1、逆向工程技術講座2001年8月25日內容安排 逆向工程技術綜述 工業曲面造型技術綜述 imageware surfacer技術特點簡介 imageware surfacer建模基本思路 曲面光順的定義 在imageware surfacer中完成曲面的光順 在imageware surfacer中檢驗曲面的方法 討論逆向工程技術綜述 逆向工程（reverse engineering)是一門結合先進測量技術、材料學技術、cad、cae、cam、快速成型技術（rapid prototype)、capp、caq的綜合性工程技術。 逆向工程的目的不在于重構曲面，而在于領會原設計的意圖，掌握原設計，為我

2、所用，縮短同類產品的開發周期。對逆向工程技術理解的幾個誤區 imageware surfacer僅僅是提供曲面重構的工具，使用imageware surfacer建模就是逆向工程。 對原產品原封不動地復制就是逆向工程設計 逆向工程是一門獨立的工程技術工業曲面造型技術 曲面造型的定義以點線為基礎構造面片，進而由面片構成造型的一種方法工業曲面造型與一般曲面造型的區別 精確性 限制性 高要求精確性 工業造型是直接服務與生產的，它不同與一般動畫或廣告的造型，它必須精 確到能夠進行精密的數控加工，所以精度在小數點后三到四位（視機床要求可能會更高）， 這一點對不同面片的縫合處尤為重要。精確性還表現在空間幾

3、何關系上，如果兩張拼合的 面之間不能保證兩次相切的話，則加工后必然產生折線，而在計算機的屏幕上，這樣的折 線甚至有可能不能表現出來。 限制性 工業造型如前所述，它必須服從一定的客觀規律，這樣的規律中最突出的是加 工工藝，造型必須是可以通過一定手段制造出來的，而且大多數時候又要求是可以用已知 的最經濟方式加工成型。所以工業造型不是一種可以利用想象力任意創造的表現方式，對 于曲面同樣也是這樣，也許這是它同三維動畫最主要的區別，如面片的曲率（尤其是內凹） 的變化就受加工機床的限制。高要求 在三維動畫或游戲中，人們所面對的挑戰是如何更快更好地創造一個頭像或是 一片花瓣，如何產生一個惟妙惟肖的面部表情。

4、對于工業上曲面造型而言，一個完美的多半徑過渡圓角意義重大；人們更多關心是如何能以最少的描述手段，構造出光順的曲面；如何對曲面進行有效而精確的基于參數的可視化編輯；矢量方向不同的曲面如何光順拼接等。工業曲面造型中曲面的最基本構成工業曲面造型中曲面的最基本構成工業曲面造型中曲面的最基本構成工業曲面造型中曲面的最基本構成工業曲面造型中曲面的最基本構成工業曲面造型中曲面的最基本構成 nurbs曲面 nurbs是算法的名稱，不是作圖的方法，還有許多其它的算法，但目前這個算法風頭 正勁，因為速度快，算法相對穩定，曲面的質量好，表達能力強，已成為工業標準，為幾乎所有的曲面造型軟件所支持。工業曲面造型中曲面的

5、最基本構成一種較新的工業曲面造型算法非均勻細分曲面造型nurss 在計算機輔助幾何造型中有許多種自由曲面, 它們定義在三角形、四邊形或任意拓撲上. 定義在任 意拓撲上的復雜曲面通常不能由一張nurbs、b樣條或bezier曲面表示出來, 因此, 人們開始開發所謂的基于節點插入的遞歸細分曲面. doo、sabin和catmull、clark在1978年分別提出均勻遞歸細分算法以生成任意拓撲上的雙二次和雙三次曲面. 根據catmull-clark細分規則, 在四邊形網格區域內, 極限曲面變成相應的均勻b樣條雙三次曲面. 這保證了, 除奇異點外, 曲面處處二階連續. halstead、kass和de

6、rosse把catmull-clark細分格式擴展到曲面的光順設計；dyn、gregory和levin探究了插值于控制點的曲線的細分結構；zorin、schr?der和sweldens提出了細分曲面的一個改進格式；另一種用于四邊形網格的細分格式由kobbelt得到. 基于三向箱樣條, loop提出了用于三角形網格的細分格式. 1998年, kobbelt、compagna、vorsatz和seidel提出了一個用于任意三角形網的多分辨率細分格式, 它放忪了對細分的連通性要求. derose、kass和truong提出了將細分曲面用于人物動畫和服裝模擬的方法, 并證明了細分曲面可以滿足高端繪制(

7、high-end rendering)的要求. qin、mandal和vemuri將“物理”性質引入均勻catmull-clark曲面, 開發出動態細分曲面模型, 允許通過施加外力交互式地使之變形. 另一方面, 由于已經發現均勻遞歸細分曲面存在著許多局限性, 人們把越來越多的目光投向了非均勻細分曲面, 或者稱nurss. nurss把非均勻b樣條曲面擴展到任意拓撲的更一般的情況, 并具有許多超越均勻遞歸細分曲面的優點, 例如, 它能夠適應幾何建模中的不相等的節點距, 提高了表示諸如尖點、折痕、鏢形之類幾何特征的能力 曲面造型不太可能是第一次生成的面而未經任何編輯的。編輯是必須也是必要的，主 要

8、的編輯功能有，投影，相交，修剪，偏移，融合，邊界延伸，倒角，曲面輪廓線的提取， 曲面法向矢量的反向，曲面的割斷和聯接等。 編輯是完成最終造型的唯一手段，占總工作量的70%以上工業曲面造型中曲面的其他構成imageware surfacer的技術特點1 靈活的設計環境支持bezier和nurbs曲面塊拼合 以曲線網絡為基礎選擇理想的曲面創建方式,有直接操縱方式或復合設計方式,后者更充分體現了合成方式的優勢 從曲線、其他曲面或測量數據直接創建自由曲面imageware surfacer的技術特點2 局部或全局修改 以交互方式體現設計主題,立刻看到自己設計構思在美學及工程設計上的表現 在整體成型過程

9、中,嚴格遵守設計和制造標準,無須每次修改曲面時檢查是否符合標準imageware surfacer的技術特點3 所有詢問工具提供動態的實時反饋 在設計過程中,隨時可用截面、反射線、重點線、鏡面放樣、曲率放樣，及燈管等來檢測曲面中的缺陷 制造驗證工具做到在將數據傳遞到下游工序前發現設計中的錯誤imageware surfacer的技術特點4 在復雜的曲面塊拼合布置中保持各曲面之間的曲率平滑及連續過渡 曲面補合能力imageware surfacer建模的基本思路 規劃曲面劃分 云點處理 基本面的構成及單面的光順 面片組的光順 編輯特征曲面 零件特征(圓孔等)的構造 數據轉換及在其他平臺繼續細節設

10、計曲面質量的辨別曲面光順 曲面質量的辨別在數學上沒有明確的定義，通常我們采用光順（smooth）來作為工業曲面造型質量的唯一評價標準。 在保證基本尺寸有保證的情況下，光順就是具有決定意義的。但請注意，基本的尺寸 仍是必須正確而且精確的，在這一前提下，曲面的光順才有意義。光順的定義 所謂光順就是從曲面上反射的光線是比較順暢，令人賞心悅目的。較多的是個人主觀感受，沒有十分客觀的標準。 所謂順，在數學中的理解可以認為是曲率連續。（曲率：它的幾何意義是切線方向對于弧長的轉動率，反映了曲線的彎曲程度。）曲面光順的唯一條件 構成曲面的曲線必須是光順的 一條曲線的光順于否取決于曲線上曲率變化的均勻程度，曲線的 光順事實上是數據點的擬合 曲線光順了，曲面實際上不過是高階擬合工業曲面造型評價的另外一個標準 造型中不同曲面之間的拼合是評價工業曲面造型的另一個標準。 拼合要求所組成的曲面整體光滑確切地說是連續性，要光順 就要連續。實際上要光順最簡便的方法就是不拼合imageware surfacer提供的曲面光順檢驗工具反射放樣突出所需的特征imageware surfacer提供的曲面光順檢驗工具動態編輯功能