Geomagic-studio软件操作指南

Geomagic studio 软件操作指南
目录
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软件介绍 (1)
1.1 Geomagic公司及其主要产品 (1)
1.2 Geomagic Studio软件的使用范围 (1)
1.3 Geomagic Studio软件的主要功能 (1)
1.4 Geomagic Studio软件的优势 (1)
1.5 计算机要求 (2)
2. 软件安装 (3)
3. 软件功能介绍 (10)
3.1 Geomagic studio软件及流程简介 (10)
3.2 Geomagic Studio 中鼠标控制和主要快捷键 (11)
3.3 Geomagic Studio 软件的基本模块 (11)
4.点阶段 (15)
4.1 点阶段主要操作命令列表 (15)
4.2 实验 (15)
5.多边形阶段 (25)
5.1多边形阶段主要操作命令列表 (25)
5.2实验 (26)
5.2.1实验一：毛泽东塑像建模 (26)
5.2.2 实验二：建筑物单面墙体建模 (39)
6.精确曲面阶段 (46)
6.1 精确曲面阶段主要命令列表 (46)
6.2 实验 (47)
1软件介绍
1.1 Geomagic公司及其主要产品
Geomagic是一家世界级的软件及服务公司，在众多工业领域如汽车、航空、医疗设备和消费产品得到广泛应用。

公司旗下主要产品为Geomagic Studio、Geomagic Qualify和Geomagic Piano。

其中Geomagic Studio是被广泛应用的逆向工程软件，可以帮助用户从点云数据中创建优化的多边形网格、表面或CAD模型。

Geomagic Qualify 则建立了CAD和CAM之间所缺乏的重要联系纽带，允许在CAD 模型与实际构造部件之间进行快速、明了的图形比较，并可自动生成报告；而Geomagic Piano是专门针对牙科应用的逆向软件。

本项目所使用的主要是Geomagic Studio软件。

1.2 Geomagic Studio软件的使用范围：
(1)零部件的设计；
(2)文物及艺术品的修复；
(3)人体骨骼及义肢的制造；
(4)特种设备的制造；
(5)体积及面积的计算，特别是不规则物体。

1.3 Geomagic Studio软件的主要功能：
(1) 点云数据预处理，包括去噪、采样等；
(2) 自动将点云数据转换为多边形(Polygons)；
(3) 多边形阶段处理，主要有删除钉状物、补洞、边界修补、重叠三角形清理等；
(4) 把多边形转换为NURBS曲面；
(5) 纹理贴图
(6) 输出与CAD/CAM/CAE匹配的文件格式(IGES, STL, DXF等)。

1.4 Geomagic Studio软件的优势：
(1)支持格式多，可以导入导出各种主流格式；
(2)兼容性强，支持所有主流三维激光扫描仪，可与CAD、常规制图软件及快速设备制造系统配合使用；
(3)智能化程度高，对模型半成品曲线拟合更准确；
(4) 处理复杂形状或自由曲面形状时，生产率比传统 CAD 软件效率更高；
(5)自动化特征和简化的工作流程可缩短培训时间，并使用户可以免于执行单调乏味、劳
动强度大的任务；
(6)可由点云数据获得完美无缺的多边形和NURBS 模型。

1.5 计算机要求
CPU：Intel Core2 2GHz或兼容CPU 推荐2 G四核或八核CPU
内存：32位版本最低1GB
硬盘：最低10GB可用空间
显卡：Nvidia Quadro FX 4800以上或ATI FirePro V8700
显示器：1280*1024分辨率或更高，24位或更高色，兼容OpenGL
系统：Windows Xp SP3(32位，64位)、Windows Visit SP1（32位，64位）、Windows 7（32位，64位），推荐Windows 7 64
组件： Framework 3.5
2．软件的安装
Geomagic Studio软件可从其官网（）下载30天免费试用版，只需登记个人信息，其官网就会将软件下载链接发送至注册邮箱。

可按如下步骤进行安装和破解：
(1)双击“Setup.exe”安装Geomagic Studio软件,安装过程如图：
默认安装在C盘，最好不要更改到其它路径，否则软件容易报错，不能正常使用。

(2) 解密
安装好后不要运行，如已运行就关闭退出，然后复制Crack文件夹内的Common及Geomagic Studio 12两个文件夹到安装目录内替换原文件，默认路径是C:\Program Files\Geomagic，替换时出现提示，点全部是完成替换好就可以了。

运行软件，出现以下对话框，点“运行牌照工具”
进入授权许可证导入界面，点右边红框所示的放大镜图标
然后浏览定位到软件安装目录内的Geowatch.dat 文件，默认路径是C:\Program Files\Geomagic\Geomagic Studio 12，选定该文件后按确定！
出现以下提示界面，导入成功，点Done即可。

软件注册成功
(3)运行Geomagic Studio 软件
3.软件功能介绍
3.1 Geomagic Studio 软件流程简介
Geomagic Studio 逆向设计的原理是用许多细小的空间三角形来逼近还原CAD 实体模型，采用NURBS 曲面片拟合出NURBS 曲面模型，图3.1简单介绍了曲面重建的策略。

Geomagic Studio 软件建模的具体的流程为：点云处理――封装为多边形――多边形阶段――造型阶段――输出模型，见图3.2。

图3.1 曲面重建策略
图3.2 Geomagic Studio 软件建模流程图
数据 传输
NURBS B zier-NURBS
B zier 曲面片拟合 多边形化
3D 扫描
点阶段
(Point phase) 曲面阶段
( Curve Phase)
CAD/CAM/CAE
多边形阶段 (Polygon phase)
被测物体
点云
B zier
四边形化模型 NURBS 曲面模型
CAD/3DMAX
应用
激光扫描 多边形化模型 FARO SCENE 点云配准 去噪
采样 封装 补洞 多边形编辑 边界修补 抽壳
轮廓线探测与生成
轮廓线编辑、曲面片生成 曲面片移动、曲面片编辑 构造格栅、拟合曲面等
3.2 Geomagic Studio中鼠标控制和主要快捷键
表3.1 Geomagic Studio 中鼠标控制和主要快捷键
3.3 Geomagic Studio基本模块
Geomagic Studio 主要包括10个模块：视窗模块、选择模块、工具模块、对齐模块、特征模块、点处理模块、多边形处理模块、参数化曲面模块、精确曲面模块、曲线模块。

图3.3 用户界面(1) 视窗模块
图3.4视窗模块功能菜单(2) 选择模块
图3.5选择模块功能菜单(3) 工具模块
图3.6工具模块功能菜单标题栏
菜单栏
状态文本
管理器面板
进度条坐标指示器
视窗
视窗工具条
(4) 对齐模块
图3.7对齐模块功能菜单(5) 特征模块
图3.8 特征模块功能菜单(6) 点处理模块
图3.9 点处理模块功能菜单(7) 多边形处理模块
图3.10多边形处理模块功能菜单(8) 参数化曲面模块
图3.11参数化曲面模块功能菜单
(9) 精确曲面模块
图3.12精确曲面模块功能菜单(10) 曲线模块
图3.13曲线模块功能菜单
4.Geomagic studio点阶段处理工作
点阶段处理目标：学习编辑点云，通过去噪、采样、补点等操作来优化点云数据，为点云的网格化做准备。

点阶段的主要操作流程如图4.1。

图4.1 点云阶段处理工作流程图
4.1点阶段主要操作命令列表
点阶段的主要命令如表4.1，可以通过下面的实验来详细了解这些命令。

表4.1 点阶段主要操作命令列表
着色
点使
其更
直观
删除
冗余
点
评估点的邻近
性，并可选择
和删除距离较
远的点
通过计算点
与模型的距
离，判断并删
除体外孤点
减少因扫
描仪误差
而引起的
点云噪声
选择孔洞
边缘点云,
并进行孔
洞填充
通过参
考平面
添加点
采用不同采样
方式使点云排
列更规律，并
压缩点云数据
由点云
自动生
成网格4.2 实验
1.打开数据
点击打开〉文件或点击打开文件图标打开毛主席雕塑.wrp，采样比率和单位一般采用默认值，打开后图像显示在视窗中，如图4.1。

打开数据着色点删除体外孤点
采样减少噪声
删除非连接项
删除冗余点
补洞
封装
图4.1 毛主席雕塑点云数据
为了快速旋转模型，到屏幕左边显示面板上设置动态显示—点的值为25%。

这个意思是当我们旋转的时候只有25%的数据可见，提高了刷新速度。

图4.2 显示面板设置
2.着色点
着色点命令即在点云上开启照明和彩色效果，以帮助用户观察其几何形状。

3.删除体外孤点
体外孤点通常容易辨别，因为这些点远离主点云，通常出现体外孤点是因为激光扫描仪扫描到背景物体，如桌面、墙、支撑结构等。

通过“【点】→【选择】→【体外孤点】”打开选择体外孤点对话框。

如图4.3所示，设置合理的敏感性来选择体外孤点，并进行删除。

由表
3.3可知敏感度达到一定程度后选择的体外孤点数目不变，所以敏感度设置太高，没有选择更多的孤点，反而降低了操作效率，而且容易错删物体表面点。

图4.3“选择体外孤点”对话框
表4.2 选择点数与敏感度
敏感度原始点云数据选择点数
90% 959711 25030
80% 959711 25030
79% 959711 22768
75% 959711 16120
70% 959711 11730
60% 959711 7673
4.删除非连接项
点击【点】→【选择】→【非连接项】命令选择的是那些偏离主点云的点束，并予以删除。

【分隔】菜单有低、中间、高三个选项，由低到高排列,表示点数距离主点云多远并被选中，一般选择为低。

【尺寸】决定了多大数量的点数能被选中。

设置为5则表示所要选的点云数量是点云总数的5%或更少，并分离这些点束。

5.删除冗余点
调整视角并利用不同的选择工具来选择冗余点云数据并予以删除。

6.减少噪音
在扫描或数字化过程中，噪音点经常地被引入到数据中。

在曲面模型上粗燥的、非均匀的外表被看成是“噪音数据”，原因可能是扫描设备的轻微震动、测量激光直径误差或物体表面粗糙等。

减少噪音命令有助于减少在扫描中的噪音点到最少，因而更好地表现真实的物体形状。

选择菜单【点】→【减少噪声】命令可打开减少噪音对话框，如图4.4所示。

图4.4“减少噪音”对话框
【参数】编辑框
其中【自由曲面形状】适用于以自由曲面为主的模型，选择这种方式可以减少噪声点对曲面曲率的影响，是一种积极的减噪方式，但点的偏差会比较大。

【棱柱形（保守）】适用于模型中有锐利边角的模型，可以使尖角特征得到很好的保持。

【棱柱形（积极）】同样适用于模型中有锐利边角的的模型，可以很好的保持边角特征，是一种积极的减噪方式，相对于【棱柱形（保守）】的方式，点的偏移值会小一些。

【平滑级别】平滑级别越大，处理后的点云数据越平直，但这样会使模型有些失真，一般选择比较低的设置。

【迭代】可以控制模型的平滑度，如果处理效果不理想，可以适当增加迭代次数。

【偏差限制】用于设置对噪声点进行的最大偏移值，由经验而定，一般可以设在0.5mm
以内。

【体外孤点】编辑框
【阈值】设定系统探测孤点时选择孤点的极限，阈值越大，选择的点数越少。

【选择】根据系统所设置的阈值，通过计算得出模型中在阈值中的点，并以红色加亮显示。

【删除】删除选中的点
【包括孤立点】查找孤立点，并将孤立点包括在内。

【预览】编辑框
【预览点】确定预览点的数量。

【采样】确定所要预览点的采样距离。

【选择面积】选择模型上不同的区域来预览模型的局部变化。

【显示偏差】编辑框
【结构显示】显示减噪后结果的偏差色谱。

【颜色段】确定偏差显示的颜色段个数。

【最大临界值】设定色谱所能显示偏差的最大值。

【最大临界值】设定色谱所能显示偏差的最小值。

【小数位数】确定偏差值的小数位数。

【统计】编辑框
【噪声级别】显示减噪的级别数。

【最大距离】噪声点的最大偏差距离。

【平均距离】噪声点的平均偏差距离。

【标准偏差】模型点云偏离的标准偏差值。

图4.5 标准偏差显示图图4.6 去噪后效果图
7.采样
Geomagic Studio 中有4种采样方法，分别为统一采样、曲率采样、栅格采样和随机采样。

统一采样：使平坦曲面上的点数目减少呈一致，但以规定密度减少曲面上的点数目，是最常用的采样方法，也是该实验采用的方法。

曲率采样：减少平坦区域内的点数目，但保留高曲率区域内的点以保留细节，通过设置一定的百分比来采样。

栅格采样：创建间隔均匀的点集合以减少有序点对象内的点数目，忽略曲率与原来的密度，通过设置一定间隔来采样，适合无序的点云数据。

随机采样：从无序的点对象中随机移除一定比例的点，通过设置一定的百分比来采样，适合模型特征比较简单、比较规则的无序点云数据。

统一采样的【输入】编辑框用来选择所要采样距离的方式，主要有以下三种方式：
【绝对】按输入的距离值来采样；
【通过选择定义间距】根据操作者在模型中选择的可见的二点之间的距离来确定采样距离。

【由目标定义间距】系统将根据操作者在点数据框中输入的采样点的数量来自动确定采样距离。

【优化】对话框中设置了【曲率优先级】和【颜色优先级】，根据需要设置。

【保持边界】选择此复选框时，点云边界将保持完整。

图4.7“统一采样”对话框
8.补洞
点阶段可采用二种方式补洞，填充点孔和添加点：
填充点孔：填充孔命令用于在无序点对象上将有序点插入空隙，需要选择空洞的边缘点云，然后在填充点孔对话框中点击确定即可。

图4.8 选择空洞的边缘点云图4.9 空洞填充后
添加点：添加点命令可以在无序的点对象中，根据创建的平面，在平面内添加单独的点。

图4.10为添加点对话框，先添加合适的平面，再在该平面上拾取点。

图4.10“添加点”对话框图4.11 创建平面
(a) (b)
(c) (d)
图4.12 添加点前后对比图
9.封装
执行【点】→【封装】命令进入封装对话框，如图4.13所示，该命令将对点云数据进行封装计算生成多边形模型，封装后的塑像如图4.14所示。

图4.13“封装”对话框
其中，【噪音的降低】可以对减噪的参数值进行选择，通过自动、最小值、中间、最大值4种方法，一般选择自动的方式。

【保持原始数据】勾选此项，系统将保留原始点云数据，否则将予以删除。

【删除小组件】删除那些孤立的，与主点云没有实际关系的点云，一般都选中此项。

【采样】通过设置点间距对原始点云数据进行采样，目标三角形数量可以进行人为设定，目标三角形数量越多，则封装后多边形网格越紧密，下面的滑竿可以调节采样质量的高低，可根据实际情况设定。

（填充点前） （填充点后）
图4.14 封装后模型
5多边形阶段
多边形阶段的主要目标是掌握如何在多边形阶段进行形状处理和边界处理。

多边形阶段的处理流程如下：
图5.1 多边形阶段处理流程
5.1多边形阶段的主要命令
表5.1 多边形阶段的主要命令
命令图标主要功能
修补网格医生，自动修复多边形网格内的缺陷
简化，减少三角形数目，但不影响曲面细节或颜色
裁剪，可使用平面、曲面、薄片进行裁剪，在交点处创建一个人工边界
去除特征，删除选择的三角形，并填充产生的孔
雕刻，以交互的方式改变多边形的形状，可采用雕刻刀，曲线雕刻或使区域变形的方法创建流行，删除非流行三角形
优化边缘，对选择的多边形网格重分，不必移动底层点以试图更好地定义锐化和近似锐化的结构。

细化，在所选的区域内增加多边形的数目
增强表面啮合，在平面区细化网格为曲面设计作准备，在高曲率增加点而不破坏形状重新封装，在多边形对象所选择的部分重建网格
完善多边形网格，可以编辑多边形、修复法线、翻转法线、将点拟合到平面和圆柱面
平滑
松弛，最大限度减少单独多边形之间的角度，使多边形网格更平滑
删除钉状物，检测并展平多边形网格上的单点尖峰
减少噪音，将点移至统计的正确位置以弥补噪音
快速平滑处理，使所选的多边形网格更平滑，并使三角形的大小一致
砂纸，使用自由收回工具使多边形网格更平滑
全部填充，填充多边形对象上所有选择孔
创建流行填充孔去除特征砂纸光滑打磨
编辑边界多边形修复简化多边形
填充孔填充单个孔，有基于曲率、基于切线和平面填充三种方式，可以填充空的类型包括内部孔、边界孔，并可以以桥接的方式连接二个不相连的多边形区域
边界修改，可以在多边形对象上编辑边界、松弛边界、创建/拟合孔、直线化边界、细分边界可以创建自样条线开始、自选择部分开始、自多边形开始以及折角形成的边界
移动边界，可将边界投影到平面；延伸边界，按周围曲面提示的方向投射一个选择的自由边界；伸出边界，将选择的自然边界投射到与其垂直的平面
主要是删除选中的部分边界，所有边界，以及清除细分边界的点
偏移抽壳，沿单一方向复制和偏移网格以创建厚度
加厚，沿二个方向复制和偏移网格以创建厚度
偏移，有四种偏移方法：应用均匀偏移命令偏移整个模型使对象变大或变小；沿法线正向或负向使选中的多边形凸起或凹陷一定距离，并在周围狭窄区域内创建附加三角形；雕刻，在多边形网格上创建凸起或凹陷的字符，但是该命令只使用美制键盘字符；浮雕，在多边形网格上浮雕图像文件以进行修改
锐化锐化向导，在锐化多边形的过程中引导用户
延伸切线，从二个相交形成锐角的平面中各引出一条“切线”，通过交点确定锐边的位置
锐化多边形，延长多边形网格以形成“延长切线”提示的锐边
合
并
将二个或多个多边形对象合并为单个的复合对象
5.2实验
5.2.1实验一：毛泽东塑像建模
1.创建流行
创建流行命令极其重要，用于删除模型中非流行的三角形数据，二种方式创建流行：（1）打开的；
【创建流行】→【打开】命令适用于片状而不封闭的多边形模型
（2）封闭的
【创建流行】→【封闭】命令将为一个封闭的模型创建流行
2.填充孔
用填充孔功能用于在缺失数据的区域里来创建一个新的平面或曲面来填充。

可以执行全部填充和部分填充。

全部填充一般用于简单结构体，对于复杂物体一般采用部分填充。

根据不同的要求选择基于曲率、切线和平面的填充方式。

图5.1 不同填充方式的适用情况
基于平面全部填充内部点
(a) 填充前 (6)填充后
图5.2 基于平面填充内部点前后对比
基于曲率桥接
基于平面全部填
充
基于曲率部分填
充
基于曲率部分填充
(a) 填充前 (b) 填充后
图5.3 基于曲率部分填充前后对比
基于曲率桥接
(a) 填充前 (b)填充后
图5.3 基于曲率桥接前后对比
图5.4填充孔后完整模型
3.去除特征
去除特征是一个用于快速去除对象上的肿块和压痕的命令。

这个命令基本等价于先删除选中的几何形状再基于曲率的填充空隙。

用选择工具如套索工具来选取压痕，点击去除特征图标从选取的多边形上去除压痕。

图5.5选取的带有特征多边形图5.6去除特征后
4.砂纸
用砂纸命令来交互式光顺或松弛对象上的区域。

(如：去除肿块)。

a.点击砂纸图标打开砂纸对话框，如图5.7。

b.选中松弛选项。

(缺省设置)
c.移动强度滑杆到最大值，并选中固定边界。

d.这个特征决定你必须在区域上移动指针多少次。

为了移除肿块，最小值要求较多
的擦拭而最大值要求较少的擦拭。

图5.7“砂纸”对话框
(a) 擦出肿块前(b) 擦出肿块后
图5.8 擦出肿块前后对比
5.简化多边形
用简化多边形命令来减少多边形模型的三角片数量。

简化多边形将在曲率较小的区域减少三角片而在曲率较大的区域保持三角片的数量，减少三角片的数量但保持对象的形状。

首先在显示对话框内勾选显示边，则可显示多边形网格的边线，如图5.9所示，这样就可以更直观的观察多边形的压缩程度。

图5.9边显示
其次，选择需要简化的多边形区域，点击简化多边形命令，打开简化多边形对话框，如图5.10所示，勾选固定边界选项，并定义目标三角形数或减少到某个百分比。

图5.10“简化多边形”对话框
图5.11 原始多边形网格
图5.12 简化后多边形网格
6.多边形修复
（1）拟合到平面
将属于同一个平面的多边形通过多边形修复工具拟合到指定的平面。

首先选中需要拟合的多边形，点击【修复】→【拟合到平面】，并调节对齐平面的位置与多边形最佳契合，确定完成拟合。

图5.13 选中的平面点高亮显示
(a)拟合前(b)拟合后
图5.14 拟合前后对比
(2)采用网格医生命令修复多边形缺陷
单击网格医生命令，进入网格医生编辑对话框，如下图5.15所示。

此命令可以自动探测并修复多边形网格的缺陷，如非流行边、自相交、高度折射角、尖状物、小组件、小通道、小孔等。

图5.15中分析编辑框中显示了模型的缺陷数目，在视窗上，模型的这些缺陷同样会高亮显示，若需详细查看，可使用走查中的前进后退键，详细查看后，点击确定即可完成所有修复工作。

图5.15“网格医生”对话框
图5.16 模型中缺陷处高亮显示
（3）增强表面啮合
【增强表面啮合】命令用于在平面区对网格细化以准备网格进行曲面设计，在高曲率区增加点而不破坏形状，从图5.17可以明显看出，增强表面啮合后，整个多边形网格得到了进一步优化和调整。

(a) 增强表面啮合前(b)增强表面啮合后
(c)增强表面啮合前(d) 增强表面啮合后
图5.17增强表面啮合前后对比图
7.边界优化
(1)编辑边界
执行【修改】→【编辑边界】命令，打开编辑边界对话框，如图5.18，一般情况下，选择部分边界，通过设置控制点和张力来拉直边界。

图5.18“编辑边界”对话框
图5.19 边界选择
(a) 拉直边界前（b）拉直边界后
图5.20 边界拉直前后对比
(2) 直线化边界
除了通过设置控制点和拉力来拉直边界外，还可以直接使用直线化边界命令来使边界在一条直线上。

(a)直线化边界前(b)直线化的边界选择(c) 直线化边界后
图5.21 直线化边界对比图
(3) 将边界投影到平面
执行边界模块中的【移动】→【将边界投影到平面】命令，打开将边界投影到平面对话框，先定义对齐平面，再选择部分边界，即可将选择的部分边界投影到指定的平面，
图5.22“将边界投影到平面”对话框
图5.23 将边界投影到平面前后对比图
5.2.2.实验二：建筑物单面墙体建模
以建筑物单面墙的建模为例主要介绍多边形阶段裁剪、创建边界和抽壳命令。

1.原始点云数据
图5.24 原始点云数据
2.点云预处理
点阶段处理同实验一，最后并对点云进行封装，封装后图形如图5.25所示.
图5.25 封装后建筑物单面墙
3.多边形阶段
同实验一首先对对多边形网格创建流行，填充部分孔；然后利用裁剪和创建边界命令辅助窗户部分三角网格的选择，并将选择的网格删除；接着利用修复工具将墙面拟合到一个平面；并规则化窗户边界；最后利用抽壳工具赋予墙体一个厚度。

(1) 用平面进行裁剪
执行【裁剪】→【用平面进行裁剪】命令，坐标系选择全局坐标系，定义合适的系统平面，并调整其到所需的高度，如图5.26，点击平面截面即可得图5.27，点击确定得到到裁剪线，如图5.28。

图5.26“用平面进行裁剪”对话框
图5.27 平面截面
图5.28 生成截线
(2)创建边界
Geomagic studio 软件有4种创建边界的方法，自样条曲线开始的边界、自选择部分开始的边界、自多边形开始的边界和折角形成的边界，其中自样条曲线开始的边界最为常用。

执行【创建】→【自样条曲线开始的边界】打开从样条创建边界对话框，通过定义控制点和张力来创建边界。

创建完所有辅助边界后可以通过选择边界内部分三角网，右击“Select → Bounded Components”来选择边界内部的网格，如图5.33所示，可通过删除这些网格达到挖去墙体上的窗户的目的。

当挖去所有窗户后，可通过【边界】→【删除】→【删除所有边界】来删除创建的边界。

图5.29 “从样条创建边界”对话框
图5.30 从样条创建的边界
图5.31 创建完所有辅助边界后
图5.32 选择边界内部网格
图5.33边界内部网格被选中
图5.34 挖去所有窗户后
图5.35 删除所有边界后
(3) 拟合墙面上的网格到平面
与实验一相同，通过选择需拟合的多边形网格，执行【修复工具】→【拟合到平面】来完成墙体的拟合。

图5.36 选择需拟合的多边形网格。