逆向工程技術(shù)講座

1、逆向工程技術(shù)講座,2001年8月25日,內(nèi)容安排,逆向工程技術(shù)綜述 工業(yè)曲面造型技術(shù)綜述 imageware surfacer技術(shù)特點(diǎn)簡(jiǎn)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(yàn)曲面的方法 討論,逆向工程技術(shù)綜述,逆向工程（reverse engineering)是一門結(jié)合先進(jìn)測(cè)量技術(shù)、材料學(xué)技術(shù)、cad、cae、cam、快速成型技術(shù)（rapid prototype)、capp、caq的綜合性工程技術(shù)。 逆向工程的目的不在于重構(gòu)曲面，而在于領(lǐng)會(huì)原設(shè)計(jì)的意圖，掌握原設(shè)計(jì)

2、，為我所用，縮短同類產(chǎn)品的開發(fā)周期。,對(duì)逆向工程技術(shù)理解的幾個(gè)誤區(qū),imageware surfacer僅僅是提供曲面重構(gòu)的工具，使用imageware surfacer建模就是逆向工程。 對(duì)原產(chǎn)品原封不動(dòng)地復(fù)制就是逆向工程設(shè)計(jì) 逆向工程是一門獨(dú)立的工程技術(shù),工業(yè)曲面造型技術(shù),曲面造型的定義 以點(diǎn)線為基礎(chǔ)構(gòu)造面片， 進(jìn)而由面片構(gòu)成造型的一種方法,工業(yè)曲面造型與一般曲面造型的區(qū)別,精確性 限制性 高要求,精確性,工業(yè)造型是直接服務(wù)與生產(chǎn)的，它不同與一般動(dòng)畫或廣告的造型，它必須精 確到能夠進(jìn)行精密的數(shù)控加工，所以精度在小數(shù)點(diǎn)后三到四位（視機(jī)床要求可能會(huì)更高）， 這一點(diǎn)對(duì)不同面片的縫合處尤為重要。精

3、確性還表現(xiàn)在空間幾何關(guān)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(chǎn)生折線，而在計(jì)算機(jī)的屏幕上，這樣的折 線甚至有可能不能表現(xiàn)出來(lái)。,限制性,工業(yè)造型如前所述，它必須服從一定的客觀規(guī)律，這樣的規(guī)律中最突出的是加 工工藝，造型必須是可以通過(guò)一定手段制造出來(lái)的，而且大多數(shù)時(shí)候又要求是可以用已知 的最經(jīng)濟(jì)方式加工成型。所以工業(yè)造型不是一種可以利用想象力任意創(chuàng)造的表現(xiàn)方式，對(duì) 于曲面同樣也是這樣，也許這是它同三維動(dòng)畫最主要的區(qū)別，如面片的曲率（尤其是內(nèi)凹） 的變化就受加工機(jī)床的限制。,高要求,在三維動(dòng)畫或游戲中，人們所面對(duì)的挑戰(zhàn)是如何更快更好地創(chuàng)造一個(gè)頭像或是 一片花瓣，如何產(chǎn)生一個(gè)

4、惟妙惟肖的面部表情。對(duì)于工業(yè)上曲面造型而言，一個(gè)完美的多半徑過(guò)渡圓角意義重大；人們更多關(guān)心是如何能以最少的描述手段，構(gòu)造出光順的曲面；如何對(duì)曲面進(jìn)行有效而精確的基于參數(shù)的可視化編輯；矢量方向不同的曲面如何光順拼接等。,工業(yè)曲面造型中曲面的最基本構(gòu)成,工業(yè)曲面造型中曲面的最基本構(gòu)成,工業(yè)曲面造型中曲面的最基本構(gòu)成,工業(yè)曲面造型中曲面的最基本構(gòu)成,工業(yè)曲面造型中曲面的最基本構(gòu)成,工業(yè)曲面造型中曲面的最基本構(gòu)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(gè)算法風(fēng)頭 正勁，因?yàn)樗俣瓤?，算法相?duì)穩(wěn)定，曲面的質(zhì)量好，表達(dá)能力強(qiáng)，已成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為幾乎所有的曲面造型

5、軟件所支持。,工業(yè)曲面造型中曲面的最基本構(gòu)成,一種較新的工業(yè)曲面造型算法非均勻細(xì)分曲面造型nurss,在計(jì)算機(jī)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?fù)渖? 定義在任 意拓?fù)渖系膹?fù)雜曲面通常不能由一張nurbs、b樣條或bezier曲面表示出來(lái), 因此, 人們開始開發(fā)所謂的基于節(jié)點(diǎn)插入的遞歸細(xì)分曲面. doo、sabin和catmull、clark在1978年分別提出均勻遞歸細(xì)分算法以生成任意拓?fù)渖系碾p二次和雙三次曲面. 根據(jù)catmull-clark細(xì)分規(guī)則, 在四邊形網(wǎng)格區(qū)域內(nèi), 極限曲面變成相應(yīng)的均勻b樣條雙三次曲面. 這保證了, 除奇異點(diǎn)外, 曲面處處二階連續(xù)

6、. halstead、kass和derosse把catmull-clark細(xì)分格式擴(kuò)展到曲面的光順設(shè)計(jì)；dyn、gregory和levin探究了插值于控制點(diǎn)的曲線的細(xì)分結(jié)構(gòu)；zorin、schr?der和sweldens提出了細(xì)分曲面的一個(gè)改進(jìn)格式；另一種用于四邊形網(wǎng)格的細(xì)分格式由kobbelt得到. 基于三向箱樣條, loop提出了用于三角形網(wǎng)格的細(xì)分格式. 1998年, kobbelt、compagna、vorsatz和seidel提出了一個(gè)用于任意三角形網(wǎng)的多分辨率細(xì)分格式, 它放忪了對(duì)細(xì)分的連通性要求. derose、kass和truong提出了將細(xì)分曲面用于人物動(dòng)畫和服裝模擬的方法,

7、 并證明了細(xì)分曲面可以滿足高端繪制(high-end rendering)的要求. qin、mandal和vemuri將“物理”性質(zhì)引入均勻catmull-clark曲面, 開發(fā)出動(dòng)態(tài)細(xì)分曲面模型, 允許通過(guò)施加外力交互式地使之變形. 另一方面, 由于已經(jīng)發(fā)現(xiàn)均勻遞歸細(xì)分曲面存在著許多局限性, 人們把越來(lái)越多的目光投向了非均勻細(xì)分曲面, 或者稱nurss. nurss把非均勻b樣條曲面擴(kuò)展到任意拓?fù)涞母话愕那闆r, 并具有許多超越均勻遞歸細(xì)分曲面的優(yōu)點(diǎn), 例如, 它能夠適應(yīng)幾何建模中的不相等的節(jié)點(diǎn)距, 提高了表示諸如尖點(diǎn)、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(jīng)任何

8、編輯的。編輯是必須也是必要的，主 要的編輯功能有，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(lián)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(yè)曲面造型中曲面的其他構(gòu)成,imageware surfacer的技術(shù)特點(diǎn)1,靈活的設(shè)計(jì)環(huán)境支持bezier和nurbs曲面塊拼合 以曲線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)選擇理想的曲面創(chuàng)建方式,有直接操縱方式或復(fù)合設(shè)計(jì)方式,后者更充分體現(xiàn)了合成方式的優(yōu)勢(shì) 從曲線、其他曲面或測(cè)量數(shù)據(jù)直接創(chuàng)建自由曲面,imageware surfacer的技術(shù)特點(diǎn)2,局部或全局修改 以交互方式體現(xiàn)設(shè)計(jì)主題,立刻看到自己設(shè)計(jì)構(gòu)

9、思在美學(xué)及工程設(shè)計(jì)上的表現(xiàn) 在整體成型過(guò)程中,嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn),無(wú)須每次修改曲面時(shí)檢查是否符合標(biāo)準(zhǔn),imageware surfacer的技術(shù)特點(diǎn)3,所有詢問(wèn)工具提供動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)反饋 在設(shè)計(jì)過(guò)程中,隨時(shí)可用截面、反射線、重點(diǎn)線、鏡面放樣、曲率放樣，及燈管等來(lái)檢測(cè)曲面中的缺陷 制造驗(yàn)證工具做到在將數(shù)據(jù)傳遞到下游工序前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤,imageware surfacer的技術(shù)特點(diǎn)4,在復(fù)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(xù)過(guò)渡 曲面補(bǔ)合能力,imageware surfacer建模的基本思路,規(guī)劃曲面劃分 云點(diǎn)處理 基本面的構(gòu)成及單面的光順 面片組的光順 編輯特征曲面 零件特征

10、(圓孔等)的構(gòu)造 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及在其他平臺(tái)繼續(xù)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì),曲面質(zhì)量的辨別曲面光順,曲面質(zhì)量的辨別在數(shù)學(xué)上沒(méi)有明確的定義，通常我們采用光順（smooth）來(lái)作為工業(yè)曲面造型質(zhì)量的唯一評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 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(qǐng)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(gè)人主觀感受，沒(méi)有十分客觀的標(biāo)準(zhǔn)。 所謂順，在數(shù)學(xué)中的理解可以認(rèn)為是曲率連續(xù)。（曲率：它的幾何意義是切線方向?qū)τ诨￠L(zhǎng)的轉(zhuǎn)動(dòng)率，反映了曲線的彎曲程度。）,曲面光順的唯一條件,構(gòu)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(shí)上是數(shù)據(jù)點(diǎn)的擬合 曲線光順了，曲面實(shí)際上不過(guò)是高階擬合,工業(yè)曲面造型評(píng)價(jià)的另外一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),造型中不同曲面之間的拼合是評(píng)價(jià)工業(yè)曲面造型的另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。 拼合要求所組成的曲面整體光滑確切地說(shuō)是連續(xù)性，要光順 就要連續(xù)。實(shí)際上要光順最簡(jiǎn)便的方法就是不拼合,imageware surfacer提供的曲面光順檢驗(yàn)工具,反射放樣突出所需的特征,imageware surfacer提供的曲面光順檢驗(yàn)工具,動(dòng)態(tài)編輯功能工具,imag