基于ICEM-SURF 环境的汽车点云逆向建模技术研究
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（2）点云三角化：由于逆向设计时需要 对点云有很好的可视性，而只有经过三角化的 点云才能平滑显示，并且三角化后的点云可 以实现切割截面线的操作，因此需先将点集 三角化，借助 ICEM 软件中的 Triangulation 命令我们可以顺利实现点云三角化。如图 3。
（3）点云拼接及坐标对齐：点云拼接及 对坐标时，由于整车尺寸比较大，而激光扫 描采集点数又比较多，故扫描时是对整车分 块扫描后，最后才将各部分点云拼接到一起 的，在 ICEM 软件利用 Merge 命令可将点云 合并。区别于改型设计中需要将局部模型对 到原车整车坐标，本次是整车扫描，故我们 只需要找到点云的对称中心并按汽车坐标常 规位置（坐标原点在前轴线上）通过平移、 旋转将点云移到合适位置就可以了。
（4）点云除噪：将扫描测量时由于测量 误差造成的与物体表面差异过大的点删除。
3.2 对扫描点云进行数据分析 （1）观察点云的完整性，如果有比较严
稀 释 后
截 面 剖 切
重的缺失影响到曲面构建则需要发回重扫或 局部补扫；
（2）在对正坐标之后分析点云对称性， 取较好的一半进行逆向设计；
（3）观察零件分缝、确认零件间的间隙、 面差显示完整。 4 逆向建模主要步骤
逆向建模主要技术路径如图４所示。 图４
5 逆向建模案例 5.1 条件输入 （1）点云：经过三角化、除噪、合理稀释、
对正坐标等处理的点云； （2）实车或照片：实车或实车照片供逆
向建模参考，主要是避免对造型的误读； （3）断面或 DTS 文件：拆车过程中手
工记录的断面和拆车前量取的 DTS；
（4）附件数据 ：直接可以借用而无需 再通过逆向得到的数模，如 LOGO 数模。
FRONTIER DISCUSSION | 前沿探讨
图２
稀 释 前
图３
三 角 化
对过程控制的难度也加大。因此，有必要在 保证适当数据精度的条件下减少点的数据量， 在 ICEM 中我们可以利用 Filter 命令来达到 对点云合理稀释的目的。点采样距离误差根 据对样件或模型精度的要求进行设定。如图 2。
关键词：ICEM-SURF；逆向；建模
1 逆向工程定义
逆向工程起源于质量检验及精密测量。 目前，关于逆向工程的研究及应用基本上都 集中在对实物的逆向重构方面 , 这种从实物 样件获取产品数模并最终制造得到新产品的 技术已发展成为一个相对独立的研究领域。 对逆向工程比较全面的定义是：将实物转变 为 CAD 模型相关的几何重建技术、数字化技 术以及产品制造技术的总称，是将已有产品 或实物模型转化为概念或工程设计制造数学 模型，并以此为基础对现有产品进行剖析和 再创造的过程。本文的研究集中在几何模型 重建部分，下面以克莱斯勒 PT 漫步者的外造 型开发为例，如图 1 所示，读者们可以感性 认识一下逆向工程在整车开发中所扮演的角 色及大致流程。
图1
概念图
油泥模型
数字化测量
最终产品
模型重构
点云处理
2.2 确定质量目标 对已经完成制作的实物模型或用于扫描 的样件、样车，应了解其是否满足一定的结 构尺寸要求，是否有改进和改型的需要，是 否有特定的功能要求。基于质量目标信息， 拟定相关的技术协定，合理安排资源，按需 开展逆向建模工作。质量目标中很重要的几 点，包括应体现逆向曲面与实物的吻合程度、 逆向曲面的主要用途、时间节点等等。 2.3 技术要求及参考信息 在正式逆向建模前还需准备好 DTS（尺 寸控制）要求文件、模型或零件的细节照片等。
5.2 定义建模精度 为保证曲面质量，曲面阶次不应超过 7 阶，并保证曲面控制点分布合理。曲面段数 非必要情况下不超过 1。曲面连续性要求根据 各主机厂的具体要求进行设置、控制。一般 要求为 G0 不大于 0.005mm；G1 不大于 0.1°； G2 一般不大于 0.1，根据高光平顺性及造型 意图做取舍；对称面需要做到 G3 连续。 5.3 绘制主要特征线 要将曲面形态控制好首先需对整体关键 特征线作好控制，要求曲线光顺并保证达到 曲率连续。造型特征有特殊需要的地方可以 做成位置连续。 5.4 绘制基础曲面 （1）构建侧窗玻璃面及前后挡风玻璃面： 侧窗玻璃面一般有双曲面和单曲面两种，面 包车侧面造型相对简单，一般为单曲面，曲 率半径一般在 2000-4000mm 之间。在 ICEM 中可以利用曲面旋转或 Barrel 命令实现玻璃 面的构建。 前后风挡玻璃面关键在于对称面的连续 性控制，即需达到 G3 连续。曲面阶次根据造 型复杂程度设置，一般 5-6 阶即可。曲面构 建时注意控制与顶盖、侧围的段差关系，做 到段差均匀或规律变化。如图５所示。 （2）构建车身侧面曲面及顶盖曲面 车顶曲面构建同样需要做到对称面 G3 连 续，大过渡面间需达到 G2 以上连续。顶盖加 强筋特征以顶盖大面为基础构建，侧面流水 槽与侧围保持规律的段差关系。 侧面曲面构建时需先完成轮包区域曲面 构建，以此为基础控制侧面大面与轮包及玻 璃面的关系，同时考虑与翼子板、侧围等的 衔接关系。大面及大过渡面之间达到 G2 以上 连续。示例如图 6。 （3）构建前后脸基础面 前后脸造型特征繁多，构建基础曲面时 往往难以准确把握大面的分面边界。在 ICEM 中我们可以借助高斯曲率、Feature Line 等 多种手段帮助判断。对称曲面同样需要做到 G3 连续。格栅、灯具与发罩、翼子板的 DTS 关系需要准确体现出来。前脸基础曲面及细 节特征逆向设计示例如图 7。
3.1 点云预处理 （1）采样：采样也就是对点云进行稀释。 由于激光扫描获得的点的数目相当庞大，如 果直接以此为基础进行逆向工作，将会造成 处理速度变慢、存储文件过大，既费时而且
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时代汽车
基于 ICEM-SURF 环境的汽车点云逆向建模技术研限公司 广西柳州市 545007 2. 广西艾盛创制科技有限公司 广西柳州市 545007
摘 要：计算机辅助设计数字技术近年来在汽车造型研发中的应用取得了长足进步，逆向数字建模技术的应用能够 大大缩短汽车产品开发周期，提升研发效率，是现代汽车造型研发流程中必不可缺的环节。ICEM-SURF 被公认为建立和修改 A 级曲面的优选，其通过独有的直接建模及全局建模技术能够令整个模型细节以全 交互和动态方式为数字模型师提供一个便捷有效的解决方案。本文基于 ICEM-SURF 在实际汽车产品研 发中的应用情况，介绍了汽车造型点云逆向建模的关键技术及基本工作思路。
2 数据逆向前的准备工作
汽车造型逆向就是将汽车实车或油泥模 型转化为数字设计模型，即利用反求软件对 汽车内外所有可见的实体表面进行几何重新 生成的过程。同时满足曲面质量、造型美学 及工程技术的要求是我们对高品质逆向的极 致追求，因此在数据逆向前往往需要做一些 准备工作。
2.1 充分理解造型 逆向建模不能贸然进行，逆向建模前必 须对原有造型进行揣摩、推敲从而最终实现 还原，即最关键之处就是读懂造型。因此， 在逆向前应多观察实物模型而不仅仅从点云 出发，有条件的设计人员甚至可以参与油泥 模型的制作与评审以充分理解设计师的创意 意图。
3 点云数据处理
扫描是采用立体照相的方法，将实体模 型转化为扫描数据模型的过程。有了扫描数 据后即可运用反求软件进行精确数学模型的 重构工作。
本 文 以 基 于 ICEM-SURF（ 以 下 简 称 ICEM）软件的某车型外造型逆向为例，在接 到点云数据后，我们需要做的主要工作有： 点云三角化及格式处理、点云拼接、完整性 检查、采样、降噪、对称分析、点云分块等等。
（3）点云拼接及坐标对齐：点云拼接及 对坐标时，由于整车尺寸比较大，而激光扫 描采集点数又比较多，故扫描时是对整车分 块扫描后，最后才将各部分点云拼接到一起 的，在 ICEM 软件利用 Merge 命令可将点云 合并。区别于改型设计中需要将局部模型对 到原车整车坐标，本次是整车扫描，故我们 只需要找到点云的对称中心并按汽车坐标常 规位置（坐标原点在前轴线上）通过平移、 旋转将点云移到合适位置就可以了。
（4）点云除噪：将扫描测量时由于测量 误差造成的与物体表面差异过大的点删除。
3.2 对扫描点云进行数据分析 （1）观察点云的完整性，如果有比较严
稀 释 后
截 面 剖 切
重的缺失影响到曲面构建则需要发回重扫或 局部补扫；
（2）在对正坐标之后分析点云对称性， 取较好的一半进行逆向设计；
（3）观察零件分缝、确认零件间的间隙、 面差显示完整。 4 逆向建模主要步骤
逆向建模主要技术路径如图４所示。 图４
5 逆向建模案例 5.1 条件输入 （1）点云：经过三角化、除噪、合理稀释、
对正坐标等处理的点云； （2）实车或照片：实车或实车照片供逆
向建模参考，主要是避免对造型的误读； （3）断面或 DTS 文件：拆车过程中手
工记录的断面和拆车前量取的 DTS；
（4）附件数据 ：直接可以借用而无需 再通过逆向得到的数模，如 LOGO 数模。
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图２
稀 释 前
图３
三 角 化
对过程控制的难度也加大。因此，有必要在 保证适当数据精度的条件下减少点的数据量， 在 ICEM 中我们可以利用 Filter 命令来达到 对点云合理稀释的目的。点采样距离误差根 据对样件或模型精度的要求进行设定。如图 2。
关键词：ICEM-SURF；逆向；建模
1 逆向工程定义
逆向工程起源于质量检验及精密测量。 目前，关于逆向工程的研究及应用基本上都 集中在对实物的逆向重构方面 , 这种从实物 样件获取产品数模并最终制造得到新产品的 技术已发展成为一个相对独立的研究领域。 对逆向工程比较全面的定义是：将实物转变 为 CAD 模型相关的几何重建技术、数字化技 术以及产品制造技术的总称，是将已有产品 或实物模型转化为概念或工程设计制造数学 模型，并以此为基础对现有产品进行剖析和 再创造的过程。本文的研究集中在几何模型 重建部分，下面以克莱斯勒 PT 漫步者的外造 型开发为例，如图 1 所示，读者们可以感性 认识一下逆向工程在整车开发中所扮演的角 色及大致流程。
图1
概念图
油泥模型
数字化测量
最终产品
模型重构
点云处理
2.2 确定质量目标 对已经完成制作的实物模型或用于扫描 的样件、样车，应了解其是否满足一定的结 构尺寸要求，是否有改进和改型的需要，是 否有特定的功能要求。基于质量目标信息， 拟定相关的技术协定，合理安排资源，按需 开展逆向建模工作。质量目标中很重要的几 点，包括应体现逆向曲面与实物的吻合程度、 逆向曲面的主要用途、时间节点等等。 2.3 技术要求及参考信息 在正式逆向建模前还需准备好 DTS（尺 寸控制）要求文件、模型或零件的细节照片等。
5.2 定义建模精度 为保证曲面质量，曲面阶次不应超过 7 阶，并保证曲面控制点分布合理。曲面段数 非必要情况下不超过 1。曲面连续性要求根据 各主机厂的具体要求进行设置、控制。一般 要求为 G0 不大于 0.005mm；G1 不大于 0.1°； G2 一般不大于 0.1，根据高光平顺性及造型 意图做取舍；对称面需要做到 G3 连续。 5.3 绘制主要特征线 要将曲面形态控制好首先需对整体关键 特征线作好控制，要求曲线光顺并保证达到 曲率连续。造型特征有特殊需要的地方可以 做成位置连续。 5.4 绘制基础曲面 （1）构建侧窗玻璃面及前后挡风玻璃面： 侧窗玻璃面一般有双曲面和单曲面两种，面 包车侧面造型相对简单，一般为单曲面，曲 率半径一般在 2000-4000mm 之间。在 ICEM 中可以利用曲面旋转或 Barrel 命令实现玻璃 面的构建。 前后风挡玻璃面关键在于对称面的连续 性控制，即需达到 G3 连续。曲面阶次根据造 型复杂程度设置，一般 5-6 阶即可。曲面构 建时注意控制与顶盖、侧围的段差关系，做 到段差均匀或规律变化。如图５所示。 （2）构建车身侧面曲面及顶盖曲面 车顶曲面构建同样需要做到对称面 G3 连 续，大过渡面间需达到 G2 以上连续。顶盖加 强筋特征以顶盖大面为基础构建，侧面流水 槽与侧围保持规律的段差关系。 侧面曲面构建时需先完成轮包区域曲面 构建，以此为基础控制侧面大面与轮包及玻 璃面的关系，同时考虑与翼子板、侧围等的 衔接关系。大面及大过渡面之间达到 G2 以上 连续。示例如图 6。 （3）构建前后脸基础面 前后脸造型特征繁多，构建基础曲面时 往往难以准确把握大面的分面边界。在 ICEM 中我们可以借助高斯曲率、Feature Line 等 多种手段帮助判断。对称曲面同样需要做到 G3 连续。格栅、灯具与发罩、翼子板的 DTS 关系需要准确体现出来。前脸基础曲面及细 节特征逆向设计示例如图 7。
3.1 点云预处理 （1）采样：采样也就是对点云进行稀释。 由于激光扫描获得的点的数目相当庞大，如 果直接以此为基础进行逆向工作，将会造成 处理速度变慢、存储文件过大，既费时而且
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基于 ICEM-SURF 环境的汽车点云逆向建模技术研限公司 广西柳州市 545007 2. 广西艾盛创制科技有限公司 广西柳州市 545007
摘 要：计算机辅助设计数字技术近年来在汽车造型研发中的应用取得了长足进步，逆向数字建模技术的应用能够 大大缩短汽车产品开发周期，提升研发效率，是现代汽车造型研发流程中必不可缺的环节。ICEM-SURF 被公认为建立和修改 A 级曲面的优选，其通过独有的直接建模及全局建模技术能够令整个模型细节以全 交互和动态方式为数字模型师提供一个便捷有效的解决方案。本文基于 ICEM-SURF 在实际汽车产品研 发中的应用情况，介绍了汽车造型点云逆向建模的关键技术及基本工作思路。
2 数据逆向前的准备工作
汽车造型逆向就是将汽车实车或油泥模 型转化为数字设计模型，即利用反求软件对 汽车内外所有可见的实体表面进行几何重新 生成的过程。同时满足曲面质量、造型美学 及工程技术的要求是我们对高品质逆向的极 致追求，因此在数据逆向前往往需要做一些 准备工作。
2.1 充分理解造型 逆向建模不能贸然进行，逆向建模前必 须对原有造型进行揣摩、推敲从而最终实现 还原，即最关键之处就是读懂造型。因此， 在逆向前应多观察实物模型而不仅仅从点云 出发，有条件的设计人员甚至可以参与油泥 模型的制作与评审以充分理解设计师的创意 意图。
3 点云数据处理
扫描是采用立体照相的方法，将实体模 型转化为扫描数据模型的过程。有了扫描数 据后即可运用反求软件进行精确数学模型的 重构工作。
本 文 以 基 于 ICEM-SURF（ 以 下 简 称 ICEM）软件的某车型外造型逆向为例，在接 到点云数据后，我们需要做的主要工作有： 点云三角化及格式处理、点云拼接、完整性 检查、采样、降噪、对称分析、点云分块等等。