反求工程中扫描曲面特征的提取
基于反求工程的螺旋扫描件边界提取方法研究
第 １ ７期
２ １ ６月 ０ １年
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ． １ Ｎ ． ７ Ｊ ｎ ０ １ １１ ｏ １ ｕ ｅ２ １
１７ — １ １ （ ０ １ １— ９７ ０ ６ １ ８５ ２ １ ） ７３ ３ —５
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｎ ｉｅ ｒｎ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅ ｇｎ ｅ ｉ ｇ
层析数据
边界 提取
特征点
中图法分类号
Ｔ １２ １ Ｔ３ １ Ｈ ３． Ｐ ９ ；
文献标志码
Ａ
产 品数 字化 和 快速 原 型 技 术 的发 展 ， 反 求 工 使
程 得 到 了越来 越 广泛 的应 用 和研 究 。Ｖ ｒ ｙ 将 反 ａａ … ｄ
率 非 常低 。第 二 种 方 法 是 基 于点 云 的 边 界 特 征 提 取 。Ｊｅ Ｄ ｎｅ 等 人 采 用 新 型 移 动 最 小 二 乘 法 ｏｌ ａｉｓ ｌ
⑥
２ ｌ ＳｉＴ ｃ． ｎｎ ． ０ ｃ． 求工程 的螺旋扫描件边 界提取方法研究
芮执元 乔登 玉 郭俊锋
（ 兰州 理工大 学机 电工程学 院， 兰州 ７ ０ ５ ） ３ ０ ０
摘
要
复杂 曲面零件 的几何模 型重构是 反求工程 的研 究重 点之 一。针 对螺旋 零件表 面 的数 字化数 据提取 边界 线的 问题 ，
１ 截 面轮 廓线的提 取
切片厚度 是影响获得二维轮廓曲线精确性的
重要 参 数 。实际 应用 中发 现 ， 点 云 密 度 进 行 预 测 对
没 得 到完 全有 效 的解 决 。 同时 ， 角 化 算 法 本 身 的 三
逆向工程中特征曲面的识别方法
（ ｅａｔ ｎ ｏ ｏ ｐ ｔ ｃ ｎｅ ｈ ｉ ｇ Ｕ ｉ ｒｔ ａｇｈｕＺ ￣ ｎ １０ ７ ｈｎ ） Ｄｐ ｒ ｔｆＣ ｍ ｕｅ Ｓｉ ｃ，Ｚ ｅａ ｎ ｅ ｉ，Ｈ ｎ ｚｏ ｈ ｇ３０ ２ ，Ｃ ｉ ｍｅ ｒ ｅ ｊｎ ｖ ｓｙ ａ
维普资讯
第２ ７卷 第 ８期
２０ ０ ７年 ８月
文章编号 ： ０ ９８ （０ ７ ０ ２ １ ０ １ １— ０ １ ２ ０ ）８— ０ ８— ３ ０
计 算机应 用
Ｃｏ ｕ ｅ ｐ ｉａｉｎ ｍｐ ｔｒＡｐ ｌ ｔ ｓ ｃ ｏ
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ８ １２ ． Ａｔ，ｔｉ ａ ｏ ｔｍ ｃ ｃ ａ ｄａｐｏｉ ｔ ｎｄｓ ｃ ｏ ｏ ｔｏｓｒｃ ｄｍ ｋ ｒ ｒ ｅｔ ｌ ｅ．Ｔ ｉ ｒｃ ｃｂｌｙ ｈｓｌ ｒｈ ａ ｕ ｔ ｐ ｒｘ ｉ ｉａ ｅ ｒ ｐｉ ｆ ｅａ ａｅｐ ｏ ｔ ｔ ｉ ｎ ｆ ｐａ ｓ ｈ ｓ ｉ ｉ ｇｉ ｌｌ ｅ ｍａｏ ｔ ｎ ｆｍ ｎ ｔ ｕ ａ ｎ ｉｉ ｏ ｄ ｉ ｎ ｙ ｙ
ｇ ｎ ｒｌ ｑ ａ ｒ ｕ ｆｃ 。Ｔ ｅ ，ｃ ｍｐ ｔ ｅ ｍｅｒ ｒ ｐ ｒ ｆｅ ｃ ｏｎ ｎ Ｇａ ｓ ｉｎ ｓ ｈ ｒ ｄ ｃ ｒ ａｕ ｅ ｃ ｏ ｄ ｎ ｔ 。Ｔｈ ｅ ｅａ ｕ ｄ ｉ ｓ ｒａ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｕｅ ｇ ｏ ｔ ｐ ｏ ｅ ｔ ｏ ａ ｈ ｐ ｉ ｔｏ ｕ ｓａ ｐ ｅ ｅ ａ ｕ ｖ ｔ ｒ ｏ ｒ ｉ ａ ｅ ｙ ｙ ｎ ｅ
ｐ ｅ ｅ ｔｄ ｒ ｓ ｎ ｅ ．Ｆ ｒｄ ，ｕ ｉ ｇ ｑ ａ ｒ ｕ ｆｃ ｏ ｆ ｉ ｉｅ ｕ ａ ｅ ａ ｄ ｃ ｃ ｌ ｔ ｅ ｅＴ ｒｍｅｒ ｏ ｉ ｅ ｔ ｙ ｆｅ ｕｆ ｃ ｄ ｉ ｙ ｓ ｕ ｄ ｉ ｓ ｒａ ｅ ｔ ｔｗ ｔ ｇｖ ｎ ｓ ｒ ｃ ａ ｕ ａｅ ｔ ｌｏ ｔ ｃ ｔ ｄ ｎ ｆ ｒ ｅ ｓ ｒａ ｅ ａ ｓ ｎ ｃ ｉ ｈ ｆ ｎ ｌ ｈ ｉ ｉ ｎ
matlab 点云曲面特征提取
一、概述在三维空间数据处理领域，点云曲面特征提取是一个重要的课题。
点云是由大量的三维坐标点构成的数据集，它可以用来描述三维空间中的物体的形状和结构。
曲面特征提取是指从点云数据中提取出物体表面的各种特征，例如曲率、法向量等，这些特征对于物体的识别、分割和重建具有重要意义。
Matlab作为一种强大的数学建模与仿真软件，提供了丰富的工具箱和函数，能够有效地进行点云曲面特征提取。
二、点云曲面特征提取的方法1. 曲率计算曲率是描述曲面弯曲程度的重要指标，能够帮助我们了解物体的表面特征。
在Matlab中，可以使用曲率计算函数来对点云数据进行曲面特征提取。
通过计算每个点的曲率，可以得到曲面的凹凸部分，进而进行曲面识别和重建。
2. 法向量估计法向量是描述曲面方向的重要特征，对于曲面的识别和分割非常有用。
在Matlab中，可以使用法向量估计函数对点云数据进行法向量计算。
通过估计每个点的法向量，可以得到曲面的朝向，帮助我们更好地理解曲面的结构和特征。
3. 边缘提取边缘是描述物体形状的重要线索，对于物体的识别和重建非常有帮助。
在Matlab中，可以使用边缘提取函数对点云数据进行边缘检测。
通过提取点云数据中的边缘信息，可以帮助我们更好地理解物体的形状和结构。
三、点云曲面特征提取的应用1. 工业制造在工业制造领域，点云曲面特征提取可以帮助工程师更好地了解产品的设计和加工情况，对产品的质量控制和生产过程优化具有重要意义。
利用Matlab进行点云曲面特征提取，可以帮助工程师更好地分析和处理产品的三维形状数据。
2. 地质勘探在地质勘探领域，点云曲面特征提取可以帮助地质学家更好地理解地下构造和岩层分布情况，对于矿产勘探和地质灾害预警具有重要意义。
利用Matlab进行点云曲面特征提取，可以帮助地质学家更好地分析和处理地质数据，提高勘探和预警效率。
3. 医学影像在医学影像领域，点云曲面特征提取可以帮助医生更好地分析和理解病人的三维影像数据，对于疾病诊断和治疗具有重要意义。
逆向工程中自由曲面对称基准面提取技术研究
逆向工程中自由曲面对称基准面提取技术研究李燕【摘要】针对逆向工程中所测对称自由曲面的离散点云数据,探索了一种快速建立自由曲面对称基准面的方法.通过在自由曲面边界曲线上建立满足曲线对称的对称点的数学关系,利用Pro/E的优化设计功能,以迭代计算方法找到边界曲线上的对称点,再利用边界曲线上的对称点,建立曲面的对称基准面,最终利用对称基准面重构自由曲面,可保证重建曲面的完全对称.该方法在玩具、汽车、摩托车等复杂外形覆盖件重建中具有较高的实用价值.【期刊名称】《制造技术与机床》【年(卷),期】2010(000)004【总页数】4页(P68-71)【关键词】三维点云数据;对称基准面;Pro/E;优化特征分析【作者】李燕【作者单位】武汉科技学院机电工程学院,湖北,武汉,430073【正文语种】中文【中图分类】TP391.72逆向工程常用于实现具有自由曲面特征的零件重建，如家用电器、玩具、汽车、摩托车的外形覆盖件等。
在进行完全对称零件的曲面重构时，由于零件加工和测量的误差，如果直接用所测的点云数据进行拟合，则得到的曲面不能保证其整体及局部特征的对称性，将会影响逆向工程的质量。
因此，具有对称性曲面的重构方法是首先重建对称基准面，在造型时完成一半的曲面的构建，然后通过对称平面镜像得到另一半曲面，这样重建的曲面是完全对称的。
曲面的对称基准面对实现曲面重构的准确性、确保装配定位精确和模型质量都是至关重要的。
在逆向工程领域，国内外学者针对有关三维特征的对称基准面的识别及重建问题进行了不断的探索研究，Friedberg［1］提出了一种寻找歪斜对称轴的方法；刘晓宇、刘德平等提出了一种在任意位置回转面轴线特征参数的提取方法［2］；金涛等提出了一种利用对称特征点集信息，通过特征匹配重构对称平面，进而完成对称特征重建的方法［3］；但这些方法目前还处在探索阶段，没有实际应用的文献报道。
在逆向工程三维曲面重建技术研究以及现有的逆向软件中，不论是对测量点的直接拟合，还是由测量点拟合截面曲线、再由曲线构建自由曲面，都没有考虑模型的对称基准问题。
轴流风机叶片反求与特征参数提取
轴流风机叶片反求与特征参数提取唐健;张惟斌;张伟【摘要】利用三维激光扫描仪测量得到风机叶片的三维点云数据,结合逆向工程设计理论与方法,对轴流风机叶片进行逆向建模,并反求出了叶片的几何参数和提取其动特性参数.根据轴流风机叶片特点,将风机叶片点云数据切片得到截面曲线,基于三次样条插值理论利用Matlab软件对截面曲线的叶盆和叶背进行拟合,用圆弧逼近叶型的前后缘,并基于二维草图约束技术对各截面曲线进行几何特征约束,最终反求得到了风机叶片模型,并提取得到了叶片的特征参数.结果表明,该方法能够快速、准确构造出风机叶片曲面,并提取到叶片的相关特征参数,为逆向工程中快速重构模型提供了方法.【期刊名称】《水力发电》【年(卷),期】2015(041)011【总页数】5页(P87-91)【关键词】轴流风机;反求;三次样条插值;特征约束;特征参数【作者】唐健;张惟斌;张伟【作者单位】西华大学能源与动力工程学院,四川成都610039;西华大学流体及动力机械教育部重点实验室,四川成都610039;西华大学能源与动力工程学院,四川成都610039【正文语种】中文【中图分类】TH474.80 引言轴流风机具有结构紧凑、压头高、流量大且反风性能优良等特点，被广泛应用于矿山行业的安全通风和地铁或者隧道施工相关领域的通风工程中。
轴流风机叶片是保证轴流风机工作效率的核心部件，其几何型面形状复杂，具有扭曲和不规则形性，使得叶片的造型方法一直成为人们研究的热点和难点。
风机叶片传统的开发一般过程包括空气动力学及几何设计、试验模型设计、结构计算分析、模型制造、模型试验验证等多个环节，整个研发周期长，研发成本高，已经很难满足激烈的市场竞争需要。
实际运行中叶身极易损坏，其腐蚀断裂后的三维模型不易获得，毁伤评估困难。
反求技术(Reverse Engineering)作为一种根据测量数据重构实物三维CAD 模型的方法，已成为解决这些问题的主要手段。
逆向工程中的曲面测量技术研究
集 ，利用相应 的软件进行 实物模 型三 维Ｃ Ｄ重构的过程。大 Ａ
意是根据 已有 的条件和 结果 ，通过分析来推导 出具体 的实现 方法 。逆 向工程 技术和先进制造技术相结合 目前 已发展成 为 Ｃ ＤＣ Ｍ系统 中相对独立的研究领域。 自由曲面数字化是逆 Ａ ／Ａ 向工程 的关键 技术之一 ，它采用 了基于计算机视觉 的光学非 接触 式测量方法 ，能够得到 自由曲面 的三维几何数据 。本文 介绍 了逆 向工程数据测量技术和 等距面指 导的 自由曲面 自动 测量 以及 曲面数字化 的方法。
２１ ＡＤ ．Ｃ 模型拟合 曲面
格减少数据 的方法和减 少多变形三 角形达到减 少数据 点的方 法进行测量 。实现逆 向工程 的基础和 关键 是高效、高精度地
获取产 品的数字化信 息。数字化设备主要可分为接触式数据 采集和 非接触式数据采集两大类。 １１ ．接触式数据采集 方法 接 触 式 数 据 采 集 通 常 是 运 用 指 定 的三 坐 标 测 量 机 （ ＭＭ ），根据 实物 的特征和测量的要求选择测头和方向， Ｃ
用数学表示 方法拟合修改算法、控 制参数及 曲面 重构 方 法 ，得到高质量 、高精度 的曲面模型。拟合 的曲面用 隐形 方 程ｆ ，Ｙ，ｚ： 形式来表示 ，先按原形分别拟合出不同的区域 （ ｘ ）０ 曲面 ，将数据点 分成不 同的区域 ，将不 同的曲面 或者 曲面 间 过渡 的方法连接起来构成一个 Ｃ Ｄ整体 。运 用实体 重构技术 Ａ
进行 曲面拼接 时 ，要注意 曲面边界 的统 一和 光顺 及曲面裁减
首 先确 定测量 点数 和其 分布特 点 ，然后确 定测 量事 物的路 径 ，必要时要进行碰撞的检查采集数据。坐标测量机一般采
的限制 ，不能测量 一些易碎 、易变形的零件。如 ：内孔、窄
反求工程技术介绍
●核心技术和功能有待进一步开发和完善。主要包括：
■有效去除噪声 ■数据补全及可控制压缩 ■点云快速三角化 ■内外边界特征提取 ■关键工艺特征提取和描述 ■特征尖锐边提取 ■二次曲面约束提取 ■旋转曲面特征提取 ■拉伸曲面特征提取 ■曲线约束逼近 ■曲面小波光顺 ■复杂多边域混合约束逼近 ■任意局部曲面再设计 ■曲面交互裁剪算法 ■曲面光顺性分析 ■曲面重构误差分析 ■最佳曲面匹配分析 ■基于点云的细分曲面造型
数据补全过程和实例
■数据压缩：随着激光测量技术的广泛应用，测量结果往往是 大规模的，因此可能存在大量的冗余数据，在曲面造型前需要 按一定要求减少测量点的数量，即进行数据压缩。不同类型的 数据其压缩方法也不同。
扫描点（68531个点）
均匀压缩（8298个点）
均匀压缩处理（0.31mm压缩至1.13mm）
4.曲面重构技术
■曲面重构是反求工程的最重要的一步，也是反求工程CAD建 模的主要目的之一。重构曲面的品质和精度直接影响最终产品 的CAD模型的优劣。 ■反求工程中的曲面造型不同于传统的曲面设计造型，它有着 自身的特点：数据海量、不规则散乱分布、大量噪声和冗余数 据、多次测量结果的拼合、特征提取、数据分块等。 ■按曲面模型的表达形式分类，反求工程中的曲面重构方法大 致分为以三角Bezier曲面为基础的非拓扑矩形曲面构造方案， 以四边域B样条曲面、NURBS曲面为基础的曲面造型方案，以及 直接函数逼近和神经网络理论等综合方法。 ●三角曲面造型：（1）Bernstein-Bezier插值和全局G1协调； （2）Hope分片细分；（3）其他局域插值
裁剪曲面与一组平面求交
曲面/曲面求交
曲面/平面求交、裁剪
反求工程及其关键技术
反求工程及其关键技术反求工程是综合性很强的术语，它是以设计方法为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础。
运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有新产品进行解剖、深化和在创造，是已有设计的设计，再创造是反求的灵魂。
一、反求工程的含义反求工程是测量技术，数据处理技术，图形处理技术和加工技术相结合的一门结合性技术。
随着计算机技术的飞速发展和上述单元技术是逐渐成熟，近年来在新产品设计开发中愈来愈多的被得到应用，因为在产品开发过程中需要以实物(样件)作为设计依据参考模型或作为最终验证依据时尤其需要应用该项技术，所以在汽车，摩托车的外形覆盖件和内装饰件的设计，家电产品外形设计，艺术品复制中对反求工程技术的应用需求尤为迫切。
反求工程将数据采集设备获取的实物样件表面或表面及内腔数据，输入专门的数据处理软件或带有数据处理能力的三维CAD软件进行处理和三维重构，在计算机上复现实物样件的几何形状，并在此基础上进行原样复制，修改或重设计，该方法主要用于对难以精确表达的曲面形状或未知设计方法的构件形状进行三维重构和再设计。
二、反求工程发展历史反求工程最早出现于二十世纪六七十年代。
二次世界大战后，为了急于恢复和振兴经济，日本在六十年代初提出了科技立国的方针：“一代引进，二代国产化，三代改进进出口，四代占领国际市场”，其中在汽车、电子、光学设备和家电行业上最为突出。
为了进行国产化，迫切的需要对引进的技术进行消化、吸收、改进和发展，这就是反求设计（Inverse Design）或者反求工程（Inverse Engineering）最初的出现的背景。
发展到现在，已成为世界各国在发展经济中不可缺少的手段或者重要的政策，反求工程的大量采用为日本在战后经济的恢复、经济振兴中发挥了不可替代的作用。
在实际的生产和生活中，任何产品的问世，包括创新、改进和仿制的，都蕴含着对已有科学、技术和产品的继承和发展。
因此反求工程在实际的工程应用中已很早就出现，而作为一门学问去研究，则是最近几十年才出现的。
逆向工程中特征提取及形状识别研究的开题报告
逆向工程中特征提取及形状识别研究的开题报告一、研究背景逆向工程是将已有物品的信息进行数字化重建的一种技术。
在工程设计和制造的各个环节中，逆向工程都有着广泛的应用，包括产品逆向设计、模具制造、品质检测等。
在逆向工程过程中，特征提取和形状识别是其中一个非常重要的环节。
随着计算机技术和图像处理算法的不断进步，特征提取和形状识别技术也不断发展。
近年来，基于深度学习和卷积神经网络的特征提取算法已经取得了一定的应用效果。
然而，逆向工程中的特征提取和形状识别仍然存在许多问题和挑战，每个物品都具有自己的特点和形状，不同物品之间的差异比较大，这就使得特征提取和形状识别算法的研究变得非常复杂和有挑战性。
因此，本研究旨在探究逆向工程中的特征提取和形状识别问题，通过分析已有的相关算法，并结合实际应用需要，提出一种更为有效的特征提取和形状识别方法，为逆向工程的数字化重建提供更好的技术支持。
二、研究目标和内容本研究的目标是探究逆向工程中的特征提取和形状识别问题，通过分析已有的算法和方法，并结合实际应用需要，提出一种更为有效的特征提取和形状识别方法，为逆向工程的数字化重建提供更好的技术支持。
本研究的具体内容包括以下几个方面：1. 研究现有的特征提取和形状识别算法，包括基于深度学习、机器学习和图像处理的算法；2. 分析逆向工程中的特征提取和形状识别问题，包括物品形状的复杂性、不同物品之间的差异性、噪声和光照等因素的影响；3. 提出一种依据特定物品和应用需求调整的特征提取和形状识别方法，该方法使用卷积神经网络对图像特征进行提取和分析，并对识别出的形状进行优化和重建；4. 通过实验验证和分析，评估所提算法的准确性和效率，提出改进和优化措施；5. 在实际应用中验证所提出的算法的可行性和实用性，为逆向工程的数字化重建提供更好的技术支持。
三、研究意义本研究的意义在于：1. 探究逆向工程中的特征提取和形状识别问题，深入研究特定物品的特性和形状，对实际应用具有很大的意义；2. 提出一种更加有效的特征提取和形状识别方法，在实际应用中具备更好的普适性和可用性；3. 为逆向工程的数字化重建提供更好的技术支持和理论基础，推动逆向工程技术与数字化制造技术的发展。
逆向工程中自由曲面对称基准面提取技术研究
ｍａｈ ｍａ ｉａ ｒ ｌｔ ｎ ｏ ｙ ｔ ｅ ｔ ｌ ｅ ａｉ ｆｓ ｍｍｅｒ ｏｎ ａｉｆ ｄ ｔ ｅ ｃ ｒ ｅ ｅ ｄ ｔ ｅ ｂ ｉ ｎ ｔ ｅ ｂ ｕ ｄ ｒ ｕ ｖ ，ｕ ｃ ｏ ｔ ｐ ｉｔｓ ｔ ｉ ｈ ｕ ｖ ｓ ｎ ｅ ｏ ｂ ｕ ｌ ｏ ｈ ｏ ｎ ａ ｙ ｃ ｒ ｅ — ｙ ｓｅ ｔ
Ｌ ｎ ＩＹａ
（ ｈｎＵ ｉ ｒｔ ｏ ｃ ｎｅａｄＴ ｃ ｎｌｇ ， ｏ ｅｅｏ Ｍａｈｎ Ｗｕ ａ ｎ ｅｓｙ ｆ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｙ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｃ ｉｅ ｖ ｉ Ｓ ｅ ｏ ｌ ａ ｄＥｅｔ ｎｃ Ｗｕ ａ ３ ０ ３ Ｃ Ｎ） ｎ ｌ ｒ ｉ， ｈ ｎ４ ０ ７ ， Ｈ ｃｏ
ｉ ｄ ｓｒ ． ｎ ｕ ｔｙ Ｋｅ ｙｗｏ ｄｓ：３－ｄ ｍ ｅ ｔｏ ｔ ｏ ｄ；Ｓ ｍｍｅ ｒ ｎ ｈ ｒ ｒ ｉ ｎ ｉｎ Ｄａａ Ｃｌ ｕ ｙ ｔ Ｂｅ ｃ ｍａ ｋ；Ｐｒ／Ｅ ；Ａｎ ｌｓｓｏ ｔｍｉｅ ｅ ｔ ｒ ｙ ｏ ａ ｙ ｉ ｆＯｐ ｉ ｚ ｄ Ｆ ａｕ ｅ
逆 向工程 常用 于实现具 有 自由曲 面特征 的零件 重 建， 如家用 电器 、 玩具 、 汽车 、 托 车 的外 形 覆 盖 件等 。 摩 在进行 完全对 称零 件 的 曲面 重 构 时 ， 由于零 件 加工 和 测量 的误差 ， 如果 直接用所 测 的点云数 据进 行拟 合 ， 则
究 ，ｒ ｄ ｅｇｌ 出 了一 种寻 找歪斜 对 称 轴的方 法 ； Ｆｉ ｂ ｒ＿ 提 ｅ 刘 晓宇 、 刘德平 等 提 出了 一种 在 任 意 位置 回转 面轴 线 特 征参数 的提 取方 法 ； 涛等 提 出 了一 种利 用 对 称特 金 征点集 信息 ， 通过 特征 匹配重 构对 称平 面 ， 而完成对 进
得到 的曲面不 能保证 其 整 体 及局 部 特 征 的对 称 性 ， 将
快速学习CAD中的曲面提取技巧
快速学习CAD中的曲面提取技巧CAD是一种广泛应用于工程设计和制造的计算机辅助设计软件。
在CAD中，曲面提取是一项常用的功能，可以将实体模型中的曲面提取出来。
本文将介绍一些快速学习CAD中曲面提取的技巧。
1. 选择正确的曲面提取工具：CAD软件通常提供多种不同的曲面提取工具。
常见的工具包括边界曲面、投影曲面、旋转曲面等。
选择正确的工具可以使曲面提取变得更加简单和高效。
2. 使用边界曲面工具：边界曲面工具是CAD中常用的曲面提取工具之一。
通过选择实体模型的边界曲线，可以快速提取出对应的曲面。
在使用边界曲面工具时，可以调整曲面的参数，使其更加符合设计要求。
3. 使用投影曲面工具：投影曲面工具可以将实体模型或曲线投影到一个平面上，并提取出对应的曲面。
这在一些具有对称特点的设计中非常有用。
通过选择投影方向和参数，可以得到所需的曲面。
4. 使用旋转曲面工具：旋转曲面工具可以将一个曲线或实体模型绕一条轴进行旋转，并提取出对应的曲面。
这在设计旋转对称的物体时非常有用。
通过调整旋转轴和参数，可以得到所需的曲面。
5. 注意曲面的平滑度：在进行曲面提取时，要注意曲面的平滑度。
CAD软件通常允许用户设置曲面的平滑度参数，以控制曲面的光滑程度。
根据实际需求，可以适当调整参数，使曲面更加符合设计要求。
6. 使用曲面修饰工具：CAD软件通常提供一些曲面修饰工具，可以对提取出的曲面进行进一步的调整和修饰。
这些工具包括曲面切割、曲面修整、曲面修补等。
通过使用这些工具，可以对曲面进行精确的调整，使其更加符合设计要求。
7. 注意曲面的连续性：在进行曲面提取时，要注意曲面的连续性。
曲面之间的连接部分应尽量保持平滑和连续，以使整个模型更加完整和真实。
通过调整曲面的参数和使用曲面修饰工具，可以实现曲面的连续性。
总结起来，通过选择合适的曲面提取工具，注意曲面的平滑度和连续性，使用曲面修饰工具等技巧，可以快速学习CAD中的曲面提取。
这对于工程设计和制造非常重要，可以提高效率和准确性。
增材制造三维数字模型的获取方式,反求技术
增材制造三维数字模型的获取方式,反求技术增材制造是一种基于数字化技术的先进制造方法，它通过逐层堆积材料来制造物体。
在实施增材制造过程中，三维数字模型的获取是至关重要的一步。
本文将为您介绍几种获取三维数字模型的方式，以及如何利用这些技术来进行反求，希望能为您提供一些指导意义。
一、三维扫描技术三维扫描技术是将物体的表面信息转化为三维模型的过程。
目前常用的扫描技术有激光扫描、结构光扫描等。
激光扫描利用激光束扫描物体表面，通过计算得到物体的三维坐标信息。
结构光扫描则通过投射肉眼可见的光线网格，根据物体表面变形来计算三维坐标。
这些扫描技术可以快速获取物体的三维模型，但对于大型物体和复杂几何结构仍有一定限制。
二、计算机辅助设计（CAD）软件CAD软件可以帮助用户在计算机上创建和编辑三维模型。
通过CAD 软件，用户可以精确地绘制出所需的物体形状、尺寸和属性。
CAD软件通常提供了丰富的工具和功能，例如绘图、建模、渲染等，能够满足不同需求。
通过CAD软件，用户可以创建复杂的三维模型，为增材制造提供精确的数字模型。
三、逆向工程技术逆向工程是一种通过扫描物体表面并分析数据来生成三维模型的方法。
它通过将物体的物理形态转化为数字化数据，进而反求出物体的几何特性。
逆向工程技术包括点云重建、曲面重建等方法。
点云重建是将三维点云数据转化为几何模型，曲面重建则是在点云数据的基础上，将物体的表面拟合为光滑的曲面。
逆向工程技术可以有效地将实际物体转化为数字模型，为增材制造提供准确的数据。
四、数字化光学显微镜技术数字化光学显微镜技术为获取微小物体的几何特征提供了一种高分辨率的方法。
该技术利用光学显微镜、相机和图像处理软件，将物体的微观图像转化为数字化图像。
通过对图像的处理和分析，可以获得物体的三维坐标和形状信息。
数字化光学显微镜技术在微型器件制造、生物医学等领域有重要应用，为增材制造提供了精细的三维数字模型。
综上所述，获取三维数字模型的方式多种多样，根据不同需求选择合适的方法可以提高效率和准确性。
逆向工程灯罩曲面的测量与重构
逆向工程灯罩曲面的测量与重构在比较详细介绍了曲面三维测量技术与设备的基础上，通过光学三维扫描技术对灯罩实体曲面模型进行了快速扫描，从而获得灯罩的点云数据；对于曲面重构方案、造型阶段与处理软件GeomagicStudio軟件作了较为详细介绍，最终通过GeomagicStudio软件的三大处理阶段获得灯罩曲面模型，为灯罩零件后续的三D模型的创建和改进提供了基础。
标签：灯罩零件曲面测量曲面重构GeomagicStudio软件逆向工程（Reverse Engineering），又称反求工程，与传统的产品设计制造——从概念设计到图样设计，再制造出产品，称之为正向工程（或顺向工程）相反，它起源于精密测量，是将已有实物模型或产品模型转化为工程设计的CAD模型，特别适合于复杂的三维曲面的测量与重构。
可在此基础上对已有实物或者产品进行分析、改造、再设计[1]，是在已有设计基础上的再设计，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。
1 曲面的测量逆向工程技术要从现有实体模型进行再模仿和改进设计，首先必须对于现有实体模型或者油泥模型进行测量，因此曲面数据的采集是逆向工程的最重要的步骤和工作内容。
只有曲面的三维点云数据通过各种数据采集设备采集测量到后，才能根据点云数据进行曲面的重构和三D模型的再创建[2]。
1.1 曲面数据采集方法及其特点曲面数据的采集方法大致可分为两大类，一种是接触式测量，另一种是非接触式测量，这是按照被测量工件与测量设备仪器在具体测量过程中是否相接触来进行的一种基本分类方法，此外根据测量原理等的不同，在基本分类基础上还可细分出一些不同的曲面数据采集测量方法。
曲面测量时，测量数据的准确性、方便性、快捷性是衡量比较测量方法的优劣的主要指标。
如果需要高精度的数据采集，接触式测量是最佳的选择，不但接触精度高抗干扰性好，操作也简便，总体的测量成本不高；但是接触式测量由于存在工件与测量设备之间的接触产生的接触压力，使得对于某些质地柔软的零件必然产生较大的测量误差，且测头半径三维补偿问题仍然存在。
基于扫描输入的工程曲线特征点提取及拟合方法研究
基于扫描输入的工程曲线特征点提取及拟合方法研究
卢紫微;钟修皓;张燕;常东超
【期刊名称】《辽宁石油化工大学学报》
【年(卷),期】2014(000)001
【摘要】工程设计中涉及大量的设计资料，设计资料的一部分是以曲线图表的形式存在，螺旋角系数曲线是典型的工程曲线，具备工程曲线的特征。
以螺旋角系数曲线图像为例，提出扫描图像的预处理、图像校正、图像裁剪、二值化处理、网格去除、特征点提取等方法，进一步利用最小二乘法对特征点进行曲线拟合，实现工程曲线的数字化。
【总页数】4页(P65-68)
【作者】卢紫微;钟修皓;张燕;常东超
【作者单位】辽宁石油化工大学计算机与通信工程学院，辽宁抚顺113001; 东北大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳110819;辽宁石油化工大学计算机与通信工程学院，辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学计算机与通信工程学院，辽宁抚顺113001;辽宁石油化工大学计算机与通信工程学院，辽宁抚顺113001
【正文语种】中文
【中图分类】TE662;TP311
【相关文献】
1.基于改进离散曲线演化模型的牙齿三维特征点提取方法研究 [J], 杨玲;李宇;王中科;饶妮妮
2.曲线拟合与特征点相结合的鞋印外轮廓特征提取算法 [J], 管燕;李存华;李元金
3.基于嘴巴特征点曲线拟合的哈欠检测 [J], 谢国波;陈云华;张灵;丁伍洋
4.曲线拟合中特征点的递归提取 [J], 荆晶;刘玉兰;葛庆平
5.基于特征点采样和曲线拟合的道路坡度计算方法 [J], 王宇;王淼
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逆向工程中复杂曲面的数据采集
逆向工程中复杂曲面的数据采集祖海英;田密;赵伟民;闫月娟【摘要】By structure analysis on the typical mouse and Fuwa with complex surface, the paper confirms two scan schemes, choses the scanning equipment, and elaborates the scanning steps on complex surface workpiece, providing reference for the other workpiece with complex surface on data collection.%本文通过对具有复杂曲面的典型工件鼠标和福娃的结构分析,确定了两工件的扫描方案、选择了扫描设备,详细阐述了复杂曲面工件的扫描步骤,为其他具有复杂曲面工件的数据采集提供了借鉴作用.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2012(031)026【总页数】2页(P3-4)【关键词】逆向工程;复杂曲面;数据采集【作者】祖海英;田密;赵伟民;闫月娟【作者单位】东北石油大学机械科学与工程学院,大庆163318;东北石油大学机械科学与工程学院,大庆163318;东北石油大学机械科学与工程学院,大庆163318;东北石油大学机械科学与工程学院,大庆163318【正文语种】中文【中图分类】TH160 引言逆向工程（Reverse Engineering，RE）是从实物样本获取产品数学模型并制造得到新产品的相关技术，已经成为CAD/CAM系统中一个研究和应用热点，并发展成为一个相对独立的领域。
随着航天、航空、造船、汽车和模具工业的飞速发展，逆向工程已经成为制造业的一个重要环节[1]。
在逆向工程中，获取物体表面的三维数据是关键的第一步，这样才能进行后面的三维建模及误差检测，测量数据的质量及精度也将会直接影响后期建模的品质。
反求工程中点云数据的二次曲面特征提取技术_单东日
第15卷第12期2003年12月计算机辅助设计与图形学学报JO U RNAL OF COM PU T ER -AI DED DESIGN &COM PU T ER GRA PHI CS Vol 115,N o 112Dec 1,2003原稿收到日期:2002-11-19;修改稿收到日期:2003-05-061本课题得到国家/八六三0高技术研究发展计划(863-511-942-018)、教育部优秀骨干教师基金和教育部博士点专项基金(98033532)资助1单东日,男,1973年生,博士研究生,主要研究方向为反求工程、计算机图形学1柯映林,男,1963年生,博士,教授,博士生导师,主要研究方向为CAD/CAE/CAM 、计算机图形学、反求工程1反求工程中点云数据的二次曲面特征提取技术单东日 柯映林(浙江大学机械与能源工程学院杭州310027)摘要 基于点的连通性及同一特征面测量点几何特征相似性,在特征曲面拟合误差控制下,实现了散乱数据二次曲面的区域分割1工程应用实例表明:文中方法稳定可靠,可显著提高反求CA D 建模效率与重建模型精度1关键词 反求工程;区域分割;特征提取;二次曲面中图法分类号 T P391Q uadric Feature Extraction from Points Cloud in Reverse EngineeringShan Dong ri Ke Yinglin(College of M e chanical and Energy E ngineering ,Zhe j iang Univ ersity ,Hangzhou 310027)Abstract A robust hybrid seg mentation method for quadric feature ex traction is proposed 1It is composed of three steps 1First,points are segmented under the controlled error of deviation from a cer -tain surface type 1Second,the points w ith similar geometric feature are extracted from the points seg -mented in the first step 1Finally,quadric feature ex traction is implemented using a connectivity criterion for point sets 1Ex perimental results show that the precision of reconstructed model and efficiency of re -modeling are improved remarkably 1Key words reverse engineering;region segmentation;feature ex traction;quadric surface1 引 言反求工程是CAD/CAM 领域中一个独立的研究和应用范畴,它应用现代设计方法学、生产工程学、材料学和有关专业知识,对先进产品或设备的实物、软件或影像进行系统、深入的分析与研究;探索掌握其关键技术,从而开发出同类或更为先进产品的系统工程1文献[1]将基于实物的反求CAD 建模分为4个步骤:数据采集、数据预处理、区域分割及曲面逼近和CAD 建模[1]1其中,区域分割是反求CAD 建模的关键,这方面的研究多年来一直受到国内外众多学者的关注1特征是零件造型过程中采用的一些基元,如体、柱、孔、槽、圆角等1特征由特征面组成,特征面是特征的再分解,是特征的最小构成单元1反求工程特征识别的任务就是从测量数据中分离属于这些特征面的点,并识别特征面参数;区域分割是指将点云数据划分成互不重叠、特征单一的连通区域,因此特征提取与区域分割密不可分[1]1目前,基于实物样件点云数据的区域分割方法主要有:基于边的方法(edge -based)和基于面的方法(surface -based)1基于边的方法是从纯数学的理论出发,认为测量点的法矢或曲率的突变是一个区域与另一个区域的边界,并将封闭边界的区域作为最终的分割结果1该方法对于边界的确定仅用到边界的局部数据,受测量噪声影响较大,并且对型面缓变或圆角半径较大的曲面往往存在边界找不准的局限[2-3]1基于区域生长的分割方法目前较为常用,其指导思想是将具有相似几何特征的空间点划分为同一区域[4-5]1为实现点云数据的二次曲面特征提取,我们首先对测量数据进行三维空间划分,并基于体素(vox-el)连通性建立点点之间的拓扑关系;然后在曲面拟合误差控制下,基于同一特征面测量点的特征相似性,实现散乱数据二次曲面特征提取12二次曲面拟合平面方程用ax+by+cz+d=0表示,可通过求解线性方程组Ax=0拟合平面1其中,A=x1y1z11x2y2z21s s x n y n z n1,x=(a,b,c,d)T1在方程两边同乘A T,得到A T AX=0,A T A的最小特征值对应的特征向量即是待求平面方程系数(a, b,c,d)1球面用方程表示x2+y2+z2+ax+by+cz+ d=0,可通过求解线性方程组Ax=B来拟合球面1线性方程组的求解采用奇异值分解法,其中A和x 同平面拟合中的A和x,而B=x21+y21+z21x22+y22+z22sx2n+y2n+z2n1线性方程组求解稳定可靠,遗憾的是柱面与锥面的拟合只能采用非线性方法11998年,匈牙利luk cs[6]用/忠实距离(faithful distance) d(S,p i)0逼近点p i到特征曲面S距离,用Gauss-New ton法的改进算法Levenberg-M arquardt法求解目标函数为min E i d(S,p i)2,可获得曲面几何参数1圆柱面用几何参数(Q,U,;,k,A)表达,其中柱面上离原点最近的点为Q n,n的球坐标表达式为n=(cos U sin;, sin U sin;,cos;);圆柱面轴线方向为a,且|a|=1,其中3n,a4=0,因此a的表达只需要添加一个参数A即可,即a=5n5;#cos A+5n5U#1sin;sin A;柱面半径为1/k1若p i为空间内任意一点,则点p i到圆柱面的/忠实距离0为d(S,p i)=k2(|p i|2-2Q3p i,n4-3p i,a42+Q2)+Q-3p i,n41锥面可用几何参数(Q,U,;,k,R,S)惟一确定1圆锥面参数的几何意义与圆柱面相似,a表示旋转轴方向,只是n和a不再垂直1于是n= (cos U sin;,sin U sin;,cos;),而a用球坐标表达为a=(cos R sin S,sin R sin S,cos S),可得点p i到圆锥面的/忠实距离0为d(S,p i)=k2(|n@a|2|p i-Q n|2-3p i-Q n,a42)-3p i-Q n,n4|n@a|2k3p i-Q n,a43n,a4+|n@a|213二次曲面特征区域分割311拟合误差控制下的区域分割基于区域生长的分割算法必须首先优选种子点、判断特征面类型、确定特征面初始参数及区域生长过程的最大允许误差1这些参数确定得是否合理是决定区域分割成功与否的关键1一般地,首先估算测量点的平均曲率H和高斯曲率K;然后根据H,K的符号与数值初步选择种子点,并进行特征面类型判断及区域生长初始参数的选择1这种完全自动的方法虽然减少了人工交互,但很难获得正确结果1为克服现有方法的缺点,我们采用交互选取特征曲面数据大样本的方法确定区域生长的初始参数,具体过程如下:Step11旋转点云数据至合适的视图,然后在屏幕上交互定义封闭轮廓,并选取包围在封闭轮廓内的测量点作为特征曲面数据的样本点1基于屏幕轮廓选取特征曲面样本点,实际上是首先将点云和轮廓投影到屏幕平面并判定投影点在平面多边形的内外,进而映射到三维空间实现特征曲面样本数据的分离1点在平面任意多边形内外的判定是计算几何中的经典问题,可根据如下定理进行判定1定理1给定平面多边形p=p0p1p2,p n及平面内一点Q,如图1所示1在多边形p上寻找一条边p i p i+1使线段Qp i,Qp i+1与多边形的交点有且只有1498计算机辅助设计与图形学学报2003年p i 和p i +1两点,如果v p i p i +1Q 的方向与多边形p 的方向相同,则点Q 在多边形p 的内部,否则,点Q 在多边形p 的外部1图1 点与多边形的关系Step21用特征面数据样本点分别拟合平面、球面、柱面与锥面,对应拟合误差最小的曲面类型作为特征曲面类型1Step31用样本点拟合特征曲面S 0,获取特征面初始参数,并用样本点到特征曲面的最大误差作为区域生长的最大允许误差D 1在确定了特征面类型、特征面初始参数及区域生长过程的允许误差后,拟合误差控制下的区域分割算法步骤如下:Step11查找与初始曲面S 0距离小于D 的测量点,拟合特征曲面S ;Step21查找距S 小于D 的测量点拟合特征曲面F ;Step31令S =F,循环执行Step2,直至满足误差条件的测量点数不再增加1312 基于测量点特征相似性的分离单一拟合误差控制会将不属于特征面的大量点包含进来,需设计新的准则将其剔除1为此,首先估算测量点法矢与主曲率1与某一点p i 的直线距离最短的k 个测量点称为p i 的k 近邻,记为N bhd (p i )1以点p i 的k 近邻拟合平面估算测量点法矢,目标函数为minEp I Nbh d (p i )((p -p i )n i )21经简单计算,可得到对称的半正定矩阵CV =Ep I Nbh d (p i )(p -p i )(p -p i )T1把CV 最小特征值对应的特征向量单位化,即为曲面在点p i 的法矢n i 1测量点p i 的主曲率可用坐标转换法估算[7],其基本思想是用点p i 的k 近邻拟合抛物面S,通过计算S 的主曲率及主方向来确定该数据点的曲率特性1在点p i 处建立局部坐标系(u,v ,h ),且坐标原点为p i ,坐标轴h 设为法矢n i ,坐标轴u 和v 可以在过点p i 垂直于n i 的平面内任意确定1将点p i 的k 近邻由全局坐标(x i ,y i ,z i )转化为局部坐标系(u i ,v i ,h i ),并用转换后数据拟合抛物面S (u ,v )=au 2+buv +cv 21抛物面拟合通过求解目标函数min E i[h i -(au 2i +bu i v i +cv 2i )]2来实现1目标函数的求解应用奇异值分解法1通过计算抛物面S 在原点处的主曲率及主方向,获得点p i 的主曲率与主方向1抛物面S (u,v )=au 2+buv +cv 2在坐标原点处的最大主曲率K max =H +H 2-K =a +c +(a -c)2+b 2 1其中,H =EN -2FM +GL2(E G -F 2)=a +c,K =LN -M 2EG -F2=4ac -b 21H 和K 分别为平均曲率和高斯曲率1设基于拟合误差提取的特征平面法矢为N ,如果|Nn i |<D ,则认为点p i 不属于该特征平面1阈值D 可如下确定:估算每个特征平面样本点的法矢n k (k =1,,,m ),计算n k 与N 的夹角A k ,如果A k >90b ,令A k =180b -A k 1令A 等于A k 的最大值,且D =cos A 1设基于拟合误差提取的特征球面、柱面上测点p i 的最大主曲率为k i ,如果|k i |<k min 或|k i |>k max ,则认为点p i 不属于该特征球面或柱面1其中,k min 与k max 分别为特征面样本点估算最大主曲率绝对值的最小-最大值1用垂直于锥面轴线、距圆锥顶点为k D (k =1,2,,,n)的n 个平面分割第311节分离出的圆锥面数据点,共分为n 块薄片数据1根据微分理论,第k 段薄片数据拟合圆柱面的半径应近似等于锥面在此位置的旋转半径R k =k -1/2K -1/2R s,其中R s 表示特征面样本点所在第s 段的理论半径(可由锥面方程计算)1设第k 段薄片数据拟合圆柱半径为r k ,其与理论值的差为x k =|R k -r k |,则表示差的变量x 应服从正态分布N (a,R 2)1对假设H 0:R 2[R sK -1/22进行均值a 未知的假设检验(取显著性水平A =0105),如果假设成立,则所有薄片的测量点均属于特征面;否则,去掉x k 中最大值对应的薄片数据;重复上述假设检验过程,直至所有薄片数据均属于特征锥面1有关假设检验的内容见文献[8]1313 连通性检查设点云数据中最大-最小x ,y ,z 坐标值分别为x max ,x min ,y m a x ,y min ,z max ,z min ,且给定容差E >0,定义以点(x max +E ,y max +E ,z max +E )和(x m i n -E ,y min -E ,z min -E )为对角点,且表面平行于坐标平面的空间六面体为点云的空间包围盒1将点云包围盒149912期单东日等:反求工程中点云数据的二次曲面特征提取技术沿坐标轴方向按等间隔K 划分成空间六面体栅格,并将点云中测量点根据坐标值的不同压入到不同的空间栅格,按照是否包含散乱点分别定义为实格和空格1如图2所示,每个空间栅格存在26个相邻栅格,我们定义实格与其26个相邻栅格中的实格是连通的,并且说它们之间存在一连通路径1如果空间散乱点集三维划分的任意两个实格之间都存在一条完全由连通路径构成的通路,则称该点集为点的连通集1图2 26相邻栅格基于以上基本定义,可实现点云的连通性检查如下:查找种子点所在三维栅格,如果其相邻栅格包含实格,则继续依次查找这些实格的相邻栅格,并记录实格中包含的点1以此递归,直至遍历过实格的相邻栅格都不再包含实格1所有遍历过实格包含的点即是区域分割出的属于同一特征面的点1其中,栅格宽度K 可根据点的分布情况取点云分布密度Q 的1~5倍,在测量点集中随机取n(n =10,,,20)个点,计算离点p i 最近点的距离d i ,将d i 的平均值作为分布密度Q =E ni =1d in 14 应用实例本文算法已用C++语言在浙江大学自主版权的反求工程CAD 建模软件RE -SOFT 中实现1图3所示为从某型飞机发动机叶片的激光测量数据中提取平面特征的过程1其中,图3a 中黑色点是选取的特征平面数据的样本点,图3b 所示为拟合误差控制下进行平面特征数据分离的结果,图3c 所示为法矢过滤后的结果,图3d 所示为连通性检查后提取的平面特征1图4所示为从叶片数据中分离出的部分柱面特征1图5所示为对某型手机振动膜的激光测量数据进行球面特征提取的结果1图6所示为对某型马桶表面的激光测量数据进行锥面特征提取的结果1图3平面特征提取过程图4 柱面特征提取图5 球面特征提取图6 锥面特征提取1500计算机辅助设计与图形学学报2003年5结论与展望本文分析并用实例证明了以往研究人员提出的仅用拟合误差或估算曲率、法矢阈值等单一要素进行区域分割与特征提取很难获得正确结果的观点,提出了多因素控制下的二次曲面特征提取与区域分割方法,并成功应用于浙江大学自主版权的反求软件RE-SOFT中1理论上讲,任何CAD模型都可以看作是一些简单特征的组合,而特征面(含拉伸面、旋转面、扫掠面、蒙皮曲面及二次曲面等)是特征的再分解,是特征的最小构成单元1因此,积极探索任意特征面的参数提取及区域分割,对提高反求CAD建模效率与重建模型精度具有重要意义1参考文献[1]T am s V rady,Ralph R M artin,Jordan Coxt1Reverse eng-ineering of geometric models:An i ntroduction[J]1Computer-Aided Design,1997,29(4):255~268[2]Jin Tao,S han Yan,Tong Shuiguang1Object recons tructionfrom geometric features and constraints in reverse engineeri ng[J]1Journal of Computer-Aided Design&Computer Graphics,2001,13(4):202~207(in Chinese)(金涛,单岩,童水光1产品反求工程中基于几何特征及约束的模型重建[J]1计算机辅助设计与图形学学报,2001, 13(4):202~207)[3]H uang Jiangbing,M enq Chia-Hsiang1Automatic data segmenta-tion for geometric feature extracti on from unorganized3-D coor-di nate points[J]1IEEE Transactions on Robotics and Automa-tion,2001,17(3):268~279[4]Yang M,Lee E1Segmentation of measured point data usi ng aparametric quadric surface approximation[J]1Computer-Aided Design,1999,31(7):449~457[5]Trucco Emanuele,Fisher Robert B1Experi m ents in curvature-based segmentation of range data[J]1IEEE T ransactions on Pattern Analysis and M achine Intelligence,1995,17(2):177 ~183[6]Luk cs G,M artin R R,M arshall D1Faithful least-squares fit-ting of spheres,cylinders,cones,and tori for reliable segmenta-tion[A]1In:Proceedi ngs of the5th European Conference on Computer Vision(ECCV.98),Freiburg,19981671~686 [7]Lu Zhen1S tudy on feature technology in reverse engineeringCAD modeling[D]1Hangzhou:Zhejiang Un i versity,2002(in Chinese)(吕震1反求工程CAD建模中的特征技术研究[博士学位论文]1杭州:浙江大学,2002)[8]Sun Rongheng,Yi H engyun,Liu Qunsun1M athematic Statis-tics[M]1C hongqi ng:Chongqing University Press,2000(in Chinese)(孙荣恒,伊亨云,刘群荪1数理统计[M]1重庆:重庆大学出版社,2000)150112期单东日等:反求工程中点云数据的二次曲面特征提取技术。
逆向三维扫描方法
逆向三维扫描方法逆向工程测量方法简介逆向工程测量（即对被测实体轮廓信息进行数字化）是RE（Reverse Engineering）技术的第一步。
测量方法的好坏直接影响到对被测实体进行描述的精确、完整程度，进而影响到重构的CAD曲面、实体模型的质量。
因此，它是整个RE技术的基础。
目前采用的RE测量方法主要有三种，分别为接触式测量法、非接触式测量法和逐层扫描法。
一、接触式测量法RE传统上使用三坐标测量机(Coordinate Measuring Machine, CMM)法，又称探针扫描，它主要应用于由基本的几何形体（如平面、圆柱面、圆锥面、球面等）构成的实体的数字化过程，适用于测量实体外部的几何形状。
采用该方法可以达到很高的测量精度（±0.5 ），但测量速度很慢，并易于损伤探头或划伤被测实体表面，而且价格较高，对使用环境也有一定要求。
采用这种方法会使测量周期大大延长，从而不能充分发挥快速制造的优越性。
二、非接触式测量法常用的非接触式测量法有光栅面扫描法、点激光和线激光扫描法等。
1、激光扫描法：按激光源的不同，激光扫描测量可分为点激光、线激光两种方式。
点激光法由于其扫描速度慢而导致目前应用不多。
线激光测量法是目前最成熟，也是应用最广的一种激光测量方法。
它的优点是精度高(±5 )，但它对被测实体表面的粗糙度、漫反射率和倾角较为敏感，且测量速度较慢。
2、光栅面扫描法基本原理是把光栅条纹投影到被测实体的表面上，光栅条纹受到被测实体表面高度的调制而发生变形，然后通过解调变形的光栅影线，得到被测实体表面的高度信息。
这种方法的突出优点是测量范围大，速度快，成本低，易于实现。
因此，目前这种方法应用最为广泛。
三、逐层扫描法逐层扫描法是RP生长成型的逆过程，主要有工业CT(Computed Tomography)扫描、核磁共振和自动断层扫描。
1、工业CT扫描和核磁共振工业CT扫描和核磁共振根据CT图像来重构三维模型，适合于测量被测实体复杂的内部几何形状。
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Ｃ ３１ ５／ Ｐ Ｎ４ —２ ８ Ｔ
ｌ Ｓ １ ０ — ３ Ｘ Ｓ Ｎ ０ ７ １ ０
计算 机工 程与科 学
Ｃ ＯＭＰ Ｅ Ｎ ＮＥ ＲＩ ＆ Ｓ Ｅ Ｅ ＵＴ Ｒ Ｅ ＧＩ Ｅ ＮＧ ＣＩ ＮＣ
２ ０ 年第 ２ ０７ ９卷第 ５期
Ｖｏ ． ９ Ｎｏ ５ ２ ０ １２ ． ． ． ０ ７
文 章 编 号 ：０ ７１０ （０ ７０ —０ １０ １０ —３ Ｘ ２ ０ ） ５０ ７－２
反求 工 程 中扫 描 曲面 特征 的提 取
Ｓ ａ ｎ ｄ Ｓ ｒａ ｅ Ｆｅ ｔ ｒ ｔ ａ ｔｏ ｃ ｎ ｅ ｕ ｆ ｃ ａ ｕ ｅ Ｅｘ ｒ ｃ ｉ ｎ
中 图分 类 号 ， ３ １７ ． ９ ．２ ＴＰ
文献标识码 ： Ａ
技术 ， 已成为反求工程的研究热点之一 。
１ 引 言
反 求工程 （ ｖｒｅＥ ｇｎｅｉｇ 是 相对 于 传统 Ｃ Ｄ Ｒｅｅｓ ｎ ｉｅｒ ） ｎ Ａ／ Ｃ Ｍ 技术的工作流程而言 的 ， Ａ 是近 年发展 起来 的消化 、 吸 收和提高先进技 术的一 系列分析方法 和应 用技术 的组合 。
性。
Ａｂ ｔａ ｔ Ａ ｔ ｏ ｏ ｘ ｒ ｃ ｉ ｇ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ￣ａ ｅ ｆ ａ ｕ ｅ ａ ｅ ｎ ． ｒ ｌ ｌ ｃ ｏ ｓ ｓ ｃ ｉ ｎ ｐ ｉ ｔ ｃｏ ｄ ｉ ｒ ｓ ｎ ｅ ， ｓｒ ｃ ： ｍｅ ｈ ｄ ｆ ｒ ｅ ｔａ ｔ ｃ ｎ ｅ ｕ ｃ ｅ ｔ ｒ ｓ ｂ ｓ ｄ ｏ ｐ ａ ｌ ｒ ｓ ｅ ｔ ｏ ｎ ｌ ｕ ｓ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｎ ａ ｅ ｏ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｅ ｉ ｉ ｏ ｆｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｒ ａ ｅ Ｆ ｒ ｔｙ ｔ ｅ ｔａ ｋ ｃ ｒ ｅ ｏ ｈ ｃ ｎ ｅ ｕ ｆ ｃ ｓ ｅ ｔ ａ ｔｄ ｆｏ ｔ ｅ ｐ ｒ ｌ ｌ ｅ — ａ ｅ ｎ ｔ ｅｄ ｆｎ ｔ ｎ ｏ ｃ ｎ ｅ ｕ ｆ ｃ ． ｉｓ ｌ ，ｈ ｒ ｃ ｕ ｖ ｆｔ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｒ ａ ｅ ｉ ｘ ｒ ｃ ｅ ｒ ｍ ｈ ａ ａｌ ｃ ｉ ｅｓ ｔ ｎ ｐ ｉｔｃｏ ｄ ｗｈ ｃ ｓ ｐ ｒ ｌｅ ｔ ｎ ｎ ｌ ｄ ｓｔ ｅ ｔａ ｋ ｃ ｒ ｅ Ｓ ｃ ｎ ｌ ， ｈ ｅ ｔ ｎ ｃ ｒ ｅ ｉ ａ ｓ ｘ ｒ ｃｅ ｒ ｍ ｈ ａ ａ — ｉ ｏ ｎ ｌ ｕ ｉｈ ｉ ａ ａ ｌｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｃｕ ｅ ｈ ｒ ｃ ｕ ． ｅ ｏ ｄ ｙ ｔ ｅｓ ｃ ｉ ｕ ｓ ｌ ｏ ｅ ｔ ａ ｔｄ ｆ ｏ ｔ ｅｐ ｒ ｌ ｏ ｖ ｏ ｖ ｌ１ｓ ｃ ｉｎ ｐ ｉ ｔ ｌ ｕ ｉｈ ｉ ｖ ｒｉａ ｔ ｈ ｒ ｃ ｕ ｖ ．Ｔｈ ｎ ａ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｒａ ｅ ｉ ｕ ｉｕ ｌ ｅ ｉ ｅ ｙ ｔ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｔａ ｋ ｅ ｅ ｔ ｎ ｏ ｄ ｗｈ ｃ ｅ ｔｃ ｌ ｏ ｏ ｃ ｓ ｗｉ ｔ ｅｔ ａ ｋ ｃ ｒ ｅ ｈ ｅ ｃ ｎ ｅ ｕ ｆ ｃ ｓ ｎ ｑ ｅｙ ｄ ｆ ｄ ｂ ｃ ｎ ｅ ｒ ｃ ｎ ｈ ｃ ｒ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｃ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ Ｅｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｅ ｕ ｔ ｌ ｓ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓｂ ｌ ｙ ｏ ｈ ｔ ｏ ． ｕ ｎ ｈ ｅ ｔ ｕ ． ｖ ｏ ｖ ｐ ｒｍｅ ｔ ｌｒ ｓ ｌ ｉ ｕ ｔａ ｅ ｔ ｅ ｆａ ｉ ｉ ｔ ｆｔ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｓｌ ｉ
摘
要： 根据扫描 曲面的定 义， 本文提 出了一种基于点云切 片数据 的扫描 曲面特征 的提取 方法。首先 ， 由平行 且过扫
描 面特征 的切 片点云数据获取扫描 轨迹曲线 ； 着， 接 由垂直于扫描轨迹线 的切 片点云数据 获得 截面轮 廓线； 最后 ， 由扫描轨 迹曲线和截面轮廓线即可确定扫描 面特征 。本文 算法 已在 ＵＧ ＯＰ Ｎ 上 实现 ， 用 实例 证 明 了该方法 的正确性 和可行 ／ Ｅ 并
பைடு நூலகம்
扫描面包括两个 特征参 数 ： 扫描轨 迹和轮 廓线 。扫 描 轨迹 和轮廓线 可以是任意类 型 的曲线或 曲线组合 ， 扫描轨 迹 与轮廓线 所 属 平 面垂 直 。 目前 ， ＵＧ、 Ｒ ／ ｎ ｉｅｒ 如 Ｐ Ｏ Ｅ ｇｎｅ 等大 型通用 Ｃ ／ Ｍ 软件 ， Ｄ Ａ ＣＡ 构建 的扫描 面根据其轨迹线 是否在一平面 内分为扫描面 和螺旋扫 描面。前者的轨迹线
（． 昌大学 ， １南 江西 南 昌 ３ ０２ ；．江西理工大学 ， ３０９２ 江西 赣州 ３ １ ０ ） ４ ０ ０
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