三维CAD模型重构方法、 过程和实例
特征的定义及表达
几何特征是几何造型的关键，他们对控制几何形体的形状 有极为重要作用，同时几何特征之间还具有确定的几何约束 关系。
因此，在产品模型的重构过程中，一个重要的目标就是 还原这些特征以及他们之间的约束，得到一个优化的CAD模型， 使孤立的曲面片转化成一个整体的几何模型。
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输出匹配的 文件格式
自动将点云 数据转换为
多边形
Geomagic Studio
主要功能
快速减少 多边形数目
(Decimate)
曲面分析 (公差分析等)
把多边形 转换为曲面
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Geomagic Studio软件工作流程如下图所示：
这和多数工业产品的设计意图相符合。可有效解决产品 的装配对齐、造型的对称等问题，进而减小误差，提高产品 质量。
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约束的定义、分类及表达
逆向工程中的曲面重构不是对数据的简单拟合，而是 要满足几何约束下的重构。
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Imageware 软件
• 应用曲线拟合造型的典型商用软件 • 广泛应用于汽车、航天、消费家电、模具、计算机零部
件等设计与制造领域。 • 软件包括以下几个模块：基础模块、点处理模块、曲线、
曲面模块、多边形造型模块、检验模块和评估模块。
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曲
面
模
模
型
型
评
重
价
建
实 体 模 型
下 游 应 用
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➢ 应用这种三边域曲面重构方法的典型商用软件是 Geomagic Studio软件。该软件可轻易地从扫描所得的 点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并可自动 转换为 NURBS 曲面。
➢ Geomagic Studio软件主要应用于快速消费品、玩具及 其非工业成品（如医学方面、文物和艺术品保存）方 面。
以三角曲面为基础的曲面构 造方法。
最适合表现无规则、复杂型 面的物体，特别是玩具、艺 术品这类对象。
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3.2 曲面重构方法和过程
31 基于曲线的模型重构 2 曲面片直接拟合造型 3 基于特征及约束的模型重构
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1. 基于曲线的模型重构
3D扫 点处理
三角面片化
曲面构建
CAD/CAE/CAM/ RP/RT/...
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三维CAD模型重构方法、 过程和实例
三维CAD模型重构方法、 过程和实例
3.基于特征及约束的模型重构
特征的定义及表达
大多数机械零部件都是按照一定的特征设计制造的。 几何特征是组成一个零件的基本特征，主要是反映零 件基本尺寸的点、线、面。 逆向工程特征可定义为： 基于测量数据提取的用于逆向工程CAD模型重建的点、 线、面以及它们满足特定约束关系下的组合或复合。
➢曲面重构之前，首先考虑：生成更准确曲面？还是更 光顺曲面？或是两者兼顾！这需根据产品设计需要来决 定。
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图3-1 曲面创建过程
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逆向工程 自由曲面建模手段
以曲线、曲面为基础的曲面 拟合方法。 应用对象主要是由复杂曲面 组成的产品，如汽车、飞机、 船舶等。
采用该方法造型时，数据分割的准确性很重要。 因为如果用一张曲面片去拟合两个以上类型的曲面， 最终拟合的曲面都是不光滑的。
曲面直接拟合造型既可以处理有序点，也能处理 点云数据（散乱点）.
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图3-3 数据点直接进行曲面片拟合造型
采 集 数 据
数 据 预 处 理
曲 面 片 拟 合
“点－曲线－曲面”的原则，先创建合适的曲线， 然后利用曲线通过蒙皮、扫掠、四个边界等方法 生成曲面。
❖Imageware软件的一般操作流程：
读点点 入云云 数处分 据理块
定 义 曲 线 类 型
创 建 曲 线
曲 线 检 查 和 编 辑
定 义 曲 面 类 型
曲
创 建 曲 面
面 检 查 和 编
下 游 过 程
重构曲面的品质和精度直接影响最终产品CAD模型的优劣。 三维CAD模型重构有两个影响因素：
1. 设备硬件； 2. 操作者经验。 本节重点介绍三种创建曲面模型的方法和过程
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3.2 曲面重构方法和过程
➢模型重构一般先构建曲面，再将曲面转换成实体模型。
➢曲面重构基本遵循：点-曲线-曲面原则。
•在逆向工程中，一种常用的模型重构方法是基于曲线的 模型重构。 •该方法先将数据点通过插值或逼近拟合成样条曲线（或 参数曲线），再利用基本造型工具，如扫描Sweep、混 成Blend、放样Lofting、四边曲面（Boundary）等，完成 曲面片的造型，再通过延伸、剪裁和过渡等曲面编辑， 得到完整的曲面模型。
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图3-2 基于曲线的模型重构过程
采 集 数 据
数 据 预 处 理
曲 线 拟 合
曲 面 片 重 建
曲 面 模 型
实 型体
模
下 游 应 用
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• 基于曲线的模型重构仅适合处理数据量不大，而 且数据呈有序排列的情况。
• 该方法的不足之处在于，若曲线分布较密，曲面 造型时通过所有的曲线，则不能保证曲面的光滑 性；反过来，若选定的曲线数量较少，则难于保 证曲面的精度。
三维CAD模型重构 方法、过程和实例
三维CAD模型重构方法、 过程和实例
目录
3.1 概述 3.2 曲面重构方法和过程 3.3 网格化实体模型 3.4 模型精度评价及量化指标 3.5 曲面重构实例
三维CAD模型重构方法、 过程和实例
3.1 概述
在逆向工程中，实物三维CAD模型重构是最关键、最复杂的 一环，是后续产品加工制造、快速成型制造、工程分析、产品再 设计的基础。
辑
三维CAD模型重构方法、 过程和实例
Imageware软件-----实例1
三维CAD模型重构方法、 过程和实例
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2.曲面片直接拟合造型
直接对测量数据点进行曲面片拟合，获得的曲面 片经过过渡、混合、连接形成最终的曲面模型。