第3章 三维CAD模型重构
逆向工程技术
1.2 逆向工程的定义
逆向工程（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 。
（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。
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。
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。
cad三维建模入门教程
cad三维建模入门教程CAD三维建模入门教程第一章：介绍CAD三维建模1.1 什么是CAD三维建模？CAD三维建模是利用计算机辅助设计（CAD）软件进行三维物体建模的过程。
通过CAD三维建模，设计师可以在计算机环境中创建、编辑和展示三维物体，以便用于各种设计和制造任务。
1.2 CAD三维建模的应用领域CAD三维建模被广泛应用于工程、建筑、汽车、航空航天等行业。
它可以帮助设计师创建精确的三维模型，进行可视化设计和分析，并提高生产效率。
第二章：CAD三维建模软件介绍2.1 市场上常见的CAD三维建模软件市场上有许多CAD三维建模软件可供选择，如AutoCAD、SolidWorks、CATIA、Pro/ENGINEER等。
它们各具特点，适用于不同的设计任务和行业需求。
2.2 选择CAD三维建模软件的考虑因素在选择CAD三维建模软件时，可以考虑软件的功能、易用性、兼容性、价格等因素。
不同的软件可能适用于不同的用户和项目。
第三章：CAD三维建模基础知识3.1 坐标系和坐标系转换在CAD三维建模中，坐标系是一个重要的概念。
了解如何定义和使用坐标系，以及如何进行坐标系之间的转换，是进行三维建模的基础。
3.2 几何元素的创建在CAD三维建模中，可以通过绘制线段、多边形、曲线等基本几何元素来创建三维物体的基本形状。
掌握几何元素的创建技巧，对于进行精确的三维建模非常重要。
第四章：CAD三维建模技巧与操作4.1 构建复杂几何体除了基本的几何元素外，CAD三维建模软件还提供了各种工具和命令，可以帮助设计师构建复杂的几何体，如旋转体、扫掠体、拉伸体等。
4.2 进行材质和纹理的编辑CAD三维建模软件还可以对模型进行材质和纹理的编辑，以使其更加逼真。
设计师可以选择合适的材质、调整光照效果，以及应用纹理贴图等。
第五章：CAD三维建模实例5.1 设计一个简单的房屋模型通过一个房屋模型的设计实例，介绍CAD三维建模的实际操作步骤。
三维CAD模型重构方法、过程及实例
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。
三维CAD模型重构方法、 过程和实例
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
三维CAD模型重构方法、 过程和实例
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。
三维CAD模型重构方法、 过程和实例
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。
三维CAD模型重构方法、 过程和实例
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。
三维CAD模型重构方法、 过程和实例
曲
面
模
模
型
型
评
重
价
建
实 体 模 型
下 游 应 用
三维CAD模型重构方法、 过程和实例
➢ 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。
计算机辅助设计教案-AutoCAD教案-AutoCAD三维建模
第一三章三维建模授课班级上课地点学时四学内容1. 观察三维模型。
2. 创建长方体,球体及圆柱体等基本立体。
3. 拉伸或旋转二维对象形成三维实体及曲面。
4. 通过扫掠及放样形成三维实体或曲面。
5. 移动,复制及旋转三维对象6. 阵列及镜像三维对象。
7. 拉伸,移动及旋转实体表面。
8. 用户坐标系。
9. 利用布尔运算构建复杂模型。
教学目地掌握创建及编辑三维模型地主要命令,了解利用布尔运算构建三维模型地方法。
重点及难点1. 观察三维模型。
2. 拉伸或旋转二维对象形成三维实体。
3. 移动,复制及旋转三维对象。
4. 阵列及镜像三维对象。
5. 用户坐标系。
6. 利用布尔运算构建复杂模型。
教学方法案例教学及任务驱动法为主。
将理论知识融入绘图实例,边行示范讲解,边让学生跟随操作,然后布置课堂练,监督学生自我完成。
巩固所学内容,检验学效果。
教学设计顺序内容时间（分）知识点讲解 1. 观察三维模型地方法。
2. 用户坐标系。
3. 三维基本立体。
4. 多段体。
5. 将二维对象拉伸成实体或曲面。
6. 旋转二维对象形成实体或曲面。
7. 通过扫掠创建实体或曲面。
8. 通过放样创建实体或曲面。
9. 利用面或曲面切割实体。
10. 螺旋线,涡状线及弹簧。
五零知识点讲解 1.三D 移动,三D 旋转及三D 缩放。
2.三D 阵列,三D 镜像及三D 对齐。
3.三D 倒圆角及三D 倒角。
4.拉伸面,移动面及偏移面。
5.旋转面及锥化面。
6.抽壳及压印。
7.利用"选择并拖动"方式创建及修改实体。
8.与实体显示有关地系统变量。
五零 示范操作及课堂练一零零课后作业。
《逆向工程及快速成型技术》课程标准
《逆向工程与快速成型技术》课程标准一、基本信息1．课程地位：逆向工程与快速成型技术是“模具设计与制造专业”的一门专业选修课程，通过本课程学习，学生应掌握逆向工程的基本概念和技术体系，了解学科发展趋势；掌握面向实物样件的数字化、数据处理、模型重建与评价的基本理论与技术；培养学生建立面向机电产品的逆向工程方法论，初步掌握一种支持逆向工程的应用软件工具。
2．课程任务：本课程教学任务是使学生认识逆向工程与正向设计的关系，掌握逆向工程的设计思路；掌握几种快速原型制造工艺，具备面向实物样件的数字化、数据处理、模型重建与评价的基本理论与技术的能力。
3．课程衔接：《数控加工工艺与编程》、《UG设计基础》、《CAD制图》、《三维扫描与逆向建模》等课程。
三、课程目标本课程目的是使学生掌握逆向工程的基本概念和技术体系，了解学科发展趋势；掌握面向实物样件的数字化、数据处理、模型重建与评价的基本理论与技术；培养学生建立面向机械产品的逆向工程方法论，初步掌握一种支持逆向工程的应用软件工具。
四、课程理念1．课程设计原则：围绕专业知识、能力与素质矩阵，根据本课程教学内容，结合后续课程及工程技术岗位的需要，优化课程教学内容，分解课程知识与能力模块，以实施理论与实践双融合教学为理念，借助课堂精讲（或精品课程平台、工厂实际操作视频），完成课程理论知识的教学，以实验设计和生产问题解决形式（课内训练、课外作业）实现动手能力训练。
通过“教、学、做、评一体化”完成该课程教学。
2．课程内容结构：（1）课程项目学习安排：课内以项目讨论学习为主，过课堂教学和应用实践等多个环节，使学生掌握快速成型与快速制模的理论原理、技术方法和工程应用，为今后从事相关领域的科学技术研究，解决工程实际问题奠定坚实的基础。
通过实验，了解逆向工程中原始数据的采集方法和应注意的问题；掌握三维结构光扫描装置的基本操作和相关知识元；掌握Geomagic软件的基本操作。
了解快速成型的原理及其与传统加工工艺的区别；了解不同快速成型方式的优点、缺陷和应用范围。
CAD中的图形修复和重构方法
CAD中的图形修复和重构方法在使用CAD软件进行设计和建模的过程中，图形修复和重构是非常重要的步骤。
图形修复可以帮助我们解决模型中的问题，使其符合设计要求；而图形重构则可以改善模型的几何结构和拓扑关系，提高建模的精度和质量。
本文将介绍一些常用的CAD软件中的图形修复和重构方法。
1. 边界修复在CAD模型中，经常会出现不封闭或断裂的边界。
这些问题会导致建模错误，影响后续操作。
为了修复这些问题，我们可以使用边界修复工具。
该工具可以自动检测和修复不封闭或断裂的边界，使其成为封闭的多边形。
修复后的边界可以更好地用于进行建模和分析。
2. 点云处理点云是一组离散的三维点，可以通过激光扫描或摄影测量等方式获得。
在CAD建模中，点云可以用于数字化实体、逆向工程和形状分析等方面。
然而，点云数据往往存在噪音、缺失和异常值等问题，需要进行处理和修复。
CAD软件提供了点云数据的滤波、采样、插值和重建等功能，可以帮助我们处理和修复点云数据，使其更加准确和完整。
3. 模型简化在一些情况下，CAD模型可能过于复杂，不利于后续操作和分析。
此时，我们可以使用模型简化工具进行简化处理。
模型简化可以去除模型中的冗余顶点和面片，减小模型文件的大小和内存占用。
同时，简化后的模型仍然保持了原始模型的几何形状和拓扑关系，不会影响建模的精度和准确性。
4. 拓扑修复在CAD建模过程中，模型的拓扑关系常常出现错误或不完整。
拓扑修复是指对这些错误或不完整的拓扑进行修复和改进。
CAD软件提供了拓扑修复工具，可以自动检测和修复模型中的拓扑错误，例如面片交叉、重叠、孔洞和孤立点等。
修复后的模型可以更好地满足设计要求和建模要求。
5. 模型重构模型重构是指对CAD模型进行重新建模和改进，以提高模型的质量和精度。
重构可以包括对模型的几何结构、曲线、曲面和体素等方面进行调整和优化。
CAD软件提供了各种重构工具，可以帮助我们改进模型的形状和结构，使其更具可视化效果和设计性能。
CAD模型的优化与几何重构技术方法
CAD模型的优化与几何重构技术方法一、简介CAD模型的优化与几何重构技术方法是设计、建模和制造领域中重要的技术手段。
它旨在通过对CAD模型进行优化和重构，提高模型的精度、准确性和可靠性，以满足各种设计、生产和测试的需求。
二、CAD模型的优化技术方法1. 网格优化网格优化是CAD模型优化中常用的方法之一。
通过对CAD模型的网格进行优化调整，可以改善模型的表面光滑度和精度，提高模型的可视化效果和真实感。
常用的网格优化算法包括边界调整、顶点合并、滑坡调整等。
2. 拓扑优化拓扑优化是CAD模型优化的另一种常见方法。
通过对CAD模型的拓扑结构进行调整和改进，可以提高模型的性能和可靠性。
拓扑优化常用的算法包括形状优化、区域分割、拓扑变换等。
3. 材料优化材料优化是CAD模型优化中的重要环节。
通过选择合适的材料，优化CAD模型的构造和组织，可以提高模型的力学性能和耐久性。
材料优化常用的方法包括材料选择、材料配比、材料测试等。
三、CAD模型的几何重构技术方法1. CAD模型的几何重建CAD模型的几何重建是将CAD模型从二维或三维数据中进行重构的过程。
通过几何重建，可以恢复和重建CAD模型的几何信息，并提供完整和准确的模型数据。
几何重建常用的技术方法包括边缘提取、曲面重建、形状划分等。
2. CAD模型的几何修复CAD模型的几何修复是指对CAD模型进行修补和修复，以消除几何缺陷和错误。
通过几何修复，可以提高CAD模型的完整性和精度，减少生产和测试过程中的错误和问题。
常用的几何修复技术包括填充孔洞、平滑曲面、补充丢失的几何信息等。
3. CAD模型的几何转换CAD模型的几何转换是指将CAD模型从一种形式或格式转换为另一种形式或格式的过程。
通过几何转换，可以将CAD模型应用于不同的设计和制造环境中，提高模型的适应性和可用性。
常用的几何转换技术包括坐标转换、尺寸转换、向量转换等。
四、总结CAD模型的优化与几何重构技术方法是设计、建模和制造领域中重要的技术手段。
先进制造系统重点习题(答案)
第一章先进制造技术概述1.先进制造技术是什么?答: 先进制造技术(Advance Manufacturing Technology，AMT)是传统制造技术、信息技术、计算机技术、自动化技术与管理科学等多学科先进技术的综合，并应用于制造工程之中所形成的一个学科体系。
2.发展趋势：精密化，柔性化，网络化，虚拟化，智能化，清洁化，集成化，全球化3.很多国家特别是美国把制定制造业发展战略列为重中之重，原因是什么?答: ①世界经济发展的趋势表明，制造业是一个国家经济发展的基石，也是增强国家竞争力的基础；②制造业是解决就业矛盾的一个重要领域，也是21世纪提高一个国家整体就业水平的重要基础；③制造业不仅是高新技术的载体，而且也是高新技术发展的动力。
1.什么是制造系统?制造技术？答: 制造过程及其所涉及的硬件包括人员、生产设备、材料、能源和各种辅助装置以及有关软件包括制造理论、制造技术(制造工艺和制造方法等)和制造信息等组成了一个具有特定功能的有机整体，称之为制造系统。
制造技术是按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物质工具，是原材料转变为产品的技术总称。
2.制造业面临着新的历史性发展机遇和更加严峻的挑战?答：(1)产品生命周期缩短。
现代科技以日新月异的速度发展，新产品层出不穷。
产品的生命周期(一个产品从开发设计到被市场淘汰所经历的时间)大大缩短。
(2)用户需求多样化。
用户追求多样化和个性化已逐渐成为世界的潮流。
(3)大市场和大竞争。
世界市场的开放程度越来越大。
随着计算机通信技术的迅速发展和信息高速公路的建立，使得全球集成制造有实现的可能。
这样可以使资源更充分地利用，原料和产品的运输距离得以更显著地缩短，交货期也能得到进一步缩短，产业分工的国际化已成为发展潮流。
(4)交货期成为竞争的第一要素。
根据客户对产品需求的变化，要求迅速作出反应，已经成为压倒一切的竞争要素。
(5)信息化和智能化。
计算机技术的发展和广泛的应用，使企业的控制进一步信息化和智能化，使企业的工作内容、对象和方法发生了根本的改变。
第3章 三维CAD模型重构
▪ 2、拉伸( Extrusion)
使选定曲线的端点延伸到指定点（屏幕、曲线、曲 面），或使选定曲线的端点延伸指定长度。
▪ 3、旋转( Revolving)
使选定的界面曲线绕一轴线旋转一定的角度所形成 的曲面。
▪ 4、 放样( Lofting) 或蒙皮( Skining) ▪ 5、扫掠( Sweeping) ▪ 6、 混合(Blend) ▪ 7、四边界
模型重构 方法的选择
对曲面片的直接拟合造型来说，数据分割的准 确又显得十分重要，因为，如果用一张曲面片去拟 合两个或两个以上的曲面类型组成的曲面，最终拟 合曲面一般都是不光滑的。
样用比较简单的几何元素对模型进行表达；二是 怎样找到原始设计者的造型思路或痕迹，并以类 似（最好是相同）的几何元素来构建CAD模型。
▪ B 样条及NURBS 曲面表示是目前成熟的商品化 CAD/CAM系统中广泛采用的曲面表示方法,这类曲 面可以应用四边参数曲面片插值、拉伸、旋转、放 样( Lofting) 或蒙皮( Skining) 、扫掠 ( Sweeping) 、混合(Blend)和四边界方法 (Boundaries) 构造, 也称矩形域的参数曲面获四边 曲面, 以此为基础, 已形成一套完整的曲面延伸、求 交、裁剪、变换、光滑拼接及曲面光顺等算法。
模型精度评价及量化指标
制造误差 补偿误差
原型误差
模型精度误差 造型误差
逆向工程的误差来源
测量误差 数据处理误差
模型的精度评价
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ຫໍສະໝຸດ 接受。 3）根据模型制造的零件是否与数学模型相吻合
模型重构 方法的选择
基于曲线的造型方法较适合于有序的测量数据， 并且外形是以某种确定的造型方式生成的曲面模型。 这种方法的不足之处在于，如果模型曲线分布较密， 若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，如果选择的曲线数量较少时，又 难以保证曲面的精度。对曲面片的直接拟合造型来 说，数据分割的准确又显得十分重要
三维模型重建基础
4-2 基
曲线的模型重构过
曲线编辑
当通过插值或逼近得到曲线段后， 当通过插值或逼近得到曲线段后，应通过各 种编辑功能对曲线进行修形操作， 种编辑功能对曲线进行修形操作，修补由于 测量数据的不完整带来的拟合曲线缺陷， 测量数据的不完整带来的拟合曲线缺陷，要 求曲线具有完整、连续、光滑的特点， 求曲线具有完整、连续、光滑的特点，以保 证生成曲面的光顺性。 证生成曲面的光顺性。
课前复习
逆向工程中曲面重构的特点、 逆向工程中曲面重构的特点、重构过程及其重构 曲面的二种方法。 曲面的二种方法。 逆向工程中基于曲线的拟合造型方法以及相应的 软件。 软件。
第四节
曲面片直接拟合造型
曲面片直接拟合造型是直接对测量数据点进行曲面片拟 获得曲面片经过过渡、混合、 合，获得曲面片经过过渡、混合、连接形成最终的曲面模 曲面直接拟合造型既可以处理有序点， 型。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） 数据（散乱点）. 实 图4-4 曲面片拟合造型 体 曲 曲 模 下 数 模 数 面 面 型 采 游 据 型 字 模 片 集 应 与 评 化 拟 型 数 用 处 价 设 合 重 据 理 备 建
小结： 小结：
介绍了逆向工程中曲面重构的特点、 介绍了逆向工程中曲面重构的特点、重构过程及 其重构曲面的二种方法。 其重构曲面的二种方法。 重点讲解了逆向工程中基于曲线的拟合造型方法 以及相应的软件。 以及相应的软件。
作业： 作业： 做出基于曲线的模型重构过程图。 做出基于曲线的模型重构过程图。
第一节 概论
三维 CAD 模型的重构是逆向工程 的另一个核心和主要目的， 的另一个核心和主要目的，是后续产 品加工制造、快速成形、 品加工制造、快速成形、工程分析和 产品再设计的基础。 产品再设计的基础。CAD 模型的重 构是整个逆向工程中最关键、 构是整个逆向工程中最关键、最复杂 的一环， 的一环，重构曲面的品质和精度直接 影响最终产品CAD模型的优劣。 模型的优劣。 影响最终产品 模型的优劣
CAD模型的优化与几何重构技术方法
CAD模型的优化与几何重构技术方法一、CAD模型的优化技术方法：1.拓扑优化：拓扑优化是通过改变CAD模型的结构布局来优化模型的性能。
常用的拓扑优化方法有拓扑改造、形式适应性等。
拓扑改造是通过改变CAD模型的拓扑结构，如添加或删除几何元素来优化模型的性能。
形式适应性是通过调整模型的外形来适应模型的功能和约束条件。
2.细化优化：细化优化是通过改变CAD模型的细节来优化模型的性能，常用的细化优化方法有特征优化、曲面拟合等。
特征优化是通过优化模型的特征参数来改变模型的几何形状，以满足设计要求。
曲面拟合是通过拟合多个局部曲面来重构整个曲面，以提高模型的光滑性和精度。
3.材料优化：材料优化是通过改变模型的材料属性来优化其结构和性能。
常用的材料优化方法有材料替代、材料疲劳分析等。
材料替代是通过替换模型的材料，以改变模型的强度、刚度和重量等性能。
材料疲劳分析是通过对模型在不同载荷下的疲劳寿命进行分析，从而优化模型的材料选择。
4.尺寸优化：尺寸优化是通过改变模型的尺寸参数来优化其结构和性能。
常用的尺寸优化方法有参数化建模、形变分析等。
参数化建模是通过定义模型的尺寸参数，使模型的尺寸能够自动调整以适应不同设计要求。
形变分析是通过分析模型在不同载荷下的形变情况，以找到最优的尺寸参数。
二、CAD模型的几何重构技术方法：1.曲面重构：曲面重构是通过离散数据点集来重建曲面模型。
常用的曲面重构方法有曲率估计、最小二乘拟合等。
曲率估计是通过计算数据点集的曲率，以确定曲面的形状和拓扑结构。
最小二乘拟合是通过最小化数据点集与曲面模型之间的距离，来确定模型的参数和几何形状。
2.点云重构：点云重构是通过离散的点云数据来重建模型的几何形状。
常用的点云重构方法有网格重建、曲面重建等。
网格重建是通过将点云数据连接成三角网格模型，以重建模型的表面形状和拓扑结构。
曲面重建是通过将点云数据拟合成曲面模型，以重建模型的几何形状和曲面特征。
3.图像重建：图像重建是通过二维图像数据来重建三维模型。
快速入门使用AutoCAD进行三维建模
快速入门使用AutoCAD进行三维建模AutoCAD是一款广泛应用于工程设计领域的计算机辅助设计软件。
它可以帮助用户创建、编辑和查看各种类型的设计图纸，并提供丰富的功能和工具来进行三维建模。
在本文中，我们将介绍如何快速入门使用AutoCAD进行三维建模，并按照以下方式进行章节划分。
第一章：AutoCAD三维建模的基本概念与界面介绍AutoCAD的三维建模是基于二维的CAD工具的延伸，它允许用户在X、Y和Z轴上创建和编辑三维对象。
首先，我们将介绍一些基本的三维建模概念，如坐标系、视图和实体。
然后，我们将向读者展示AutoCAD的界面，包括菜单栏、工具栏、命令行和属性编辑器。
第二章：三维建模的基本操作学习任何软件的第一步是熟悉基本操作。
在本章中，我们将介绍一些重要的三维建模操作，如平移、旋转和缩放。
我们还将学习如何创建基本的几何体，如立方体、球体和圆柱体，并对这些几何体进行编辑和变换。
第三章：使用命令进行三维建模AutoCAD提供了许多强大的命令和工具，可以帮助我们快速地进行三维建模。
在本章中，我们将介绍一些常用的命令，如绘制、修改和建立，以及如何使用这些命令来创建复杂的三维对象，如建筑物、机械零件和电路图。
第四章：三维表面建模除了基本的几何体外，AutoCAD还提供了三维表面建模的功能，用于创建更复杂的曲线和曲面。
在本章中，我们将学习如何使用曲线工具和曲面工具进行三维表面建模，并介绍一些常用的命令和技巧。
第五章：材质和贴图在三维建模中，材质和贴图可以赋予模型更加逼真和具体的外观。
在本章中，我们将学习如何为模型添加不同的材质和贴图，并调整其颜色、透明度和光照效果，以达到更好的渲染效果。
第六章：投影和渲染一旦我们完成了三维建模，就可以将其投影到二维平面上，并进行渲染。
在本章中，我们将介绍如何使用不同的视图和投影方式来呈现模型，以及如何调整渲染参数和光源，使其更加逼真。
第七章：三维组装和动画效果除了静态的建模外，AutoCAD还提供了三维组装和动画效果的功能，用于模拟和演示机械装配和运动效果。
使用CAD软件进行模型重构与拟合方法
使用CAD软件进行模型重构与拟合方法在工业设计、建筑设计等领域中，模型重构与拟合是非常重要的技术。
通过使用CAD软件，我们可以将现有的物体或场景进行数字化处理，并进行模型重构和拟合，以满足不同需求。
本文将介绍使用CAD软件进行模型重构与拟合的方法。
1. 数据采集与导入首先，我们需要采集所需的数据。
可以通过测量仪器、扫描仪或摄影设备等进行数据采集。
获得数据后，将其导入CAD软件。
常见的数据格式包括点云数据、三维模型文件等。
根据具体情况，选择合适的导入方式，确保数据正确导入CAD软件中。
2. 数据清理与处理在导入数据后，我们需要对数据进行清理和处理。
这包括去除噪点、填补缺失部分、平滑表面等操作。
CAD软件通常提供了丰富的数据处理工具，可以使用它们来优化模型的质量和精度。
通过调整参数和使用滤波算法，可以去除多余的点或面，并使得模型更加光滑。
3. 创建基础几何体在数据清理和处理完成后，我们可以开始创建基础几何体。
根据模型的形状和特征，选择合适的基础几何体来构建模型。
常见的基础几何体包括球体、立方体、圆柱体等。
通过调整参数和变换操作，将基础几何体进行切割、旋转、缩放等操作，逐步逼近模型的形状和轮廓。
4. 拟合模型形状在创建基础几何体之后，我们可以使用CAD软件提供的功能和工具进行模型形状的拟合。
例如，可以使用曲面拟合工具将基础几何体与现有数据进行拟合。
通过调整控制点的位置、权值等参数，使得拟合曲面与原始数据更好地吻合。
可以多次迭代调整参数，直到达到理想的拟合效果。
5. 详细调整与修正拟合模型形状后，可能还需要进行进一步的详细调整和修正。
根据实际需求，使用CAD软件的编辑工具和命令进行模型的细节调整。
例如，可以使用拉伸操作调整模型的长度，使用倒角操作修饰模型的棱角，使用编辑顶点工具改变模型的形状等。
通过不断调整和修正，使得模型更加精确和符合要求。
6. 导出模型文件在模型重构和拟合完成后，我们需要将其导出为特定的模型文件格式，以便进行后续应用和使用。
三维重构
三维重构三维重构（一）(2007-08-29 11:00:26)标签：知识/探索（一）空间的三维重构问题按照不同的实际情况来看算法的种类非常多，但核心的思想还是利用三角形来覆盖待重构区域的表面。
传统的算法将“覆盖”的思想体现的并不是非常形象，通常只是将待重构区域利用各种方法撒一些点，然后利用三角形来连接这些节点。
如：假如已知某物体的空间的三个剖面，那么如何重建这个物体呢？第一步：将每个剖面的轮廓线提取出来。
第二步：从每条轮廓线中取出拐点和端点。
第三步：利用这些点和三角形来实现物体的重构。
下面是例图：这个物体由四层剖面中共6条线段得来，可以看到重构过程用下面的一小段程序便可以控制实现。
function f = AreaRecov(mLayer1,mLayer2)% 此函数采用最短对角线方法重构图像% 输入:% mLayer1 第一层的点坐标集 n*3% mLayer2 第二层的点坐标集 m*3% 输出:% f 输出的三角形顶点集 max(n,m)*3*3 max(n,m)*三个顶点*三维坐标% 注: 原对角线的重构方法只适用于两层点数相同的情况,% 现在的算法对原算法进行了一些改动。
[Len1,vTemp2,vTemp3] = size(mLayer1) ;[Len2,vTemp2,vTemp3] = size(mLayer2) ;mMaxNum = max([Len1,Len2]) ;f = zeros(mMaxNum,3,3) ;if mMaxNum == Len1vLayer1 = mLayer1 ;vLayer2 = mLayer2 ;elsevLayer1 = mLayer2 ;vLayer2 = mLayer1 ;Len2 = Len1 ; % 用Len2存储小长度endfor counter = 1:mMaxNum-1f(counter,1,:) = vLayer1(counter,:) ;[f(counter,2,:),mIndexTemp] = NearPoint(vLayer1(counter,:),vLayer2) ;% 寻找三角形的第三个顶点if mIndexTemp<=Len2-1 %如果点少的一层还有剩余点vTemp2 = DistanJudg( vLayer1(counter,1:2),vLayer1(counter+1,1:2),...vLayer2(mIndexTemp,1:2),vLayer2(mIndexTemp+1,1:2) ) ;f(counter,3,:) = vLayer2(mIndexTemp+1,:) ;if vTemp2 == -1f(counter,3,:) = vLayer1(counter+1,:) ;endelse% 如果点少的一层没有剩余点，则直接取临点作为第三个顶点f(counter,3,:) = vLayer1(counter+1,:) ;endend对于这个简单的例子来说实现的很完美，但实际中的问题有如下几点：1，寻找物体表层的点时会有很复杂的判断问题，即选择哪几个点作为小三角形的定点来连接。
使用CAD软件进行模型重建与曲面重构方法
使用CAD软件进行模型重建与曲面重构方法CAD软件是一种强大的工具，可以用于设计和绘制各种复杂的模型和结构。
在建筑、汽车、航空航天等领域，CAD软件的应用广泛。
本文将介绍使用CAD软件进行模型重建与曲面重构的方法。
模型重建是指通过CAD软件将现有的物体或建筑进行三维建模的过程。
首先，需要准备一组现有物体的图像或尺寸数据。
这些数据可以是二维图像、扫描数据、测量数据等。
在CAD软件中，可以根据这些数据创建基本的几何形状，如线段、圆、矩形等。
然后，通过将这些基本形状连接、扩展和修改，逐步构建出整个物体的三维模型。
在进行模型重建时，可以使用CAD软件提供的各种工具和功能。
例如，可以使用绘图工具来创建线段、圆弧和曲线等。
可以使用修剪、延伸和旋转工具来对已有的几何体进行修改。
还可以使用镜像、阵列和拉伸等功能来复制和变换几何体。
此外，CAD软件还提供了各种调整、编辑和分析工具，如尺寸标注、图层管理和模型修复等。
在模型重建的过程中，需要注意以下几个方面。
首先，要保持模型的准确性和精度。
在创建几何形状和连接物体时，要根据实际测量数据或图像来确定尺寸和位置。
其次，要细致地处理模型的细节和特征。
可以使用CAD软件的细分曲面和曲线工具来创建光滑和精细的曲面。
另外，要根据模型的用途和要求，选择合适的CAD软件版本和功能。
除了模型重建，曲面重构是CAD软件的另一个重要应用领域。
曲面重构是指根据一组散点数据或轮廓线，恢复出与实际物体几何形状相似的曲面的过程。
在曲面重构时，可以使用CAD软件提供的曲面拟合和曲线平滑工具。
这些工具可以根据已有的数据点和曲线，自动生成平滑和连续的曲面。
曲面重构的结果可以用于后续的分析、可视化或加工等过程。
在进行曲面重构时，需要注意以下几个方面。
首先，要根据实际情况选择合适的曲面重构方法。
CAD软件通常提供了多种曲线和曲面拟合算法，如最小二乘法和样条曲线等。
根据数据的特点和要求，选择合适的算法进行曲面重构。
CAD软件中的三维模型重建技术探讨
CAD软件中的三维模型重建技术探讨在CAD软件中，三维模型重建技术是一项关键技术，它可以将现实世界中的物体或场景转换为数字模型形式，为设计和工程领域提供了巨大的便利。
本文将探讨三维模型重建技术在CAD软件中的应用，介绍其原理和方法，并探讨其在不同领域中的应用和发展前景。
首先，三维模型重建技术的原理是基于现实世界中的物体或场景的几何和纹理信息。
通过使用各种传感器，如摄像头、激光扫描仪等，可以获取物体或场景的几何形状和纹理信息。
然后，通过图像处理、三维几何计算、纹理映射等算法，可以将这些信息转化为CAD软件中可编辑和操作的三维模型。
在CAD软件中，三维模型重建技术可以应用于多个领域。
首先，它在建筑设计和室内设计方面具有重要的作用。
通过三维模型重建技术，设计师可以快速准确地将现实世界中的建筑物或室内场景转化为数字模型，进行模拟、设计和修改。
这大大提高了设计的效率和准确性。
此外，三维模型重建技术还可以帮助建筑师进行场景分析、材料选择和构造优化，以实现更好的设计效果。
其次，三维模型重建技术在制造业中也有广泛的应用。
通过将现实世界中的产品转化为CAD软件中的三维模型，可以进行产品设计、工艺规划和生产优化。
比如，在汽车制造领域，设计师可以通过三维模型重建技术将实际车辆转化为数字模型，进行碰撞分析、流体仿真等工作，以优化车辆设计和性能。
在航空航天领域，三维模型重建技术可以帮助设计师进行结构仿真和飞行模拟，提高飞行器的安全性和性能。
此外，三维模型重建技术还在文化遗产保护、医学和教育等领域有着重要的应用。
在文化遗产保护方面，通过三维模型重建技术，可以对文物、古迹等进行数字化保护和传承，为后人提供更好的了解和研究。
在医学领域，三维模型重建技术可以帮助医生进行手术规划、组织重建和病理分析，提高手术的安全性和精确性。
在教育领域，三维模型重建技术可以为学生提供更生动、直观的学习材料，提高学习效果和兴趣。
未来，随着传感器和计算技术的不断发展，三维模型重建技术在CAD软件中的应用将得到进一步拓展。
CAD三维建模教程(详细)PPT课件
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Revolve旋转命令用于将闭合曲线绕一条旋转 轴旋转生成回转三维实体，该命令可以旋转闭 合多段线，多边形，圆，椭圆，闭合样条曲线 和面域，不能包含在块中的对象，不能旋转具 有相交或自交线段，且该命令一次只能旋转一 个对象。
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在AutoCAD 2007中，可以使用“视 图”|“视觉样式”命令中的子命令或“视觉 样式”工具栏来观察对象。
应用视觉样式 管理视觉样式
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对对象应用视觉样式一般使用来自观察者左后方 上面的固定环境光。而使用“视图”|“重生成”命令重 新生成图像时，也不会影响对象的视觉样式效果，并且 用户还可以使用通常视图中进行的一切操作在此模式下 运行，如窗口的平移、缩放、绘图和编辑等。 二维线框 三维线框 三维隐藏 真实 概念
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（工程实例）
印 向 馆
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6
穆清阁—三维线框
心文棋 牛化盘 腿活井
动职 中工
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7
鄂尔多斯体育场—利用插件空管PPP
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8
三维制图（前期设置与二维一致)，主要是建模， 而建模前首先要熟悉的就是以下几点：
（1）、等轴测视图； （2）、实体创建，包括实体编辑； （3）、熟练应用坐标系统； （4）、一般尽量选用东北等轴测视图。
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在渲染图形时，可以添加雾化效果。选 择“视图”|“渲染”|“渲染环境”命令，打 开“渲染环境”对话框。在该对话框中可以 进行雾化设置 。
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三维模型修复和重构的原理与方法
三维模型修复和重构的原理与方法你有没有想过，我们眼前的一些超酷的三维模型，背后可能经历了怎样一番“惊心动魄”的修复和重构过程？说起来，三维模型就像是我们做的“拼图”，它们有时候完美无瑕，有时候却破碎得像是从天而降的玻璃片。
那修复这些“破碎的梦”可不是一件简单的事儿。
这其中的原理和方法，不得不让人感叹：科技进步真是牛逼！从一个坏掉的物体，到完美的模型，甚至恢复到最初的状态，这背后可有很多门道。
而这整套修复和重构的流程，就像是把一个被摔得稀巴烂的瓷器，轻轻地粘回去，再用镶金技艺修复，让它又恢复了原来的光泽。
听着很有艺术感吧？对，这就是三维模型修复和重构的魅力所在。
修复三维模型的关键是弄清楚它“崩溃”的原因。
模型就像一个受伤的战士，掉了些块儿，裂开了些缝。
啥原因？可能是扫描的时候精度不够，或者是数据丢失，甚至是我们手动操作中犯了错。
就像在画画的时候，笔一滑，突然画面就毁了，但这不代表画作不能再修复，恰恰是从这些细节入手，才能让它重生。
修复的过程就像是给这个模型“补充营养”，你得一步步地给它“填补”空缺，让它变得完整。
这时候，首先要用一些软件对模型进行修补，就像把裂缝填上，再用更高的精度去补充遗漏的细节。
没错，想象一下，原本是一个断裂的“古董”，经过重新拼接、加固后，居然又焕发了生机，简直就是神奇。
接下来的重构就更像是一场艺术创作了。
因为即使修复了这些碎片，它们依然无法完美地回到原来的模样。
这时候，重构就变得尤为重要。
要怎么做？首先得恢复那些丢失的数据，甚至通过一些推测和人工补充，把模型的形状给重新构建出来。
哎，说起来有点儿像解密，一步一步推理，还得保证重构出的新部分看起来与原模型无异。
这个过程其实不简单，你想想，如果是一个古代的雕像，已经有些部分被风化损坏，那就要靠设计师的眼力和经验，逐渐补充这些“空白”，最终还得确保整件作品看起来不突兀，甚至在视觉上能和原始设计浑然一体。
重构和修复最令人佩服的就是，它不只是一项技术活，更是一项艺术活。
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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。 逆向工程中的几何约束是指各特征层次的组成元素之 间的约束关系，它直接反映了重构CAD模型几何要素之间 的形状和位置关系，包括结构约束和尺寸约束两种类型。 结构约束 是指特征元素之间的拓扑结构关系（如垂直、平行、 相切等），描述了特征元素的空间相对位置和连接方式。 尺寸约束 是指特征元素间的距离、角度等约束。
1. 基于曲线的模型重构
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。
抽 样 处 理 散乱点云 删除界外值 修补破洞
重 新 造 型 小平面精调、处理 曲 面 片 编 辑 小平面粗调 重 构 完 成
包 络 处 理
红茶饮料瓶
曲 线 完 成 创建曲线
扫描线点数据
创建小特征
曲面合并
创建曲面
曲面镜像
重构完成
足球模型重构
创建六边形
点云数据
提取足球参数
创建五边形
曲面修剪
修改后生成型曲线
小平面特征实例
点 云 数 据 点处理后 小 平 面 精 整 删 除 腹 板 包 络 处 理
破洞修补
小平面处理完成
重新造型实例
剖面曲线
小平面特征
重新造型（自动曲面）
创建曲面
曲线完成
曲线编辑
曲面完成
生成实体模型
实例操作
回转面模型重构 回转曲面是指平面曲线 C 绕平面上一定直线旋转一定角 度所扫掠区域，称此直线为轴线，曲线为母线。据此可知 回转面重构的关键在于从扫描线数据中提取回转面的轴线 位置及方向，以及母线数据点。
独立几何工作界面
小平面特征 小平面建模(FacetFeature)是Pro/E逆向工程模块的一部分， 其基本原理是利用模型样件的扫面点云中的每一点与其相邻 的两点构成一个小三角形平面，用大量的小三角面表示曲面 的大致形状。 在小平面特征环境中，可对原始点云进行噪音点过滤、数据 精简、数据平滑以及特征点的提取等 “点”处理工作。而 后的包络定义以及相关的小平面操作可以完成对“面”的操 作处理。
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。
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）.
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
曲 面 模 型 重 建
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。 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。
复习上次课的内容
数据测量
高效、高精度地实现样件表面的数 据采集，是逆向工程实现的基础和 关键技术
数据测量 与处理
测量方式
非接触式测量将越来越占主导地 位，但接触式三坐标测量机在测 量精度方面仍然具有优势
数据处理
模型重建之前，需对测量数据进行 预处理，以获得完整、正确的测量 数据，这决定模型重建的准确性
自动将点云 数据转换为 多边形
快速减少 多边形数目 (Decimate)
输出匹配的 文件格式
Geomagic Studio
主要功能
把多边形 转换为曲面
曲面分析 (公差分析等)
Geomagic Studio软件工作流程如下图所示：
3D扫描
点处理
三角面片化
曲面构建
CAD/CAE/CAM/ RP/RT/...
轴线
z
M
M 1 (0, y1 , z1 )
母线
C
0
y
x
扫描线数据点
创建基准面
扫描线数据点
Hale Waihona Puke 测量创建型曲线独立几何创建扫描曲线 创建回转轴
创建并分析曲面 重构完成
散乱点云
散 乱 点 云 小平面观察 母 线 修 改 析 出 母 线
型曲线分析
创建型曲线 创 建 曲 面 提取轴线
维纳斯石膏像模型重构
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。
“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 入 数 据
点 云 处 理
点 云 分 块
定 义 曲 线 类 型
创 建 曲 线
曲 线 检 查 和 编 辑
定 义 曲 面 类 型
创 建 曲 面
曲 面 检 查 和 编 辑
下 游 过 程
Imageware软件-----实例1
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。
图3-1 曲面创建过程
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。
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。
3.2 曲面重构方法和过程
1 3 2 3
基于曲线的模型重构 曲面片直接拟合造型 基于特征及约束的模型重构
区域分割
简单自由曲面数据 截面数据获取 平面离散曲线分段
复杂 自由 曲面 数据
二次曲面数据 球面 平面 圆柱面 圆锥面
· · ·
样条曲线
二次曲线 圆弧 直线 · · · 约 束 逼 近 边界曲线 跨界切矢
特 征 提 取
曲率
切矢
平行 相切
垂直 · · ·
平行 相切
垂直 · · ·
约束逼近
约束逼近
截面形状特征
曲面偏移 模 型 装 配
创建球面 模 型 渲 染
创建混合曲面
中国印模型重构
图片
插入跟踪草绘
勾勒曲线
创 建 实 体 创建混合特征 创建拉伸特征 渲 染 特 征 印 章 完 成
电熨斗模型重构
小平面特征 图片 曲 面 合 并
创建基准
重新造型
创建曲线
创建造型曲面
曲线创建完成
曲面修剪
曲面创建完成
创建实体
自由曲面
特征单元
参数曲面
建模过程： 1、由测量设备获 取数据， 2、在逆向工程 CAD建模软件中完 成数据预处理、区 域分割及特征提取， 3、由通用CAD系 统完成特征造型。
反求高层特征 B-Rep单元/体素特征 参数化特征造型
在产品的模型重建过程中，一个重要的目标应该 是还原特征以及他们之间的约束关系。 忽略特征或几何约束，得到的产品模型都是没有 意义或是不准确的。 目前的研究中，大多采用人工引导，有目的、半 自动地实现这一过程。
小平面特征工作界面
重新造型
重新造型是一个逆向工程模式，用来在多面(小三角形平面) 数据的顶部重建或构造曲面CAD模型。重新造型多用于小 平面特征之后，在小平面模型的基础上进行构造并调整曲 面。
小平面特征
重新造型
曲面模型
独立几何实例
生成扫描曲线
点云数据
独立几何（剖面）
创建曲面
创建其它曲线 重 构 完 成
第3章 三维CAD模型重构
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
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。 重构曲面的品质和精度直接影响最终产品CAD模型的优
模 型 评 价
实 体 模 型
下 游 应 用
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。
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 体 模 型
下 游 应 用
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。