工藝品（貔貅）的逆向造型研究

李敏

(蘇州技師學(xué)院，江蘇 蘇州215009)

逆向工程技術(shù)是將產(chǎn)品樣品轉(zhuǎn)化為CAD模型的相關(guān)數(shù)字化技術(shù)和幾何模型重建技術(shù)的總稱[1]。針對物理模型，利用3D數(shù)字化測量設(shè)備，準(zhǔn)確、快速地獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，隨后經(jīng)過三維重構(gòu)建模處理，以獲得相應(yīng)的模具及產(chǎn)品。逆向工程技術(shù)廣泛運(yùn)用于模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)、動(dòng)漫設(shè)計(jì)、汽車行業(yè)、航空航天、醫(yī)學(xué)醫(yī)療、文物考古、科研教學(xué)等領(lǐng)域。

逆向工程技術(shù)同樣可以應(yīng)用在工藝品設(shè)計(jì)生產(chǎn)中。以玉雕為例，傳統(tǒng)的玉雕都是采用師傅帶徒弟的手工方式加工的。加工周期長，人力成本高，生產(chǎn)效率低下。本文以玉雕（貔貅）的逆向造型為例，研究利用逆向工程技術(shù)進(jìn)行玉雕（貔貅）設(shè)計(jì)生產(chǎn)以提高生產(chǎn)效率的可能。

1 何為逆向工程

“逆向工程”(Reverse Engineering，RE)，也稱反求工程、反向工程。它是將實(shí)物轉(zhuǎn)化為CAD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)，幾何模型重建技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱，是將已有產(chǎn)品或?qū)嵨锬Ｐ娃D(zhuǎn)化為工程設(shè)計(jì)模型和概念模型，在此基礎(chǔ)上對已有產(chǎn)品進(jìn)行解剖，深化和再創(chuàng)造的過程。

逆向工程一般可分為四個(gè)階段：數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、原型CAD模型的重建、重建CAD模型的檢驗(yàn)與修正。

2 玉雕（貔貅）的逆向造型流程

玉雕一般都采用傳統(tǒng)的手工雕刻方式，加工周期長，生產(chǎn)成本高。以圖1所示的貔貅為例，玉雕師傅加工這樣一個(gè)工藝品大概需要十天左右的時(shí)間，生產(chǎn)效率較低。對于這種造型比較常見，需要大量生產(chǎn)的工藝品，我們是否可以找到一種快速的加工方式呢？

本文中利用逆向工程技術(shù)來對這一問題進(jìn)行研究。大致分下面幾步：

（1）通過逆向工程技術(shù)得到玉雕（貔貅）的三維數(shù)字模型；

（2）對三維數(shù)字模型進(jìn)行修改與再設(shè)計(jì)；

（3）將數(shù)字模型導(dǎo)入雕刻機(jī)加工玉雕（貔貅）；

（4）對玉雕（貔貅）的人工精雕，加工完成。

圖1 玉雕（貔貅）原型

3 玉雕（貔貅）的逆向造型

3.1 玉雕（貔貅）的數(shù)據(jù)采集

圖2 玉雕（貔貅）的數(shù)據(jù)采集

由于玉雕（貔貅）是由復(fù)雜的曲線曲面組成，采用非接觸掃描的方式采集數(shù)據(jù)比較合適。本文中使用REV Scan手持式激光掃描儀，視掃描對象而言，掃描精度最高可達(dá)0.05mm。掃描時(shí)在玉雕（貔貅）表面噴涂反差增強(qiáng)劑（圖2），以提高掃描數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

掃描時(shí)分兩面進(jìn)行，分別得到玉雕（貔貅）的正反面掃描數(shù)據(jù)（圖3）。

圖3 玉雕（貔貅）的掃描數(shù)據(jù)

3.2 玉雕（貔貅）的數(shù)據(jù)處理

在逆向造型軟件Geomagic Studio中將正反兩面數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，得到玉雕（貔貅）的三角網(wǎng)格面片數(shù)據(jù)，如圖4所示。經(jīng)過一系列處理生成玉雕（貔貅）的CAD模型（圖5）。

圖4 拼接后的數(shù)據(jù)

圖5 處理后的CAD模型

從圖5可以看出，在逆向造型軟件中生成的CAD模型很多細(xì)節(jié)部分（牙齒、胡須等）都已經(jīng)不是很清楚了。這是由掃描以及逆向造型過程中不可避免的誤差所引起的。實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)需要在三維軟件中對生成的CAD模型進(jìn)行再設(shè)計(jì)，直至達(dá)到自己滿意的效果為止。

3.3 玉雕（貔貅）的快速成型

為了快速驗(yàn)證玉雕（貔貅）逆向造型的直觀效果，將CAD模型轉(zhuǎn)化為STL格式導(dǎo)入快速成型機(jī)中加工。本文所選用的快速成型機(jī)是由北京殷華公司生產(chǎn)的GI-A快速成型機(jī)，它的成型工藝是絲狀材料選擇性熔融沉積(FDM)。圖6所示為玉雕（貔貅）在快速成型機(jī)的加工過程。

圖6 玉雕（貔貅）的快速成型加工過程

3.4 玉雕（貔貅）的加工

通過快速成型加工驗(yàn)證玉雕（貔貅）逆向造型結(jié)果后，可將CAD數(shù)模導(dǎo)入雕刻機(jī)加工玉雕（貔貅）。加工完成的玉雕產(chǎn)品只需玉雕師傅根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行簡單的細(xì)節(jié)修改與雕刻即可。與傳統(tǒng)的人工雕刻相比，CAD數(shù)模導(dǎo)入雕刻機(jī)加工與對產(chǎn)品細(xì)節(jié)的簡單修改耗費(fèi)的時(shí)間要短很多。而玉雕大部分結(jié)構(gòu)的機(jī)器加工也會(huì)極大的減少出錯(cuò)率，提高玉雕產(chǎn)品的加工效率，降低生產(chǎn)成本。

4 結(jié)論

本文中研究了逆向工程技術(shù)在傳統(tǒng)工藝品加工行業(yè)的應(yīng)用。通過研究我們發(fā)現(xiàn)，將逆向工程技術(shù)運(yùn)用到玉雕行業(yè)，結(jié)合三維設(shè)計(jì)、數(shù)字加工及人工雕刻，可減小玉雕產(chǎn)品的加工周期，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。由此類推，逆向工程技術(shù)可以推廣應(yīng)用到整個(gè)工藝品行業(yè)，對縮短工藝品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期，提高工藝品的生產(chǎn)效率有很好的推動(dòng)作用。

［1］何葉松，楊華哲，等.逆向工程在重構(gòu)髖關(guān)節(jié)骨CAD模型中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物物理學(xué)教研室.中國醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2011(01).