模型逆向造型的探讨分析

魏向京

摘 要：逆向造型是指根据已有的产品或者模型进行测量或扫描，然后进行逆向的三维建模过程。这个过程其实就是对产品的设计数据进行反复推出的一个过程，包括设计图纸以及数字模型等方面。在零件模型的基础上进行逆向造型的研究，主要的方式就是借助逆向造型模式，把没有CAD图纸的零件通过扫面的方式进行处理，得到三维CAD模型再进行研究，在此过程中，对产生的一系列误差进行精确的分析，下面本文就围绕这一问题展开研究。

关键词：零件；逆向造型；扫描

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

0 引言

在对零件进行加工和修改的过程中，有些时候会出现原有的图纸丢失的情况，在这样的情况下，就需要运用逆向模型技术。除此之外，有一些产品无法用图纸来精确地展示外观和尺寸，比如一些汽车的外观等等，这样也需要逆向模型的辅助。这种技术最开始是在上个世纪90年代被发明并且得以使用的，最初是在汽车领域兴起的一种技术，多用于新型产品开发的过程中。这种技术自问世以来，经过多年的研究以及实践经验的积累，已经达到了非常高的发展程度，在技术的应用方面取得了很大的进步，现在已经成为汽车领域不可或缺的一种重要的技术。逆向造型技术应用的过程，就是利用光学设备对零件的原型进行扫描，通过这样的方式获得点云数据，在通过特殊处理软件的加工将获得的点云数据转化成曲面的一个过程。下面本文就对逆向造型过程以及应用过程中的一些关键的技术进项详细的探讨。

一般情况下，逆向造型过程一般分为点云数据的采集、实体造型以及实体与点云数据对比三个主要的过程，下面就分别进行介绍。

1 点云数据的采集

所谓的点云数据就是扫描资料以点的形式记录，每一个点包含有三维坐标，有些可能含有颜色信息（RGB）或反射强度信息（Intensity）。点云数据采集的具体过程就是在逆向造型过程中，利用各种各样专业性的方法来对实体零件的表面进行三维数据的扫描，并且将数据集合起来。至于“点云”这一称呼的定义，则是因为这些数据在计算机上显示的时候非常密集，像成团的云雾一样，所以把这种数据叫做“点云数据”。 点云数据除了具有几何位置以外，有的还有颜色信息。颜色信息通常是通过相机获取彩色影像，然后将对应位置的像素的颜色信息（RGB）赋予点云中对应的点，这种数据的准确性更高，是零件逆向造型过程中要采集的主要数据之一。

一般情况下，点云数据的采集主要有接触式和非接触式两种，顾名思义，接触式测量就是通过要将侧头与模型表面相互接触来获得数据，这种测量方式的優点是准确性较高，但是同时测量的速度比较慢，工作效率低，会浪费一部分时间，比较适用于规则的几何图形的测量。近几年来，非接触式测量方式的应用范围不断扩大，受到了相关工作人员的广泛认可和青睐，这种测量方式主要就是以计算机的图形处理技术为基础，具体包括激光三角法、结构光法等等，其主要的优点是测量的速度较快，在点云数据的获取数量上占有很大的优势，比较适用于一些复杂的零件的测量工作。在现代的点云数据采集的工作中，TDV系列三维数字化激光扫描仪是很常见的一种仪器，是三维扫描仪中性能比较好的一种，其在逆向造型的过程中应用的范围十分广泛。

2 实体造型

逆向造型的过程中，实体造型是最主要的一个步骤，在这一过程中还分为两个小的步骤，下面进行详细探讨。

2.1 点云整理

对点云数据进行整理是非常重要的一个环节，在这一过程中经常会用到imageware软件。Imageware 由美国 EDS 公司出品，后被德国Siemens PLM Software所收购，现在并入旗下的NX产品线，是最著名的逆向工程软件，因其强大的点云处理能力、曲面编辑能力和A级曲面的构建能力而被广泛应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件等设计与制造领域。

2.2 模型重构

模型重构与点云整理是相互关联的一个环节，在这个过程中一般会选用imageware12.1和UG NX8.5两种软件相结合使用，imageware软件在拟合特征曲线方面有很大的优势，而UG软件则在具体的造型的过程中发挥出很大的作用。因此，在模型重构的过程中将两种软件相互配合使用，可以互相弥补不足，促进模型重构工作效率的提升。在这里还需将曲面拟合过程进行分析，这一过程就是将各个方向上的曲面导入到UG软件中，利用曲线和扫掠功能连线成面，再用截形体等将这些曲面链接在一起。

3 实体与点云数据对比

这一对比过程主要是为了对逆向模型进行检测和修改，提高模型的准确性。优于实体造型是通过点云扫描以及曲面拼接等一系列过程形成的，在这一过程中，由于各种各样的原因模型的准确性多少会受到一些影响，因此，要将实体模型和点云数据进行详细的对比，发现不符的地方要及时进行修改。

总而言之，本文通过对逆向模型的过程进行详细的分析，对这一技术的应用方法进行了介绍，近几年来，这种技术在汽车以及其他零件的制作过程中都得到了很广泛的应用，我们有理由相信在未来的时间里这种技术会得到更好的应用。

参考文献：

[1]谢宋良，成思源，张洪，张湘伟.基于实物模型的逆向造型技术[J].机床与液压，2008（01）.

[2]周煜，杜发荣，高峰.基于Imageware软件的汽车内饰逆向设计方法[J].机械设计，2006（08）.

[3]赵宇明，张国忠，于哲峰.逆向造型设计在汽车车门设计中的应用技术研究[J].机械，2005（06）.