基于逆向工程的工藝品建模及快速成型研究

高 彤, 劉子建, 徐倩倩

(陜西科技大學(xué) 設(shè)計(jì)與藝術(shù)學(xué)院, 陜西 西安 710021)

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基于逆向工程的工藝品建模及快速成型研究

高 彤, 劉子建, 徐倩倩

(陜西科技大學(xué) 設(shè)計(jì)與藝術(shù)學(xué)院, 陜西 西安 710021)

以文物的保護(hù)和傳播為目的,基于Geomagic軟件,對(duì)如何提升逆向建?？焖俪尚偷臏?zhǔn)確性及效率方面進(jìn)行了研究.運(yùn)用Handyscan3D手持三維激光掃描儀進(jìn)行后母戊鼎點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取,使用逆向軟件Geomagic進(jìn)行數(shù)據(jù)過濾、數(shù)據(jù)補(bǔ)缺、平滑處理、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)等預(yù)處理操作.并基于Geomagic的精準(zhǔn)曲面模塊進(jìn)行曲面重構(gòu),得到了曲面模型.將通過誤差檢測(cè)數(shù)據(jù)處理之后的三維模型,在Pro/Engineer中生成實(shí)體CAD模型,并通過3D打印快速成型技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)了文物快速仿制,為其數(shù)字化保護(hù)和開發(fā)提供了新途徑.

逆向工程； 點(diǎn)云處理； 快速成型

0 引言

工藝品數(shù)字化技術(shù)保護(hù)研究是在先進(jìn)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、三維建模和快速成型制造技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行.通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、3D打印技術(shù)的方式,以青銅器為研究對(duì)象,增強(qiáng)人們對(duì)傳統(tǒng)文化及其“古為今用”的傳播與認(rèn)知.

在逆向工程曲面重建方面,Hoppe等[1]提出用局部切平面的線性無(wú)限逼近算法進(jìn)行曲面重建；Bajaj等[2]提出用α-shape的方法進(jìn)行分段線性的擬合；肖宜龍等[3]提出利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將點(diǎn)云數(shù)據(jù)擬合為NURBS曲面的方法.

在噪點(diǎn)處理方面,Ohtake等[4]提出沿著頂點(diǎn)法向和切向移動(dòng)的光順?biāo)惴?；Clarnez等[5]提出將偏微分方程的圖像處理技術(shù)應(yīng)用到噪點(diǎn)處理上面；2012年,趙曄等[6]提出基于帶噪聲的三角網(wǎng)絡(luò)模型的光順?biāo)惴?

在數(shù)據(jù)補(bǔ)洞方面,2007年,張潔等[7]提出運(yùn)用三角網(wǎng)格模型的各向異性補(bǔ)洞算法；2013年,高穎等[8]提出保持特征的孔洞修復(fù)算法,該算法提取特征值將孔洞進(jìn)行三角化細(xì)分,插入新的頂點(diǎn)完成數(shù)據(jù)修補(bǔ).

綜上所述,基于逆向工程技術(shù)的數(shù)據(jù)曲面擬合、去噪等在算法上面進(jìn)行了大量的研究,取得了不錯(cuò)的進(jìn)展.但是普通用戶對(duì)其認(rèn)知程度較低.目前基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的軟件開發(fā)已經(jīng)較為成熟,為了能夠降低用戶的理解成本.本文研究了基于Geomagic軟件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理、曲面擬合等遇到的問題及快速高效的解決方案,并運(yùn)用快速成型技術(shù)對(duì)其數(shù)據(jù)的可使用性進(jìn)行驗(yàn)證.

1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

實(shí)驗(yàn)測(cè)量設(shè)備：Handyscan3D手持三維激光掃描儀,加拿大Creaform公司；VXelements軟件,加拿大Creaform公司；Geomagic Studio軟件,美國(guó)Raindrop Geomagic公司；Pro/Engineer軟件,美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司[9].

后母戊鼎：因鼎的內(nèi)部刻有銘文“后母戊”而得名,后母戊鼎腹部呈長(zhǎng)方形,四足呈中空柱體結(jié)構(gòu).由于后母戊鼎在造型特征上呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)稱幾何形態(tài),結(jié)構(gòu)主要由鼎耳、鼎身、鼎足三部分組成.每部分表面布滿復(fù)雜的紋理且局部細(xì)節(jié)紋路較淺,故采取三維激光掃描獲取基本數(shù)據(jù).

三維激光掃描由硬件及軟件組成,其獲取數(shù)據(jù)為三角幾何測(cè)量原理.如圖1所示,激光發(fā)射點(diǎn)和CCD接收點(diǎn)在高精度的基準(zhǔn)線兩端,與物體的反射點(diǎn)形成空間平面三角形.

測(cè)量點(diǎn)P(x、y、z)坐標(biāo)的數(shù)學(xué)模型如式(1)、(2)、(3)所示：

x=Lcosγsinλ/sin(γ+λ)

(1)

y=Lsinγsinλcosδ/sin(γ+λ)

(2)

z=Lsinγsinλsinδ/sin(γ+λ)

(3)

圖1 三角幾何測(cè)量原理

式(1)～(3)中：L為基線長(zhǎng)度,γ、λ為通過傳感器的發(fā)射光線、入射光線與L的夾角,δ為三維掃描儀軸向自旋轉(zhuǎn)角度.

1.2 數(shù)據(jù)采集過程

基于Handyscan3D三維掃描儀數(shù)據(jù)采集具體步驟：貼定位點(diǎn)→打開VXelements軟件→調(diào)整表面設(shè)定→配置傳感器→掃描定位點(diǎn)→獲取數(shù)據(jù)并保存.

1.2.1 注意事項(xiàng)

(1)粘貼定位點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)過程中模型定位點(diǎn)的分布如圖2所示.分析可得,反光點(diǎn)的距離須不少于20 mm,避免在物體表面特征處或者曲率較大的位置進(jìn)行隨機(jī)的粘貼；反光點(diǎn)距離邊緣不少于12 mm的地方粘貼,避免呈線性規(guī)則排列[10]；若測(cè)量物表面曲率較小,距離可達(dá)到100 mm.

圖2 模型粘貼定位點(diǎn)

(2)掃描過程：掃描時(shí)盡量保持與物體表面垂直,以便于獲得較高精準(zhǔn)度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；被掃描物體應(yīng)該一直處于掃描儀器的基準(zhǔn)距的范圍內(nèi)；在掃描過程中,必須保持實(shí)物的平穩(wěn),降低外界人為因素的干擾.

1.2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

按照上述步驟進(jìn)行試驗(yàn),待掃描結(jié)束后,在VXelements軟件中檢查預(yù)覽模型是否理想.掃描完成后得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)如圖3所示[11].分析可知雖然在曲率變化較小的地方點(diǎn)云數(shù)據(jù)有所缺失,但對(duì)于掃描階段所獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)已經(jīng)完整,僅需要在多邊形階段進(jìn)行后期修復(fù)即可,故將點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)出為STL格式的三角形網(wǎng)格文件便于后期操作.

圖3 后母戊鼎原始點(diǎn)云模型

2 多邊形階段數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)在采集過程中受到環(huán)境光及被掃描物本身紋理復(fù)雜性的影響,會(huì)不可避免地產(chǎn)生誤差.主要有以下幾個(gè)方面：

(1)噪點(diǎn)：由于環(huán)境光的影響,不可避免的會(huì)有一些體外孤點(diǎn).

(2)空洞：由于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的缺失,在進(jìn)行多邊形化處理后,面片表面會(huì)產(chǎn)生一些空洞.

(3)多邊形錯(cuò)誤：表現(xiàn)為交叉的三角形面片,形成原因是點(diǎn)云在一個(gè)位置的數(shù)據(jù)波動(dòng)較大時(shí),一張曲面的三角形網(wǎng)格會(huì)封裝成多層三角形網(wǎng)格,產(chǎn)生交叉三角形,形成錯(cuò)誤的網(wǎng)格關(guān)系.

(4)表面不光順：由于物體表面的質(zhì)量原因,造成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的波動(dòng),再對(duì)點(diǎn)云三角網(wǎng)格化后,模型表現(xiàn)為不光順.

(5)點(diǎn)云邊界不光滑：由于模型及光線的原因,不能完整的獲取模型的邊界.

針對(duì)這些問題,將三維激光掃描得到的STL格式文件輸入至Geomagic Studio軟件中進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理.主要的步驟為：刪除體外孤點(diǎn)→刪除非連接項(xiàng)→減少噪音→補(bǔ)洞→去除特征→數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化→封裝.

2.1 刪除體外孤點(diǎn)

基于Geomagic Studio軟件刪除體外孤點(diǎn),主要有兩種操作方式：

(1)手動(dòng)交互處理：運(yùn)用Rectangle Tool(矩形工具)、Ellipse Tool(橢圓工具)、Paintbrush、Tool(畫筆工具)或Lasso Tool(套索命令)選取孤點(diǎn),點(diǎn)擊delete命令進(jìn)行刪除[12].

(2)自動(dòng)識(shí)別選取處理：手動(dòng)選取誤差點(diǎn)云,單擊右鍵—選擇(select)—Bounded Components(有界組件),系統(tǒng)會(huì)選擇與其相連的點(diǎn)云數(shù)據(jù),點(diǎn)擊delete命令進(jìn)行刪除.

刪除后母戊鼎掃描過程中的無(wú)效點(diǎn)云底座數(shù)據(jù)時(shí),先手動(dòng)刪除鼎足底部與底座相連的數(shù)據(jù),將底座與模型進(jìn)行分離,然后運(yùn)用自動(dòng)選取模式將物體外圍無(wú)關(guān)點(diǎn)群刪除.

2.2 減少噪點(diǎn)

在掃描或數(shù)字化過程中,噪點(diǎn)經(jīng)常被引入到數(shù)據(jù)中.在模型上體現(xiàn)為粗糙的、非均勻的曲面,部分噪點(diǎn)附著于數(shù)據(jù)表面且數(shù)量較大無(wú)法自動(dòng)分離刪除.采用高斯濾波算法對(duì)噪點(diǎn)進(jìn)行處理,是一種較為高效的線性平滑濾波算法,可以在低頻區(qū)域圖像有比較好的去噪效果,高斯濾波數(shù)學(xué)模型如式(4)所示：

g(i,j)=e

(4)

式(4)中：(i,j)為圖像中待處理的像素點(diǎn)；g(i,j)為處理后圖像在(i,j)點(diǎn)上的灰度值；δ是確定中心點(diǎn)附近區(qū)域的大小,δ2為標(biāo)準(zhǔn)方差.

在Geomagic Studio軟件中選擇Reduce Noise功能進(jìn)行處理,Reduce Noise有自由曲面形、棱柱形(保守)、棱柱形(積極)三種方式,三種噪點(diǎn)處理方式的數(shù)據(jù)對(duì)比如表1所示.

數(shù)據(jù)分析：從表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,標(biāo)準(zhǔn)誤差值分別為0.022 882 mm、0.060 726 mm、0.014 286 mm.針對(duì)鼎這類造型體,采用“棱柱形(積極)”的效果比較好,可以很好的保證邊角的特征.

表1 三種去噪方式的比較分析

從誤差數(shù)值與被掃描物的形狀進(jìn)行分析,三種去噪方式的優(yōu)劣勢(shì)如下所示：

(1)“自由曲面形”適用于以自由曲面為主的模型,選擇這種方式可以減少噪聲點(diǎn)對(duì)曲面曲率的影響,是一種積極的減噪方式,但點(diǎn)的偏差會(huì)比較大.

(2)“棱柱形(保守)”適用于模型中有銳利邊角的模型,可以使尖角特征得到很好的保持.

(3)“棱柱形(積極)”同樣適用于模型中有銳利邊角的模型,可以很好的保持邊角特征,是一種積極的減噪方式,相對(duì)于“棱柱形(保守)”的方式,點(diǎn)的偏移值會(huì)小一些.

2.3 數(shù)據(jù)填充

針對(duì)空洞邊界處存在雜亂尖銳的錯(cuò)誤三角形面片,在補(bǔ)洞之前需進(jìn)行刪除雜面片操作,然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)填充.在Geomagic軟件中,依據(jù)物體表面特征,填充孔的填充方式可分為按照曲率、切線和平面三種命令；依據(jù)空洞位置特征,填充孔可分為完整孔、邊界孔和搭橋孔.完整孔填充是對(duì)封閉且完整邊界線的孔洞進(jìn)行填充；邊界孔是填充處在邊界處的孔洞,即半開放的孔洞；搭橋孔填充懸空的區(qū)域,類似橋梁一樣的搭接兩塊點(diǎn)云[13].以下為針對(duì)后母戊鼎模型中空洞類型及其相對(duì)應(yīng)的處理方法.

原理：定義一個(gè)特征面,孔洞中的多邊形點(diǎn)到該特征面的距離平方和最小算法來進(jìn)行數(shù)據(jù)填充.其數(shù)學(xué)模型如式(5)、(6)所示：

(5)

(6)

式(5)、(6)中:P1,P2,…,Pn為空洞多邊形的頂點(diǎn),Q為多邊形的中心點(diǎn),n為特征面的法向矢量,S為所確定的矩陣n的最小特征值對(duì)應(yīng)的單位特征向量.通過特征平面將空洞的多邊形修復(fù).

(1)在Geomagic軟件中,針對(duì)空洞形狀較小、具有曲率特征且處于模型邊界的空洞,采用基于曲率的邊界孔命令.具體操作為：點(diǎn)擊“填充單個(gè)孔-曲率-部分”可以直接進(jìn)行補(bǔ)洞,如圖4所示為局部邊界補(bǔ)洞.

圖4 局部邊界補(bǔ)洞

(2)在Geomagic軟件中,針對(duì)空洞形狀細(xì)長(zhǎng)、具有曲率特征,采用基于曲率的搭橋孔命令.填充完的部分會(huì)產(chǎn)生大量尖點(diǎn)形狀的點(diǎn)云數(shù)據(jù),需要進(jìn)行搭橋連接方式并結(jié)合完整孔或邊界孔命令進(jìn)行區(qū)域填孔修復(fù),如圖5所示為搭橋補(bǔ)洞.

圖5 搭橋補(bǔ)洞

2.4 去除特征

針對(duì)局部區(qū)域內(nèi),模型表面較為粗糙且凹凸不平處,在Geomagic軟件中,采用去除特征工具,另可采用砂紙命令中“松弛”或“快速平滑處理”使模型表面呈現(xiàn)光滑.平滑級(jí)別越大,處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)越平直,一般選擇較低的設(shè)置.“偏差限制”限定的是噪點(diǎn)的最大偏移值,一般設(shè)置0.5 mm以內(nèi).

2.5 數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化

測(cè)量所得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)極其密集,數(shù)量龐大,如果不進(jìn)行點(diǎn)云精簡(jiǎn)的操作處理,則會(huì)影響計(jì)算機(jī)運(yùn)行效率從而降低模型建模效率,不利于后續(xù)的曲面重構(gòu),其處理方式主要有以下兩種：

按照曲面間距精簡(jiǎn)點(diǎn)云,數(shù)學(xué)模型如式(7)所示：

(7)

式(7)中:Di為數(shù)據(jù)間距的平均值,給一個(gè)距離閾值Dmin,給n為點(diǎn)云數(shù)據(jù)個(gè)數(shù),當(dāng)D′≥Dmin時(shí),數(shù)據(jù)云點(diǎn)Xi則被刪除,反之當(dāng)D′≤Dmin,數(shù)據(jù)云點(diǎn)Xi則可保留.

按照曲率精簡(jiǎn)數(shù)據(jù),數(shù)學(xué)模型如式(8)所示：

(8)

式(8)中:Hi為點(diǎn)云數(shù)據(jù)的平均曲率,給一個(gè)曲率閾值ρmin,n為點(diǎn)云數(shù)據(jù)個(gè)數(shù),當(dāng)H′≤ρmin則保留,反之則刪除.

表2、表3為針對(duì)不同命令下的不同參數(shù)的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果.對(duì)比處理之后的網(wǎng)格個(gè)數(shù)及模型狀態(tài).分析對(duì)比后母戊鼎的數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)各項(xiàng)數(shù)值指標(biāo),得到對(duì)于后母戊鼎選擇三角形計(jì)數(shù)命令下60%的曲率命令,不僅可以保證精度需求,而且網(wǎng)格數(shù)較少,是最佳選擇方案.

表2 按百分比精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)

表3 按間距精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)

3 模型曲面重構(gòu)曲面

重構(gòu)操作基于Geomagic軟件中“精確曲面”模塊中進(jìn)行操作.模型曲面重構(gòu)的流程為：探測(cè)并生成輪廓線→構(gòu)造曲面片→修理曲面片→柵格生成及處理→曲面線生成及輸出.

曲面階段的主要任務(wù)為輪廓線的編輯和曲面片的基本編輯.輪廓線的編輯包括輪廓線的探測(cè)、曲率的探測(cè)、輪廓線的抽取、輪廓線的編輯和延伸以及如何松弛輪廓線.曲面片的編輯包含面板移動(dòng)、曲面片修理及柵格構(gòu)造.

3.1 網(wǎng)格面分割

模型的三角網(wǎng)格面數(shù)據(jù)較大,若直接整體提取多邊形的輪廓線和邊界線的方式構(gòu)造四邊形面片,提取時(shí)不僅運(yùn)行速度慢且特征分界線也不好提取.為提高輪廓線提取的準(zhǔn)確性及高效性,分析后母戊鼎整體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)對(duì)稱性,鼎身四周、足部以及耳部表面都有平穩(wěn)曲率的雜紋飾,可以利用局部構(gòu)建.將整個(gè)模型按照構(gòu)造特征進(jìn)行剪裁分割成為塊形區(qū)域的網(wǎng)格,通過對(duì)局部邊界線和輪廓線進(jìn)行精確調(diào)整和劃分,這樣不僅不會(huì)影響整體模型的構(gòu)建而且保證模型的精確性.分割操作原理為基準(zhǔn)平面分割法,利用曲面上的點(diǎn)及其相鄰域點(diǎn)的最小二乘擬合平面法向量夾角的均方差值,其數(shù)學(xué)模型如式(9)所示,圖6所示為后母戊鼎的網(wǎng)格面數(shù)據(jù)分割示意圖.

(9)

式(9)中：Q為分割的集合面,m為區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù),np、ni表示擬合平面的法向量.

(a)鼎耳分割 (b)對(duì)稱分割

(c)鼎足分割 (d)四周紋飾分割圖6 網(wǎng)格面模型分割示意圖

3.2 探測(cè)輪廓線

基于Geomagic Studio軟件探測(cè)輪廓線,主要有步驟為：

(1)點(diǎn)擊“精確曲面”進(jìn)入曲面階段.

(2)點(diǎn)擊“探測(cè)—輪廓線”,通過設(shè)置“曲率敏感性”、“分隔符敏感性”、“最小面積”后點(diǎn)擊“計(jì)算”探測(cè)區(qū)域,并通過編輯命令對(duì)探測(cè)區(qū)域進(jìn)行修改.修改完成后,點(diǎn)擊“抽取”得到輪廓線,點(diǎn)擊“確定”,完成提取.

3.3 構(gòu)造曲面片

基于Geomagic Studio軟件構(gòu)造曲面片,主要步驟為：

(1)點(diǎn)擊“曲面片”→“構(gòu)造曲面片”,選中“自動(dòng)估計(jì)”選項(xiàng),并勾選“檢查路徑相交”,避免相交路徑的出現(xiàn),單擊“應(yīng)用”按鈕,最后點(diǎn)擊“確定”完成曲面片的構(gòu)造.

(2)修理曲面片,點(diǎn)擊“曲面片”→“修理曲面片”,在彈出的面板中選擇“操作”一欄中的“移動(dòng)頂點(diǎn)”和“編輯頂點(diǎn)”,由分析可看出錯(cuò)誤類型和數(shù)量,通過排查定位到錯(cuò)誤所在,移動(dòng)頂點(diǎn)到合適位置,點(diǎn)擊“確認(rèn)”完成修正.

(3)構(gòu)造格柵,點(diǎn)擊“格柵”→“構(gòu)造格柵”,命令設(shè)置分辨率為10,表示每個(gè)曲面將會(huì)生成10個(gè)更小的曲面片[14],NURBS曲面的控制點(diǎn)將遵循這些柵格.勾選“修復(fù)相交區(qū)域”復(fù)選框,用于檢查相交的格柵并進(jìn)行修復(fù).點(diǎn)擊“應(yīng)用”按鈕,單擊“確定”按鈕退出命令.

(4)擬合曲面,選擇“曲面”→“擬合曲面”命令,打開“擬合曲面”對(duì)話框,系統(tǒng)將以面板上格柵為基礎(chǔ)創(chuàng)建一個(gè)NURBS曲面.

(5)偏差分析,利用偏差分析可查看生成的曲面模型與原始數(shù)據(jù)之間的偏差.通過點(diǎn)擊“偏差分析”命令,設(shè)置參考對(duì)象、測(cè)試對(duì)象、顏色段等參數(shù),點(diǎn)擊“應(yīng)用”按鈕,系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)測(cè)試對(duì)象和參考對(duì)象之間的偏差進(jìn)行分析[15],并以不同的顏色分級(jí)顯示誤差大小.如圖7所示為使用偏差分析命令進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,分析可得曲面模型最大偏差是0.147 mm,最小偏差是-0.007 mm,標(biāo)準(zhǔn)偏差是0.013 mm,偏差值都較小,點(diǎn)云分布也比較均勻.其誤差較大點(diǎn)主要集中在模型表面的曲率急劇變化處[16],但并沒有造成紋飾細(xì)節(jié)特征的模糊現(xiàn)象,因此不影響后續(xù)快速成型操作.

(6)文件輸出,導(dǎo)出IGES格式的模型.

4 逆向?qū)嶓w3D打印表達(dá)

如圖8所示為選取的打印設(shè)備Aladdin3D-Z的阿拉丁3D打印機(jī),該設(shè)備基于FDM技術(shù)進(jìn)行打印.根據(jù)3D打印數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式的需求,實(shí)現(xiàn)逆向工程和3D打印的快速成型對(duì)接.STL格式具有簡(jiǎn)便性、通用性和易于切片算法等優(yōu)勢(shì),目前市場(chǎng)上的打印設(shè)備基本上都支持STL格式的導(dǎo)入.在進(jìn)行后母戊鼎的3D打印前,首先要將建好的模型文件在Pro/Engineer中轉(zhuǎn)化為STL格式[17],然后將所得STL文件輸入至打印機(jī)進(jìn)行打印.如圖9所示為基于FDM技術(shù)的后母戊鼎3D快速成型表達(dá)模型,分析可知模型表達(dá)完整,建模數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可用.

圖7 模型誤差檢測(cè)色彩圖

圖8 Aladdin3D-Z的阿拉丁3D打印機(jī)

圖9 基于FDM技術(shù)的3D模型

5 結(jié)論

以后母戊鼎逆向數(shù)字化模型為研究切入點(diǎn),基于Geomagic Studio軟件提升逆向建模的準(zhǔn)確性和效率,生成三維CAD模型.以標(biāo)準(zhǔn)的文件打印格式對(duì)接3D打印技術(shù),完成從保護(hù)-數(shù)字化-快速成型的研究.一方面,利用逆向工程技術(shù),為復(fù)雜器型建立精準(zhǔn)、規(guī)范的系統(tǒng)化建模方法；另一方面,通過3D打印技術(shù)對(duì)模型數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證及其復(fù)仿制造,方便用戶以觸覺的形式真實(shí)感受產(chǎn)品,為其他工藝品的數(shù)字化保護(hù)和傳播提供了完整的思路.

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【責(zé)任編輯：陳 佳】

Research of handicraft modeling and rapid prototyping based on reverse engineering

GAO Tong, LIU Zi-jian, XU Qian-qian

(College of Art and Design, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China)

This paper is based on the protection and development of cultural relics,with the help of Geomagic software,mainly study how to improve the efficiency and accuracy of model building and rapid prototyping.We use the Handyscan3D handheld three-dimensional laser scanner to obtain the data of the original point cloud,use the reverse software Geomagic for data filtering,data filling,smoothing,data reduction and other pre-processing operations,bring the Geomagic software which has accurate surface module to bear the surface reconstruction and get a new surface model.After that,the new CAD model will be generated in Pro/Engineer by the 3D model after the error detection data processing.Finally,using the 3D printing rapid prototyping technology to verify the experimental data,so as to realize the rapid imitation of cultural relics,which provide a new way for digital protection and development.

reverse engineering； point cloud processing； rapid prototyping

2017-01-04

國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目(11xmz032)

高 彤(1992-)，女，陜西西安人，在讀碩士研究生,研究方向：文化資源生態(tài)保護(hù)與資源再生產(chǎn)

2096-398X(2017)04-0153-06

TP391.72

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