cè)得的數(shù)據(jù)，可以糾正設(shè)備誤差引起的點(diǎn)云數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，也可以對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行點(diǎn)云去噪、點(diǎn)云精簡(jiǎn)、平滑濾波、點(diǎn)云數(shù)據(jù)點(diǎn)修補(bǔ)、三角網(wǎng)格劃分和三角平面處理等。同時(shí)可根據(jù)選取的掃面數(shù)據(jù)創(chuàng)建型值曲線，并可在曲面上創(chuàng)建 型值曲線。 Pro/SCANTOOLS 是一個(gè)非參數(shù)化環(huán)境工具，設(shè)計(jì)人員可以專注設(shè)計(jì)模型的特定區(qū)域，使用不同的工具來(lái)獲得期望的形狀及曲面屬性。用于逆向工程時(shí)，可以用于少量測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)、僅有主要型線和邊界線的情況，從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)它不是一個(gè)完整的逆向，操作者反求的主要是產(chǎn)品的造型思想。只是把點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三角面片，通過(guò)三角面片來(lái)求解截面線、邊界線和特征線，也可用來(lái)做 RP 或 NC 加工編程。 1)ICEMSurf 模塊 ICEMSurf 是一個(gè)可以構(gòu)造 A 級(jí)自由曲面的工具，它可以直接構(gòu)造曲面（無(wú)須先構(gòu)造曲線）并可對(duì)曲面質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，在汽車、摩托車外覆蓋件，內(nèi)飾件等自由曲面的構(gòu)建過(guò)程中具有優(yōu)勢(shì)，但在重構(gòu)自由曲面時(shí)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的完 整性要求比較嚴(yán)格。 設(shè)計(jì)及模具設(shè)計(jì)等功能于一體，特別是其全參數(shù)化和全相關(guān)功能強(qiáng)大的實(shí)體造型技術(shù)，精悍、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)和能支 持所有 UN 平臺(tái) Windows，Windows/NT，使它成為快速成型技術(shù)行業(yè)中市場(chǎng)占有率最高的 CAD 軟件。 而且擁有以上專業(yè)的點(diǎn)云到曲面的造型功能，在進(jìn)行逆向工程時(shí)是一個(gè)不錯(cuò)的工具。比較曲面與點(diǎn)云的吻合程度，檢查曲面的光順性及與其他曲面的連續(xù)性，同時(shí)可以進(jìn)行修改，例如可以讓曲面與點(diǎn)云對(duì)齊，可以調(diào)整曲面的控制點(diǎn)讓曲面更光順，或?qū)η孢M(jìn)行重構(gòu)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 共 39 頁(yè) 等處理。還可以通過(guò)其他例如 圓角 等 生成 曲面。 b) 創(chuàng)建曲面。同曲線一樣，可以考慮生成更 準(zhǔn)確的曲面、更光順的曲面，或兩者兼顧。 Imageware12 軟件提供很多工具來(lái)調(diào)整和修改曲線。 c) 診斷和修改曲線。根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建曲線，可以改變控制點(diǎn)的數(shù)目來(lái)調(diào)整曲線。曲線可以是精確通過(guò)點(diǎn)云的、也可以是很光順的（捕捉點(diǎn)云代表的曲線主要形狀）、或介于兩者之間。 Imageware12 軟件能提供很多種生成點(diǎn)的網(wǎng)格和點(diǎn)的分段工具，這些工具使用起來(lái)靈活方便，還可以一次生成多個(gè)點(diǎn)的分段。提前規(guī)劃可以避免以后走彎路。 c) 通過(guò)可視化點(diǎn)云觀察和判斷，規(guī)劃如何創(chuàng)建曲面。 b) 對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行判斷，去除噪音點(diǎn)（即測(cè)量誤差點(diǎn)）。有時(shí)候由于零件形狀復(fù)雜，一次掃描無(wú)法獲得全部的數(shù)據(jù)，或是零件較大無(wú)法一次掃描完成，這就需要移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)零件，這樣會(huì)得到很多單獨(dú)的點(diǎn)云。 Imageware12 主要用 來(lái)做 逆向 工程，它處理點(diǎn)云數(shù)據(jù)的流程遵循 ， 點(diǎn) —曲線 — 曲面 的 原則 ，整個(gè) 流程簡(jiǎn)單清晰 明了 ， 而且 軟件 操作容易，對(duì)系統(tǒng)性能要求也不高。 Imageware提供了模塊化的產(chǎn)品來(lái)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。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