1、并行工程逆向工程技術復雜零件的設計快速模具的制造生產效率的要求缺乏設計資料逆向工程的應用領域 1、模具設計制造方面 2、用于難以用基本幾何元素來表達與定義的復雜曲面 3、沒有圖紙或者圖紙不全，沒有CAD模型不能生產的情況 4、快速復制某些大型設備損壞的零件 5、對產品外形的美學有特別要求的領域 6、仿生產品制造研制 7、設計的零件要通過實驗驗證 8、快速檢驗零件制造精度逆向工程的重要過程逆向工程的關鍵點云數據的獲取與處理點云數據去噪與生成面片與工業掃描數據對比質量檢測解決難題 實物模型向CAD模型轉換的過程中，新的三維 CAD 模型生成之前的數據處理問題一直是個急待解決的關鍵問題。如果用最初掃

2、描得到的數據構建三維CAD模型，這樣可以保證建模的精度要求，但所帶來的嚴重問題是計算復雜，處理速度慢，存儲信息量大，加大了產品的設計周期。解決辦法 在逆向設計中，急需研究改進對數據壓縮的處理技術，使其達到建模精度高，速度快并保證利用壓縮后的數據點準確表示原始零件的理想效果。 基于點的點云處理技術是隨著數據測量技術的進步而迅速發展起來的新技術。該項技術以點作為曲面繪制和造型的基本元素，在提高模型繪制與重建的速度、加強處理超大規模點云的能力和簡化計算量等方面體現出獨特的優勢，目前已成為逆向工程的一個研究熱點。點云數據處理 異常數據點排除和噪聲濾波處理 多視拼合 壓縮精簡數據等工作。異常數據和噪聲數

3、據點濾波處理 （1）對明顯的異常點和雜點，可通過肉眼判別，并用人機交互的方式直接刪除 （2）高斯、平均或中值濾波算法 （3）基于曲率變化的曲線分段去噪法 （4）角度法和弦高差法多視拼合 由于被測工件過大或形狀復雜，測量時很難一次測出整個樣件數據，通常是對其重新定位獲取不同方位的表面信息，這稱為視。 保留從不同方向或位置測量獲得的數據，各視之間會有一定的重疊，就是多視拼合問題。 數據壓縮和精簡算法 有關數據精簡和壓縮的算法很多，不同類型的點云可采取不同的精簡方式。 對于掃描線點云，其中較常見的有取樣法、弦高偏移法、空間采樣法、包圍盒法、三維網格法等。多視拼合方法 （1）點處理，即直接對點云進行對

4、齊拼合，再重構出原型； （2）對各視局部構造幾何形體，然后拼合形體。均勻取樣法 均勻取樣法是根據數據點的存儲順序，每隔（m-1）個數據點采取一個數據點，其他的數據點都被忽略，這里的 m 成為間隔（采樣率）。 等間距采樣法 隨機采樣法 適合于實體是平面或接近于平面的情況下使用，缺點是很容易丟失邊界特征及曲率變化較大區域的信息。弦高偏移法 根據抽樣定理，抽樣點的疏密應隨曲面曲率的變化而變化，曲率越大抽樣點越密。 弦高偏移法能根據法矢的變化情況對數據進行精簡，這是比均勻采樣法優勝的地方。它可以滿足計算效率較高，曲率變化較大區域的數據精度。缺點是對于曲率變化較小且較平滑區域的精度不能得到很好的保證。均

5、勻網格法 該方法是在垂直掃描方向構建一組大小相同的均勻網格，并根據壓縮比確定網格尺寸。當數據點投影到網格平面上，把數據點分配至網格內，把網格內中間點作為特征點保留，其余的點刪掉。 特點是計算簡單，消耗的時間少，能夠保留數據點的原有特征，但是它不考慮曲面形狀特征，容易保留壞點，不考慮曲率變化，曲率變化較大的邊界點容易被刪除。 缺點是所用的均勻網格對捕捉產品的外部形狀不敏感，壓縮后的任何區域內數據點的密度是相同的，不能保證曲面曲率變化較大區域的擬合精度。非均勻三維網格壓縮算法 該方法可以處理一次或多次獲得的重疊的實物點云數據。以八叉樹原理和非均勻三維網格細分方法為基礎，對原始的點云長方形包絡進行細

6、化，找出每個網格中的特征點，刪除其他點，從而達到數據壓縮的目的。 該算法可處理各種形式的掃描點云數據，使壓縮后的數據點密度隨著曲面曲率變化而變化，曲面曲率大，數據點密度大，反之則小。這種方法占用內存少，計算速度快。 非均勻三維網格壓縮算法是在均勻網格壓縮算法的基礎上研究并發展起來的，這種算法在保留了處理簡單易實現優點的基礎上克服了弱點，使之能夠適應具體曲面的各種形狀變化，確保壓縮后的點云密度隨著曲面的曲率變化而變化，并保留必要的邊界處特征數據點，大大提高壓縮后數據的精度和工作效率，為進行參量化的原型自動生成和隨機模型修改重建提供了必要的理論基礎和先進技術，對于解決復雜的汽車、模具曲面模型重建等

7、具有重要的應用價值。點云數據處理發展 點云數據壓縮方法是逆向設計中的關鍵技術之一。如何對數據進行壓縮，使壓縮后的數據減少計算復雜性，提高效率，保證重建曲面的精度，使壓縮后的數據點密度隨著曲面曲率的變化而變化是未來逆向設計中點云數據壓縮的發展趨勢。點云數據的來源從二維世界走向三維世界 點云數據的配準是真實世界物體三維模型重建的一個重要環節，它在反向工程、形狀檢測、計算機視覺等領域均有廣泛的應用。由于被檢測物體表面存在遮擋以及測量設備視域的限制，通常的測量設備一次只能獲取物體的一個側面的點云數據。由于在不同視角進行測量時的坐標系不同，所以必須將測量測量得到的不同坐標系下的物體表面的三維數據進行配準

8、，將其轉換到一個統一的坐標系下，最終得到物體整個表面的完整形狀數據。配準方法 初始配準初始配準 1與測量設備有關的配準方法 2人機交互的配準方法 3基于對應量的配準方法 精細配準精細配準 icp算法細分曲面重建技術 細分曲面造型技術是曲面造型的一個分支，它是一種由粗到細的多分辨率曲面造型技術。細分曲面造型方法實際上是從一個稱為控制網格的多邊形網格開始，遞歸地計算新網格上的每一個頂點，這些頂點都是其上一細分層網格中若干個頂點的加權平均。曲面重建技術 三維模型的曲面重建是幾何造型的一個重要研究領域，也是反向工程的重要環節。曲面重建的目的就是恢復實物模型的曲面形狀，并使得重建曲面的形狀盡可能的反應待

9、建模型表面的形狀特征。 根據重建曲面的類型，可將重建曲面的方法分為多面體網格重建、參數曲面重建、隱式曲面重建和細分曲面重建等。1多面體網格重建 一般來說，從散亂數據點中重建實物表面的網格模型的方法可以分為如下幾類： （1）區域增長構造的方法 （2）基于雕刻的方法 （3）距離函數的方法2參數曲面重建技術 參數曲面一直是描述幾何形狀的主要工具，是曲面重建的方法。參數曲面起源于飛機、船舶的外形放樣設計設計工藝，其理論基礎由Coons和Bezier等人于20世紀60年代奠定。 基于B樣條或NURBS曲面的四邊域曲面重構方法適用于汽車、飛機、輪船等的曲面零件。 基于三角Bezier曲面的三角域曲面重構方

10、法適用于表面具有無規則復雜表面的物體，特別是人臉、地貌等的自然物體、藝術品以及玩具等。3隱式曲面重建 隱式曲面常被用來定義幾何物體，不等式f(x,y,z)0定義了空間中的實體，等式f(x,y,z)=0則定義了該實體的邊界，即隱式曲面。相對于參數曲面，隱式曲面具有更多的自由度，從而在重建具有復雜的形狀曲面時可以得到更高的光滑曲面。因此在曲面重建中，隱式曲面也得到了廣泛的應用。參考文獻薛耀紅，趙建平，蔣振剛.點云數據配準及曲面細分技術M.北京：國防工業出版社，2011王秀英，劉錫國.逆向設計中點云數據處理技術的研究進展M.機械設計與制造,2009Shane K. Curtis Stephen P. Harston Christopher A. Mattson.The fundamentals of barriers to reverse engineering and their implementation into mechanical components J. R