第四章三维模型重建

第四章三维模型重建 逆向工程技术及其应用

教学目标： （1）理解：逆向工程中三维模型重构的过程和方法。（2）掌握：曲线拟合造型和曲面片直接拟合造型的方法和技巧。（7）理解：三维模型的质量评价方法和曲线和曲面的光顺评价和处理方法。

第一节概论 第二节曲线拟合造型第三节曲面片直接拟合造型第四节模型质量评价

三维 CAD 模型的重构是逆向工程 的另一个核心和主要目的，是后续产品加工制造、快速成形、工程分析和产品再设计的基础。CAD 模型的重构是整个逆向工程中最关键、最复杂的一环，重构曲面的品质和精度直接影响最终产品CAD模型的优劣。第一节概论

逆向工程中的曲面造型不同于传统的曲面设计造型，它有着自身的特点：逆向工程中的曲面造型不同于传统的曲面设计造型，它有着自身的特点：（1）如基于样品采集得到的数据点云量极大；（2）采集的数据在很多情况下都是成散乱分布的；（3）由于各种测量因素和人为因素的存在，采集数据往往会带有许多无用的信息；（4）由于数据采集技术的限制，复杂的曲面零件往往需要对其进行分块测量。各个数据测量块之间就存在着一个多视融合的问题；（5）当样品表面形状复杂，特征多而分散时，需要进行分块(Segmentation)造型，因此也就产生了邻接曲面之间的拼接、裁剪、过渡等一系列复杂的曲面计算问题。

点云分割 选择适当的造型方法生成曲面曲面质量评价（精度、光顺性）曲面裁剪、生成外表面外表面光顺性评价图4-1 曲面的逆向重构过程

目前逆向工程研究中 自由曲面建模手段以曲线、曲面为基础的曲面拟合方法。应用对象主要是由复杂曲面组成的产品，如汽车、飞机、船舶等，这类产品既不是完全由简单的二次曲面组成，也不像人脸那样毫无规律而言。以三角曲面为基础的曲面构造方法；最适合表现无规则、复杂型面的物体，特别是玩具、艺术品这类对象。

在逆向工程中，三维 CAD 模型的重构是利用产品表面的散乱点数据，通过插值或者拟合，构建一个近似模型来逼近产品原型。产品外形的CAD模型是由多张不同几何形状的曲面经过延伸、过渡、裁剪等混合而成，在产品整个模型构建的过程中，选择适当的处理方法，方可较好的得到原产品的几何形状。

曲线是曲面的基础。 常用的模型重构方法是：先将据点通过插值或逼近拟合成曲线，再利用造型工具，完成曲面片造型，再通过延伸、剪裁和过渡等曲面编辑，得到完整的曲面模型。第二节曲线拟合造型实体模型数据预处理下游应用曲面片重建数字化设备采集数据曲线拟合曲面模型图4-2 基于曲线的模型重构过程

当通过插值或逼近得到曲线段后，应通过各 种编辑功能对曲线进行修形操作，修补由于测量数据的不完整带来的拟合曲线缺陷，要求曲线具有完整、连续、光滑的特点，以保证生成曲面的光顺性。曲线编辑

基于曲线的曲面重构 在完成曲线造型后，可以通过不同曲线构造曲面的方法，进行曲面模型的重构。旋转曲面直纹面拉伸面边界曲面

应用曲线拟合造型的典型商用软件 广泛应用于汽车、航天、消费家电、模具、计算机零部件等设计与制造领域。软件包括以下几个模块：基础模块、点处理模块、曲线、曲面模块、多边形造型模块、检验模块和评估模块。 Imageware软件

Imageware软件能打开很多种数据格式，包括了二种STL格式（STL ASCII和STL Binary），以及UG/Parasolids、Pro/E等。 Imageware软件可以输出的数据格式中常见的有:Imageware (*.imw), ASCII(*.asc), IGES(*.igs), Pro/E(*.prt),CLI(*.cli),DXF,UG / Parasolids,VDA以及ASCII形式的STL(*. ast)和二进制(Binary)形式的STL(*. stl)。通常在Imageware软件进行曲面重构处理后，输出到后续的通用CAD中，作进一步处理。由于Imageware和UG都可以输出快速原型加工的格式档，所以通常由Imageware输出到UG中做处理后，再以STL输出完整的CAD模型。

“点－曲线－曲面”的原则，先创建合适的曲线，然后利用曲线通过蒙皮、扫掠、四个边界等方法生成曲面。“点－曲线－曲面”的原则，先创建合适的曲线，然后利用曲线通过蒙皮、扫掠、四个边界等方法生成曲面。 • Imageware软件的一般操作流程：

Imageware软件-----实例1

小结： 介绍了逆向工程中曲面重构的特点、重构过程及其重构曲面的二种方法。重点讲解了逆向工程中基于曲线的拟合造型方法以及相应的软件。

作业： 做出基于曲线的模型重构过程图。

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