模型逆向造型的探討分析

魏向京

摘 要：逆向造型是指根據已有的產品或者模型進行測量或掃描，然后進行逆向的三維建模過程。這個過程其實就是對產品的設計數據進行反復推出的一個過程，包括設計圖紙以及數字模型等方面。在零件模型的基礎上進行逆向造型的研究，主要的方式就是借助逆向造型模式，把沒有CAD圖紙的零件通過掃面的方式進行處理，得到三維CAD模型再進行研究，在此過程中，對產生的一系列誤差進行精確的分析，下面本文就圍繞這一問題展開研究。

關鍵詞：零件；逆向造型；掃描

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

0 引言

在對零件進行加工和修改的過程中，有些時候會出現原有的圖紙丟失的情況，在這樣的情況下，就需要運用逆向模型技術。除此之外，有一些產品無法用圖紙來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。這種技術最開始是在上個世紀90年代被發明并且得以使用的，最初是在汽車領域興起的一種技術，多用于新型產品開發的過程中。這種技術自問世以來，經過多年的研究以及實踐經驗的積累，已經達到了非常高的發展程度，在技術的應用方面取得了很大的進步，現在已經成為汽車領域不可或缺的一種重要的技術。逆向造型技術應用的過程，就是利用光學設備對零件的原型進行掃描，通過這樣的方式獲得點云數據，在通過特殊處理軟件的加工將獲得的點云數據轉化成曲面的一個過程。下面本文就對逆向造型過程以及應用過程中的一些關鍵的技術進項詳細的探討。

一般情況下，逆向造型過程一般分為點云數據的采集、實體造型以及實體與點云數據對比三個主要的過程，下面就分別進行介紹。

1 點云數據的采集

所謂的點云數據就是掃描資料以點的形式記錄，每一個點包含有三維坐標，有些可能含有顏色信息（RGB）或反射強度信息（Intensity）。點云數據采集的具體過程就是在逆向造型過程中，利用各種各樣專業性的方法來對實體零件的表面進行三維數據的掃描，并且將數據集合起來。至于“點云”這一稱呼的定義，則是因為這些數據在計算機上顯示的時候非常密集，像成團的云霧一樣，所以把這種數據叫做“點云數據”。 點云數據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相機獲取彩色影像，然后將對應位置的像素的顏色信息（RGB）賦予點云中對應的點，這種數據的準確性更高，是零件逆向造型過程中要采集的主要數據之一。

一般情況下，點云數據的采集主要有接觸式和非接觸式兩種，顧名思義，接觸式測量就是通過要將側頭與模型表面相互接觸來獲得數據，這種測量方式的優點是準確性較高，但是同時測量的速度比較慢，工作效率低，會浪費一部分時間，比較適用于規則的幾何圖形的測量。近幾年來，非接觸式測量方式的應用范圍不斷擴大，受到了相關工作人員的廣泛認可和青睞，這種測量方式主要就是以計算機的圖形處理技術為基礎，具體包括激光三角法、結構光法等等，其主要的優點是測量的速度較快，在點云數據的獲取數量上占有很大的優勢，比較適用于一些復雜的零件的測量工作。在現代的點云數據采集的工作中，TDV系列三維數字化激光掃描儀是很常見的一種儀器，是三維掃描儀中性能比較好的一種，其在逆向造型的過程中應用的范圍十分廣泛。

2 實體造型

逆向造型的過程中，實體造型是最主要的一個步驟，在這一過程中還分為兩個小的步驟，下面進行詳細探討。

2.1 點云整理

對點云數據進行整理是非常重要的一個環節，在這一過程中經常會用到imageware軟件。Imageware 由美國 EDS 公司出品，后被德國Siemens PLM Software所收購，現在并入旗下的NX產品線，是最著名的逆向工程軟件，因其強大的點云處理能力、曲面編輯能力和A級曲面的構建能力而被廣泛應用于汽車、航空、航天、消費家電、模具、計算機零部件等設計與制造領域。

2.2 模型重構

模型重構與點云整理是相互關聯的一個環節，在這個過程中一般會選用imageware12.1和UG NX8.5兩種軟件相結合使用，imageware軟件在擬合特征曲線方面有很大的優勢，而UG軟件則在具體的造型的過程中發揮出很大的作用。因此，在模型重構的過程中將兩種軟件相互配合使用，可以互相彌補不足，促進模型重構工作效率的提升。在這里還需將曲面擬合過程進行分析，這一過程就是將各個方向上的曲面導入到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 實體與點云數據對比

這一對比過程主要是為了對逆向模型進行檢測和修改，提高模型的準確性。優于實體造型是通過點云掃描以及曲面拼接等一系列過程形成的，在這一過程中，由于各種各樣的原因模型的準確性多少會受到一些影響，因此，要將實體模型和點云數據進行詳細的對比，發現不符的地方要及時進行修改。

總而言之，本文通過對逆向模型的過程進行詳細的分析，對這一技術的應用方法進行了介紹，近幾年來，這種技術在汽車以及其他零件的制作過程中都得到了很廣泛的應用，我們有理由相信在未來的時間里這種技術會得到更好的應用。

參考文獻：

[1]謝宋良，成思源，張洪，張湘偉.基于實物模型的逆向造型技術[J].機床與液壓，2008（01）.

[2]周煜，杜發榮，高峰.基于Imageware軟件的汽車內飾逆向設計方法[J].機械設計，2006（08）.

[3]趙宇明，張國忠，于哲峰.逆向造型設計在汽車車門設計中的應用技術研究[J].機械，2005（06）.