1逆向工程關(guān)鍵技術(shù)-文庫(kù)吧資料
2025-07-01 05:17本頁(yè)面
【正文】 opyCAD等），再到高密度整個(gè)范圍。然而，該類方法同時(shí)也存在計(jì)算量大、對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求高，曲面對(duì)點(diǎn)云的快速適配需要使用高階NURBS曲面等不足，而且面片之間難以實(shí)現(xiàn)曲率連續(xù)，難以實(shí)現(xiàn)高級(jí)曲面的創(chuàng)建。一個(gè)完整的網(wǎng)格化處理過(guò)程通常包括以下步驟：首先，從點(diǎn)云中重建三角網(wǎng)格曲面，再對(duì)這個(gè)三角網(wǎng)格曲面分片，得到一系列有四條邊界的子網(wǎng)格曲面；然后，對(duì)這些子網(wǎng)格逐一參數(shù)化；最后，用NURBS曲面片擬合每一片子網(wǎng)格曲面，得到保持一定連續(xù)性的曲面樣條，由此得到用NURBS曲面表示的CAD模型，可以用CAD軟件進(jìn)行后續(xù)處理，“三階段法”便是快速曲面造型曲面重建的一個(gè)典型說(shuō)明。并且，由于基于NURBS曲面建模技術(shù)在曲面模型幾何特征的識(shí)別、重建曲面的光順性和精確度的平衡把握上，對(duì)建模人員的建模經(jīng)驗(yàn)提出了很高的要求。該方式下提供了兩種基本建模思路：一是由點(diǎn)直接到曲面的建模方法，這種方法是在對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行區(qū)域分割后，直接應(yīng)用參數(shù)曲面片對(duì)各個(gè)特征點(diǎn)云進(jìn)行擬合，以獲得響應(yīng)特征的曲面基元，進(jìn)而對(duì)各曲面基元進(jìn)行處理，獲得目標(biāo)重建曲面，（a）所示：二是由點(diǎn)到曲線再到曲面的建模方法，這種方法是在用戶根據(jù)經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建的特征曲線的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)曲面造型，而后通過(guò)響應(yīng)的處理以獲得目標(biāo)重建曲面的建模過(guò)程，（b）所示。與傳統(tǒng)曲面造型方式相比，快速曲面造型方式通常是將點(diǎn)云模型進(jìn)行多邊形化，隨后通過(guò)多邊形模型進(jìn)行NURBS曲面擬合操作來(lái)實(shí)現(xiàn)曲面模型的重建。（1） 曲線擬合法，該方法先將測(cè)量點(diǎn)擬合成曲線，再通過(guò)曲面造型的方式將曲線構(gòu)建成曲面（曲面片），最后對(duì)各曲面片直接添加過(guò)渡約束和拼接操作完成曲面模型的重建。依據(jù)逆向建模系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)曲面重建的特點(diǎn)，可以將曲面重建的方式劃分為傳統(tǒng)曲面造型方式和快速曲面造型方式兩類。2) 根據(jù)CAD系統(tǒng)建模特點(diǎn)與策略分類根據(jù)CAD系統(tǒng)提供方式的分類多少顯得有些籠統(tǒng)，難以為逆向軟件的類型提供更為明確的指導(dǎo)，因?yàn)槟嫦駽AD建模通常都是曲面模型的構(gòu)建，對(duì)CAD系統(tǒng)的曲面、曲面處理功能要求較高，其分類沒(méi)有這方面的信息。第一階段是一些商品化的CAD/CAM軟件集成進(jìn)專用的逆向模塊，典型的如PTC的Pro/Scantools模塊、CATIA的QSR/GSD/DSE/FS模塊及UG的Point cloudy功能等。當(dāng)前，市場(chǎng)上提供了逆向建模功能的系統(tǒng)達(dá)數(shù)十種之多，較具代表性的有EDS公司的Imageware Geomagic 公司的Geomagic Studio、Paraform公司的Paraform、PTC公司的ICEM Surf、DELCAM公司的CopyCAD軟件以及國(guó)內(nèi)浙江大學(xué)的ReSoft等。由于組成曲面類型不同，因此，CAD模型重建的一般步驟：先根據(jù)幾何特征對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，然后分別對(duì)各個(gè)曲面片進(jìn)行擬合，再通過(guò)曲面的過(guò)渡、相交、裁剪、倒圓、等手段，將多個(gè)曲面“縫合”成一個(gè)整體，即重建的CAD模型。其內(nèi)容涉及計(jì)算機(jī)、圖像處理、圖形學(xué)、計(jì)算幾何、測(cè)量和數(shù)控加工等眾多交叉學(xué)科和工程領(lǐng)域，是國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界，尤其是CAD/CAM領(lǐng)域廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)和難度問(wèn)題。但如何提高集成過(guò)程中的自動(dòng)化、智能化程度，以下一些關(guān)鍵問(wèn)題值得進(jìn)一步研究：（1）基于視覺(jué)技術(shù)的邊界輪廓和物體特征的識(shí)別方法；（2）CMM智能化測(cè)量技術(shù)；（3）高效的多傳感器數(shù)據(jù)融合方法；（4）考慮后續(xù)的模型重建的要求，數(shù)字化過(guò)程與表面重構(gòu)的集成化研究。從表中可以清楚的看出，每一種測(cè)量方法都有其優(yōu)勢(shì)與不足，在實(shí)際測(cè)量中，兩種測(cè)量技術(shù)的結(jié)合將能夠?yàn)槟嫦蚬こ處?lái)很好的彈性，有助于逆向工程的進(jìn)行。目前，常用的各種方法在這兩方面各有優(yōu)缺點(diǎn)，且有一定的適用范圍，所以在應(yīng)用是應(yīng)根據(jù)被測(cè)物體的特點(diǎn)及對(duì)測(cè)量精度的要求來(lái)選擇對(duì)應(yīng)的測(cè)量方法?？偟膩?lái)說(shuō)，精度與速度是數(shù)字化方法最基本的指標(biāo)。 投影光柵法原理圖投影光柵法的主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量范圍大、速度快、成本低、且精度較高（177。入射光線P照射到參考平面上的A點(diǎn)，放上被測(cè)物體后，P照射到物體上的B點(diǎn)，此時(shí)從圖示方向觀察，A點(diǎn)就移動(dòng)到新的位置C點(diǎn)，距離AC就攜帶了物體表面的高度信息Z=h（x,y），即高度受到了表面形狀的調(diào)制。 激光三角法原理 在主動(dòng)式方法中，除了激光以外，也可以采用光柵或白光源投影。激光三角法具有測(cè)量速度快，而且可達(dá)到較高的精度（177。因此，根據(jù)光源、物體表面反射點(diǎn)及攝像機(jī)成像點(diǎn)之間的三角關(guān)系，可以計(jì)算出表面反射點(diǎn)的三維坐標(biāo)。由激光發(fā)出的光束，經(jīng)過(guò)一組改變方向的反射鏡組成的掃描裝置變向后，投射到被測(cè)物體上。根據(jù)不同的原理，應(yīng)用較為成熟的主動(dòng)視覺(jué)方法又可分為激光三角法和投影柵法兩類。主動(dòng)視覺(jué)是指測(cè)量系統(tǒng)向被測(cè)物體投射出特殊的結(jié)構(gòu)光，通過(guò)掃描、編碼或調(diào)制，結(jié)合立體視覺(jué)技術(shù)來(lái)獲得被測(cè)物體的三維信息。首先對(duì)放置在自動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上的物體進(jìn)行攝像，將攝得的圖像輸入軟件后利用體相交技術(shù)可自動(dòng)生成物體的三維模型，但對(duì)于物體表面的一些局部細(xì)節(jié)和凹陷區(qū)域，該系統(tǒng)還需要結(jié)合主動(dòng)式的激光掃描進(jìn)行細(xì)化。缺點(diǎn)是精度較低，難以達(dá)到工程實(shí)用的要求，目前多用于計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、虛擬現(xiàn)實(shí)模型、網(wǎng)上展示等場(chǎng)合，而且該方法無(wú)法應(yīng)用于某些具有凹陷表面的物體。因此，通過(guò)體相交法，將各個(gè)視錐體相交便得到了物體的三維模型。將視點(diǎn)與物體的遮擋輪廓線相連，即可構(gòu)成一個(gè)視錐體。雖然已提出了大量各具特色的匹配算法，但場(chǎng)景中光照、物體的幾何形狀與物理性質(zhì)、攝像機(jī)特性、噪聲干擾和畸變等諸多因素影響，至今仍未有很好地解決。由于它直接模擬了人類視覺(jué)的功能，可以在多種條件下靈活地測(cè)量物體的立體信息；而且通過(guò)采用高精度的邊緣提取技術(shù)，可以獲得較高的空間地位精度（相對(duì)誤差為1%~2%），因此在計(jì)算機(jī)被動(dòng)測(cè)距中得到廣泛應(yīng)用。因此，若已知像點(diǎn)pp2，則連線C1P1和C2P2必交于空間點(diǎn)P，這種確定空間點(diǎn)坐標(biāo)的方法稱為三角測(cè)量原理。，其中P是空間中任意一點(diǎn)，CC2是兩個(gè)攝像機(jī)的焦點(diǎn)，類似于人的雙眼，PP2是P點(diǎn)在兩個(gè)成像面上的像點(diǎn)。根據(jù)可利用的視覺(jué)信息，被動(dòng)視覺(jué)方法包括由明暗恢復(fù)形狀（Shape From Shading，SFS）、由紋理恢復(fù)形狀、光度立體法、立體視覺(jué)和由
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