模型逆向造型的探討分析

魏向京

摘 要：逆向造型是指根據(jù)已有的產(chǎn)品或者模型進(jìn)行測(cè)量或掃描，然后進(jìn)行逆向的三維建模過(guò)程。這個(gè)過(guò)程其實(shí)就是對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)推出的一個(gè)過(guò)程，包括設(shè)計(jì)圖紙以及數(shù)字模型等方面。在零件模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行逆向造型的研究，主要的方式就是借助逆向造型模式，把沒(méi)有CAD圖紙的零件通過(guò)掃面的方式進(jìn)行處理，得到三維CAD模型再進(jìn)行研究，在此過(guò)程中，對(duì)產(chǎn)生的一系列誤差進(jìn)行精確的分析，下面本文就圍繞這一問(wèn)題展開(kāi)研究。

關(guān)鍵詞：零件；逆向造型；掃描

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.252

0 引言

在對(duì)零件進(jìn)行加工和修改的過(guò)程中，有些時(shí)候會(huì)出現(xiàn)原有的圖紙丟失的情況，在這樣的情況下，就需要運(yùn)用逆向模型技術(shù)。除此之外，有一些產(chǎn)品無(wú)法用圖紙來(lái)精確地展示外觀和尺寸，比如一些汽車的外觀等等，這樣也需要逆向模型的輔助。這種技術(shù)最開(kāi)始是在上個(gè)世紀(jì)90年代被發(fā)明并且得以使用的，最初是在汽車領(lǐng)域興起的一種技術(shù)，多用于新型產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的過(guò)程中。這種技術(shù)自問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)多年的研究以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，已經(jīng)達(dá)到了非常高的發(fā)展程度，在技術(shù)的應(yīng)用方面取得了很大的進(jìn)步，現(xiàn)在已經(jīng)成為汽車領(lǐng)域不可或缺的一種重要的技術(shù)。逆向造型技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程，就是利用光學(xué)設(shè)備對(duì)零件的原型進(jìn)行掃描，通過(guò)這樣的方式獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在通過(guò)特殊處理軟件的加工將獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成曲面的一個(gè)過(guò)程。下面本文就對(duì)逆向造型過(guò)程以及應(yīng)用過(guò)程中的一些關(guān)鍵的技術(shù)進(jìn)項(xiàng)詳細(xì)的探討。

一般情況下，逆向造型過(guò)程一般分為點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集、實(shí)體造型以及實(shí)體與點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)比三個(gè)主要的過(guò)程，下面就分別進(jìn)行介紹。

1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集

所謂的點(diǎn)云數(shù)據(jù)就是掃描資料以點(diǎn)的形式記錄，每一個(gè)點(diǎn)包含有三維坐標(biāo)，有些可能含有顏色信息（RGB）或反射強(qiáng)度信息（Intensity）。點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集的具體過(guò)程就是在逆向造型過(guò)程中，利用各種各樣專業(yè)性的方法來(lái)對(duì)實(shí)體零件的表面進(jìn)行三維數(shù)據(jù)的掃描，并且將數(shù)據(jù)集合起來(lái)。至于“點(diǎn)云”這一稱呼的定義，則是因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)上顯示的時(shí)候非常密集，像成團(tuán)的云霧一樣，所以把這種數(shù)據(jù)叫做“點(diǎn)云數(shù)據(jù)”。 點(diǎn)云數(shù)據(jù)除了具有幾何位置以外，有的還有顏色信息。顏色信息通常是通過(guò)相機(jī)獲取彩色影像，然后將對(duì)應(yīng)位置的像素的顏色信息（RGB）賦予點(diǎn)云中對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，這種數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性更高，是零件逆向造型過(guò)程中要采集的主要數(shù)據(jù)之一。

一般情況下，點(diǎn)云數(shù)據(jù)的采集主要有接觸式和非接觸式兩種，顧名思義，接觸式測(cè)量就是通過(guò)要將側(cè)頭與模型表面相互接觸來(lái)獲得數(shù)據(jù)，這種測(cè)量方式的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確性較高，但是同時(shí)測(cè)量的速度比較慢，工作效率低，會(huì)浪費(fèi)一部分時(shí)間，比較適用于規(guī)則的幾何圖形的測(cè)量。近幾年來(lái)，非接觸式測(cè)量方式的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，受到了相關(guān)工作人員的廣泛認(rèn)可和青睞，這種測(cè)量方式主要就是以計(jì)算機(jī)的圖形處理技術(shù)為基礎(chǔ)，具體包括激光三角法、結(jié)構(gòu)光法等等，其主要的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量的速度較快，在點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取數(shù)量上占有很大的優(yōu)勢(shì)，比較適用于一些復(fù)雜的零件的測(cè)量工作。在現(xiàn)代的點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集的工作中，TDV系列三維數(shù)字化激光掃描儀是很常見(jiàn)的一種儀器，是三維掃描儀中性能比較好的一種，其在逆向造型的過(guò)程中應(yīng)用的范圍十分廣泛。

2 實(shí)體造型

逆向造型的過(guò)程中，實(shí)體造型是最主要的一個(gè)步驟，在這一過(guò)程中還分為兩個(gè)小的步驟，下面進(jìn)行詳細(xì)探討。

2.1 點(diǎn)云整理

對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行整理是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，在這一過(guò)程中經(jīng)常會(huì)用到imageware軟件。Imageware 由美國(guó) EDS 公司出品，后被德國(guó)Siemens PLM Software所收購(gòu)，現(xiàn)在并入旗下的NX產(chǎn)品線，是最著名的逆向工程軟件，因其強(qiáng)大的點(diǎn)云處理能力、曲面編輯能力和A級(jí)曲面的構(gòu)建能力而被廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、消費(fèi)家電、模具、計(jì)算機(jī)零部件等設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域。

2.2 模型重構(gòu)

模型重構(gòu)與點(diǎn)云整理是相互關(guān)聯(lián)的一個(gè)環(huán)節(jié)，在這個(gè)過(guò)程中一般會(huì)選用imageware12.1和UG NX8.5兩種軟件相結(jié)合使用，imageware軟件在擬合特征曲線方面有很大的優(yōu)勢(shì)，而UG軟件則在具體的造型的過(guò)程中發(fā)揮出很大的作用。因此，在模型重構(gòu)的過(guò)程中將兩種軟件相互配合使用，可以互相彌補(bǔ)不足，促進(jìn)模型重構(gòu)工作效率的提升。在這里還需將曲面擬合過(guò)程進(jìn)行分析，這一過(guò)程就是將各個(gè)方向上的曲面導(dǎo)入到UG軟件中，利用曲線和掃掠功能連線成面，再用截形體等將這些曲面鏈接在一起。

3 實(shí)體與點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)比

這一對(duì)比過(guò)程主要是為了對(duì)逆向模型進(jìn)行檢測(cè)和修改，提高模型的準(zhǔn)確性。優(yōu)于實(shí)體造型是通過(guò)點(diǎn)云掃描以及曲面拼接等一系列過(guò)程形成的，在這一過(guò)程中，由于各種各樣的原因模型的準(zhǔn)確性多少會(huì)受到一些影響，因此，要將實(shí)體模型和點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)不符的地方要及時(shí)進(jìn)行修改。

總而言之，本文通過(guò)對(duì)逆向模型的過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的分析，對(duì)這一技術(shù)的應(yīng)用方法進(jìn)行了介紹，近幾年來(lái)，這種技術(shù)在汽車以及其他零件的制作過(guò)程中都得到了很廣泛的應(yīng)用，我們有理由相信在未來(lái)的時(shí)間里這種技術(shù)會(huì)得到更好的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝宋良，成思源，張洪，張湘?zhèn)?基于實(shí)物模型的逆向造型技術(shù)[J].機(jī)床與液壓，2008（01）.

[2]周煜，杜發(fā)榮，高峰.基于Imageware軟件的汽車內(nèi)飾逆向設(shè)計(jì)方法[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2006（08）.

[3]趙宇明，張國(guó)忠，于哲峰.逆向造型設(shè)計(jì)在汽車車門設(shè)計(jì)中的應(yīng)用技術(shù)研究[J].機(jī)械，2005（06）.