基于Geomagic和NX的逆向建模技术研究与应用

摘要：针对传统逆向建模技术创建的模型精度质量不高，不易后期编辑的问题，提出一种采用Geomagic和NX相结合的参数化逆向建模方法。本文阐述了新方法的具体逆向流程及建模质量评价，最后进行实例验证应用，为产品逆向建模再设计提供思路和方法，减少产品研发周期。

关键词：逆向建模 参数化 Geomagic Studio UG NX

中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）08-0087-02

Abstract：Special traditional reverse modeling technology creating poor accuracy model，not easy to post editing，Reverse modeling methods of parameterization based on Geomagic and NX is proposed to solve this problem.State reversing design process of new method and evaluate quality of model.at last，an example of a program application was done，which can provide ideas and methods for reverse modeling and redesign，To shorten the developing cycle of products.

Key Words： Reverse modeling；parameterization；Geomagic studio；UG NX

在产品设计或者再设计的过程中，逆向工程技术用的越来越多，目前市场上有很多成熟的正向设计和逆向设计软件，比如典型的三维设计软件有NX，Pro/E，CATIA，Solidworks等，专业的逆向设计软件有Geomagic，Imageware等，但这类软件往往各有侧重，解决问题比较单一，逆向工程的目的在于产品的创新，而不是简单的三维复制，其设计优势在于复杂自由曲面的设计和点云的强大处理功能[1]，基于此在逆向处理过程中采用任何单一的正向设计软件或者单一的逆向设计软件均不能满足其现代复杂产品快速、准确的开发要求，必须寻求一种新的逆向设计建模方案。

1 传统逆向建模技术

传统逆向建模技术分为两大类，一类是采用商业化的CAD/CAM系统中集成的逆向功能模块[2]，比如NX中的“点云”功能，遵循由点构线，线构面，面构体的一般原则，在NX软件中导入大量点云数据时读取速度慢且操作复杂，前期处理非常不便，优势在于后期曲面重构时可以使用参数化建模，使得构建的曲面在后处理或者CAM中具有良好的可编辑性，逆向功能较弱；另一类是采用专业的逆向工程软件Geomagic等，遵循点处理到多边形面片处理，再到曲面重构的原则，其优点在于支持多种测量设备的文件格式的读取和转换、海量“点云”数据的预处理、智能化NURBS曲面构建等，但通过曲率探测、轮廓线探测以及手绘等方式创建基本的曲面片等操作，最后得到理想的 NURBS曲面在后期处理中不易修改编辑，没有实现参数化建模，因此这两种传统的单一的逆向建模方法均不可取。

Geomagic中的逆向建模流程和NX中的逆向建模流程如图1所示[3]。

2 新逆向建模方案

针对传统逆向建模技术弊端，提出采用Geomagic和NX相结合使用的逆向建模方案，即先利用Geomagic对海量点云数据进行前期处理，包括点阶段和多面片布局，构建出构造模型曲面的网格骨架曲线，再将其导入NX中，利用NX中强大的曲面构建命令Though curve mesh、Though curves、Rule、Swept等重构曲面。基于NX和Geomagic的快速参数化逆向建模流程如图2所示[4]。

3 实例应用

3.1 曲面模型构建

以人体模型曲面重构为例，以手持式人像扫描仪采集的点云为基础，根据李小明在基于Geomagic Studio的人体建模研究与3D打印成型一文实践中得出的人体模型曲面重构时的曲面片布局图，如图3所示[5]。将在Geomagic形状阶段中通过手绘方式获取的精确曲面格栅网格曲线保存为能被NX识别的IGES格式。栅格网格曲线也可以通过探测曲率和探测轮廓线两种方法获得。

将网格骨架线导入UGNX中进行正向建模，通过“曲线网格命令”在每个布局区选取“主曲线”和“交叉曲线”将其编织成曲面，并保证曲面边界曲率的连续性，再利用“裁剪”、“延伸”、“缝合”、等功能完成整个曲面的重构。NX曲面参数化建模过程如图4所示。

3.2 建模质量评价

通过原始点云数据与重构后的曲面模型间的重合程度进行精度评价，将重构后的曲面模型导入Geomagic Qualify中与原始点云进行偏差对比，如图5所示，结果表明最大误差值在0.6mm范围内，说明重构模型的精度较高。因此采用该逆向建模方案是可行的。

4 结语

通过将Geomagic和NX联合使用，发挥软件各自的长处，消除传统使用单一软件进行逆向设计的弊端，采用新逆向建模方案不仅可以获得高精度的模型，还原原始设计参数，还为新产品的研发节约大量时间和成本。

参考文献

[1]袁锋.UG逆向工程范例教程（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2016：1-247.

[2]代菊英，涂群章，赵建勋.基于Geomagic、Imageware和Pro/E的机械零件逆向建模方法[J].工具技术，2012（5）：55-58.

[3]蔡敏，成思源，杨雪荣，等.基于逆向工程的混合建模技术研究[J].制造业自动化，2014（5）：120-149.

[4]丁恩伟，蔡勇，梁晋，等.基于Geomagic和UG的快速参数化逆向建模方法[J].机械研究与应用，2012（3）：173-175.

[5]李小明.基于Geomagic Studio的人体建模研究与3D打印成型[J].时代农机，2015（5）：39-42.