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1、第四章第四章 三维模型重建三维模型重建逆向工程技术及其应用逆向工程技术及其应用8/20/2024v教学目标：教学目标：（1 1） 理解：逆向工程中三维模型重构的过程和方理解：逆向工程中三维模型重构的过程和方 法。法。（2 2） 掌握：曲线拟合造型和曲面片直接拟合造型掌握：曲线拟合造型和曲面片直接拟合造型 的方法和技巧。的方法和技巧。（7 7） 理解：三维模型的质量评价方法和曲线和曲理解：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面的光顺评价和处理方法。法。8/20/2024v第一节第一节 概论概论v第二节第二节 曲线拟合造型曲线拟合造型v第三节第三节 曲面片直接拟合造型曲面片直接拟
2、合造型v第四节第四节 模型质量评价模型质量评价8/20/2024v课前复习课前复习v逆向工程中曲面重构的特点、重构过程及其重构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。曲面的二种方法。v逆向工程中基于曲线的拟合造型方法以及相应的逆向工程中基于曲线的拟合造型方法以及相应的软件。软件。8/20/2024第四节第四节 曲面片直接拟合造型曲面片直接拟合造型曲面片直接拟合造型是直接对测量数据点进行曲面片拟曲面片直接拟合造型是直接对测量数据点进行曲面片拟合，获得曲面片经过过渡、混合、连接形成最终的曲面模合，获得曲面片经过过渡、混合、连接形成最终的曲面模型。曲面直接拟合造型既可以处理有序点，
3、也能处理点云型。曲面直接拟合造型既可以处理有序点，也能处理点云数据（散乱点）数据（散乱点）.数字化设备采集数据数据与处理曲面片拟合曲面模型重建模型评价实体模型下游应用图图4-4 曲面片拟合造型曲面片拟合造型8/20/2024v应用这种三边域曲面重构方法的典型商用软件是应用这种三边域曲面重构方法的典型商用软件是GeomagicGeomagic 软件。该软件可轻易地从扫描所得的软件。该软件可轻易地从扫描所得的点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并可点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并可自动转换为自动转换为 NURBS NURBS 曲面。曲面。vGeomagicGeomagic软件主要应用于快
4、速消费品、玩具及其软件主要应用于快速消费品、玩具及其非工业成品（如医学方面、文物和艺术品保存）非工业成品（如医学方面、文物和艺术品保存）方面。方面。8/20/2024v该软件具有多元化的功能，即能处理几何曲面造该软件具有多元化的功能，即能处理几何曲面造型，又能处理以型，又能处理以CTCT和和MRIMRI数据为代表的断层界面数数据为代表的断层界面数据造型，使软件在医疗成像领域具有影响力。据造型，使软件在医疗成像领域具有影响力。v该软件主要包括该软件主要包括GeomagicGeomagic Qualify,GeomagicQualify,Geomagic Shape,GeomagicShape,G
5、eomagic Wrap,GeomagicWrap,Geomagic Decimate,GeomagicDecimate,Geomagic Capture Capture等五个模块。等五个模块。8/20/2024输出匹配的输出匹配的文件格式文件格式(IGS、STL等等)。自动将点云自动将点云数据转换为数据转换为多边形多边形快速减少快速减少多边形数目多边形数目(Decimate)曲面分析曲面分析(公差分析等公差分析等)把多边形把多边形转换为曲面转换为曲面主要功能包括：主要功能包括：8/20/2024Geomagic Studio软件工作流程如下图所示： 8/20/20248/20/20248/2
6、0/2024v应用四边域曲面重构方法的应用四边域曲面重构方法的ImagewareImageware软件软件在点云数据处理、曲线构建和曲面构建方面有很强在点云数据处理、曲线构建和曲面构建方面有很强的优势，能快速重构高品质的曲面；的优势，能快速重构高品质的曲面；在曲面的实时检测与分析中，可以提供多样的比较在曲面的实时检测与分析中，可以提供多样的比较图示，方便技术人员及时准确的把握曲面特征，图示，方便技术人员及时准确的把握曲面特征，并进行适当地修改；并进行适当地修改；将将ImagewareImageware软件和软件和UGUG软件过渡面的生成和实体生成软件过渡面的生成和实体生成方面的功能结合运用在汽
7、车、航空、航天、家电、方面的功能结合运用在汽车、航空、航天、家电、模具、计算机零部件等多个领域，将达到高效、模具、计算机零部件等多个领域，将达到高效、快捷的目的，大大提高生产效率。快捷的目的，大大提高生产效率。曲面重构方法的比较曲面重构方法的比较 ：8/20/2024v应用三边域曲面重构方法的应用三边域曲面重构方法的GeomagicGeomagic Studio Studio软件软件主要是采用基于三角域曲面重构法，然后再通过曲主要是采用基于三角域曲面重构法，然后再通过曲面转换模块来完成。样品经过点云数据的获取、面转换模块来完成。样品经过点云数据的获取、点云预处理等操作，然后就进行曲面重构。点云
8、预处理等操作，然后就进行曲面重构。优势在于其强大的点云处理能力和快速构面功能，优势在于其强大的点云处理能力和快速构面功能，能很大地提高经济效益，将其与能很大地提高经济效益，将其与UGUG强大的实体功强大的实体功能的结合将结合在一起，应用在快速消费品、玩能的结合将结合在一起，应用在快速消费品、玩具及其非工业成品（如医学方面、文物和艺术品具及其非工业成品（如医学方面、文物和艺术品保存）方面，将收到意想不到的效果，节省很多保存）方面，将收到意想不到的效果，节省很多生产的时间成本。生产的时间成本。8/20/2024第四节第四节 模型质量评价模型质量评价 重构的重构的 CAD CAD 模型能否表现产品实
9、物？模型能否表现产品实物？ 两者之间的误差有多大？两者之间的误差有多大？由逆向工程中重构得到的模型和实物样件的误差由逆向工程中重构得到的模型和实物样件的误差到底有多大到底有多大? 所建立的模型是否可以接受所建立的模型是否可以接受? 比较实物模型与比较实物模型与CAD模型的差异模型的差异 通过比较点云数据模型和通过比较点云数据模型和 CAD 模型的差异模型的差异,评价模型精度对曲面光顺性能质量进行评价评价模型精度对曲面光顺性能质量进行评价.8/20/2024根据模型制造的零件是否与数学模型相吻合。根据模型制造的零件是否与数学模型相吻合。 检验制造产品与检验制造产品与CADCAD模型的差异模型的差
10、异 基于重构的基于重构的CADCAD模型，模型，首先对产品进行数字化，然首先对产品进行数字化，然后将数据点和模型对齐后，通过计算点到模型的后将数据点和模型对齐后，通过计算点到模型的距离来比较差异。一般通过专用的逆向软件的自距离来比较差异。一般通过专用的逆向软件的自带功能实现。带功能实现。8/20/2024曲线评价：曲线评价：v曲线光顺评价曲线光顺评价 曲率梳曲率梳v曲线光顺处理曲线光顺处理 8/20/2024曲面评价：曲面评价：v曲面光顺评价曲面光顺评价反射线法反射线法高光线法高光线法等照度法等照度法焦点曲面法焦点曲面法v曲面光顺处理曲面光顺处理曲面光顺转化为网格线的光顺性问题曲面光顺转化为网
11、格线的光顺性问题8/20/2024本章小结本章小结 本章阐述了曲面造型在逆向工程的作用。介绍了曲线拟本章阐述了曲面造型在逆向工程的作用。介绍了曲线拟合造型和曲面片直接拟合造型两种常用的曲面生成方法，合造型和曲面片直接拟合造型两种常用的曲面生成方法，并介绍了曲线、曲面的光顺评价准则和处理方式。并介绍了曲线、曲面的光顺评价准则和处理方式。 在实践中，进行模型重构时选择哪种造型方法取决于在实践中，进行模型重构时选择哪种造型方法取决于测量数据的类型和模型的几何特征以及曲面的复杂性。测量数据的类型和模型的几何特征以及曲面的复杂性。8/20/2024v作业：作业：v做出曲面片拟合造型的过程图。做出曲面片拟合造型的过程图。
