2.当设计需要通过试验测试才能定型的工件模型时，通常采 用逆向工程的方法。比如航天航空、汽车制造领域，为了满足 产品对空气动力学等的要求，首先要在实体模型、缩小模型的 基础上经过各种性能测试。建立符合产品模型。此类产品通常 由复杂的自由曲面拼接而成的，最终确认的实验模型必须借助 逆向工程，转换为产品的三维CAD模型及其模具。
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1.3 逆向工程的应用领域
1.在产品外形的美学有特别要求的领域，为方便评价其美学 效果，设计师广泛利用油泥、黏土或木头等材料进行快速且大 量的模型制作，将所要表达的意图以实体的方式呈现出来，而 不是采用计算机屏幕上缩小比例的物体投视图的方法。此时如 何根据造型师制作出来的模型，快速建立三维CAD模型，就必 须引入逆向工程技术。
逆向工程技术
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第一节 概述
1.1 逆向工程的发展背景
1.随着工业技术的进步以及经济的发展，在消费者高质 量的要求下，功能上的需求已不再是赢得市场的唯一条件。 产品不仅要具有先进的功能，还要有流畅、造型富有个性 的产品外观，以吸引消费者的注意。流畅、造型富有个性 的产品外观要求必然会使得产品外观由复杂的自由曲面组 成。然而传统的产品开发模式（即正向工程）很难用严密、 统一的数学语言来描述这些自由曲面。
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2、三维模型重构 三维CAD模型的重构是逆向工程的另一个核
心和主要目的，是后续产品加工制造、快速成形、 工程分析和产品再设计的基础。因此，CAD模型 的重构是整个逆向工程中最关键、最复杂的一环。
在逆向工程中，三维CAD模型的重构是利用 产品表面的算乱点数据，通过插值或者拟合，构 建一个近似模型来逼近产品模型。根据曲面拓扑 形式的不同，目前逆向工程研究中，自由曲面建 模手段分为两大类：第一种是以三角Bezier曲面为 基础的曲面构造方法；第二种是以NURBS（非均 匀有理B样条）曲线、曲面为基础的矩形域参数曲 面拟合方法。
6.广发应用于修复破损的文物、艺术品，或缺乏供应的损 坏零件等
7.特种服装、头盔的制造以使用者的身体为原始依据。 8.应用于RPM技术。
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第二节 逆向工程的测量系统
逆向工程就专门为制造业提供了一个全新、高 效的重构手段，实现从实际物体到几何模型的直接 转换。作为产品设计制造的一种手段，在20世纪90 年代初，逆向工程技术开始引起各国工业界和学术 界的高度重视。向工程（Reverse engineering，简称RE）,也称反求工 程、反向工程等。逆向工程起源于精密测量和质量检测， 是80年代发展起来的反向的产品设计思想，是消化和吸收 先进技术的一系列分析方法和应用技术的组合，它以已有 的产品或技术为研究对象，将已存在的产品模型或实物模 型转化为工程设计模型和概念模型，在此基础上对已存在 的产品进行解剖、深化和再创造，是在已有设计基础上的 再设计。逆向工程是集测量技术、计算机软硬件技术、现 代产品设计与制造技术的综合应用技术[2] ，是设计下游 向设计上游反馈信息的回路 。
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3、重构模型质量评价 在逆向工程中，从产品的实物模型，重构得到
了产品的CAD模型，根据这个CAD模型，一方面 可以对原产品进行仿制或者重复制造，另一方面 可以对原始产品进行工程分析、优化结构、实现 改进、创新设计。两个方面都存在这样一个问题， 即重构的CAD模型能否表现产品实物，两者之间 的误差有多大。因此，应予以考虑的模型精度评 价主要解决以下问题： （1）由逆向工程中重构得到的模型和实物样件的误 差到底有多大。 （2）所建立的模型是否可以接受。 （3）根据模型制造的零件是否与数学模型相吻合。
体素
三维测量
数据处理
实物样件
NC编程 CAN加工
建构曲 线曲面
三维 重构
几何模型
STL 分层 RP 制造
图1.1 逆向工程体系结构图
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1、点云数据预处理 非接触式测量方法测得的数据非常庞大，
并常常带有许多杂点、噪声点，影响后续 的曲面、曲线创建过程。因此，需在曲面 重构前，对点云进行一些必要的处理，以 获得满意的数据，为曲面重构过程做好准 备，即点云预处理。点云预处理主要包括 多视点云的对齐、点云过滤、数据精简和 点云分块。
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1.3 逆向工程的工作流程
逆向工程由离散数据获取、数据处理与曲面重构、快速制 造三大部分组成（其体系结构如图1.1所示）。包含三维数据测 量、数据预处理和曲线曲面重构三大关键技术。 逆向工程的一 般过程分为样件三维数据获取、数据处理、原形CAD模型重 建 、模型评价与修正和快速制造五个阶段。
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点数据
2.随着市场竞争的加剧，为了快速的响应市场，产 品的周期越来越短，企业界对新产品开发力度也得到 不断地加强 。传统的产品开发模式受到挑战。
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为此，为适应现代先进制造技术的发展，需要 将实物样件或手工模型转化为CAD数据，以便利用 快速成形系统（RP）、计算机辅助制造系统(CAM)、 产品数据管理（PDM)等先进技术对其进行处理和 管理，并进行进一步的修改和再设计优化。此时， 就需要一个一体化的解决手段：样品 数据 样品。
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3.在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模 型的情况下，在对零件模型进行测量的基础上，形成零件的 设计图纸或CAD模型，并以此为依据生成数控加工的NC代 码或快速原型加工所需的数据，复制一个相同的零件。
4.很多物品很难用基本几何来表现与定义，例如流线型产 品、艺术浮雕及不规则线条等。
5.逆向工程在新产品开发、创新设计上同样具有相当高的 应用价值。
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1.与正向工程的区别
传统的产品开发流程是一种预定模式，即从市场需求出 发，分析产品的功能描述、规格及预定指标。然后再进行 概念设计、总体设计和零部件设计，制定工艺流程、设计 工装夹具，依据产品的设计蓝图完成加工制造。这种设计 方法称为正向设计或顺向设计。产品的逆向工程则与之相 反，它是从产品的实物样件出发，通过各种测绘技术和几 何造型技术将其转化成CAD 模型和图样，再制造产品。它 改变了CAD系统从图纸到实物的传统设计模式，为产品的 快速开发及原形化设计提供了一条新的途径。