三維數(shù)據(jù)測(cè)量與預(yù)處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)名稱：三維數(shù)據(jù)測(cè)量與預(yù)處理專業(yè)：數(shù)控技術(shù)班級(jí)：10數(shù)控2日期2012/08/26小組成員：閆秋實(shí)尤學(xué)偉喻星臧夢(mèng)達(dá)張玉其鄭北周杰鄒劍泉一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、主要介紹測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理流程的基本原理和方法；2、學(xué)習(xí)掌握測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理方法。學(xué)習(xí)柯尼卡美能達(dá)VIVUD910掃描儀的使用方法及GeomagicStudio逆向設(shè)計(jì)軟件的操作方法。二、實(shí)驗(yàn)要求：完成實(shí)物的三維數(shù)據(jù)測(cè)量及數(shù)據(jù)預(yù)處理，注冊(cè)合并為一個(gè)模型數(shù)據(jù)。三、實(shí)驗(yàn)方法及條件：采用三維測(cè)量設(shè)備對(duì)實(shí)物進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量的數(shù)據(jù)導(dǎo)入逆向設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行點(diǎn)階段的數(shù)據(jù)預(yù)處理，注冊(cè)合并生成完整的掃描數(shù)據(jù)模型。本實(shí)驗(yàn)所需的設(shè)備、儀器、工具或材料:掃描實(shí)物柯尼卡美能達(dá)VIVID910掃描儀GeomagicStudio逆向設(shè)計(jì)軟件電腦四、實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果：（一）數(shù)據(jù)的測(cè)量1.測(cè)量件的準(zhǔn)備。如被掃描物體反光效果不佳，則應(yīng)噴涂上顯像劑；為了以后數(shù)據(jù)拼合的方便與準(zhǔn)確，應(yīng)在被掃描物表面上做上點(diǎn)標(biāo)記。由于所選實(shí)物是純白和各處輪廓較分明，因而無需做以上操作。如圖1所示：圖12、啟動(dòng)KonicaMinoltaVIVID910三維掃描儀，再啟動(dòng)電腦，打開GeomagicStudio10.0。點(diǎn)擊工具欄上的“插件”按鈕出現(xiàn)對(duì)話框。如圖2所示：3、調(diào)整掃描儀與實(shí)物之間的距離（由于掃描儀鏡頭是中鏡，所以距離應(yīng)在600到800之間）與視角，保證實(shí)物在顯像框的中心位置。4、點(diǎn)擊對(duì)話框中的Scan按鈕，開始掃描。根據(jù)出現(xiàn)的點(diǎn)的色譜，分析數(shù)據(jù)的質(zhì)量，偏紅表示太近，偏藍(lán)表示實(shí)物離掃描儀稍遠(yuǎn)。呈現(xiàn)黃綠色較好。圖2插件對(duì)話框5、點(diǎn)擊對(duì)話框的“確定”按鈕，完成一個(gè)視角的掃描。6、將掃描物選擇一個(gè)角度，重復(fù)步驟4、5，直至所有的面都被掃描到。（二）數(shù)據(jù)的預(yù)處理1．將掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入GeomagicStudio軟件，刪除每片點(diǎn)云數(shù)據(jù)體外孤點(diǎn)。如圖3所示：圖32.改變顯示參數(shù)。在屏幕左側(cè)單擊有電腦圖標(biāo)的屬性頁，在下拉式菜單中設(shè)置顯示%（靜態(tài)/動(dòng)態(tài)）值為25%.該操作對(duì)大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)非常有效，因?yàn)榭梢酝ㄟ^改變選擇過程中顯示的百分比來提高運(yùn)行和顯示的效率。3．進(jìn)行點(diǎn)云手動(dòng)注冊(cè)。注冊(cè)方式分為1點(diǎn)注冊(cè)和n點(diǎn)注冊(cè)，1點(diǎn)注冊(cè)要求固定和浮動(dòng)窗口的視角要保持相近，才能保證一定的精度，比較難以控制；n點(diǎn)注冊(cè)規(guī)定n大于或等于3，且3點(diǎn)不能在一條直線上，以便形成一個(gè)面在注冊(cè)。此模型較難把握兩面中的一個(gè)精確的點(diǎn)，因而選擇n點(diǎn)注冊(cè)，精度會(huì)更好。注冊(cè)的平均距離和標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)保持在百分之五之下，才能獲得一個(gè)完整而理想的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。如圖4所示：圖44.重復(fù)以上的操作步驟，將若干個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)注冊(cè)成一個(gè)完整和精度較高的圖像，如圖5所示：圖55.進(jìn)行全局注冊(cè)，檢查以上操作后各視角數(shù)據(jù)點(diǎn)的對(duì)齊情況，直到平均距離與標(biāo)準(zhǔn)偏差恒定。另外調(diào)整顯示中的靜態(tài)/動(dòng)態(tài)比例為2：1。如圖6：圖66.合并點(diǎn)對(duì)象并進(jìn)行著色，如圖7所示：圖77.修改模型數(shù)據(jù)：分別改動(dòng)選擇【非連接項(xiàng)】、【選擇體外孤點(diǎn)】、【減少噪音】、【統(tǒng)一采樣】、【計(jì)算封裝】的一些數(shù)據(jù)。其中比較主要的是【選擇體外孤點(diǎn)】和【減少噪音】。在【體外孤點(diǎn)】中，敏感性越多，精度越高。選擇合適的敏感性，刪除多余的小紅點(diǎn)，即零件外部孤點(diǎn)。在【減少噪音】中，因?yàn)檩喞^分明，參數(shù)選擇棱柱形（積極）；平滑級(jí)別則根據(jù)偏差來選擇，調(diào)整平滑級(jí)別，令標(biāo)準(zhǔn)偏差在5%以下。從而使模型具有可視化和多性能的效果，完成點(diǎn)到多邊形的過程。（1）選擇非連接項(xiàng)，如圖8所示:圖8（2）選擇體外孤點(diǎn)，如圖9所示:圖9（3）減少噪音，如圖10所示:圖10平滑級(jí)別的比較：如圖11-1,11-2所示:圖11-1圖11-2（4）統(tǒng)一采樣，如圖12所示:圖12（5）計(jì)算封裝，如圖13所示:圖13五、思考題：1.試分析三坐標(biāo)接觸式測(cè)量和非接觸式光學(xué)測(cè)量的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。（1）三坐標(biāo)接觸式測(cè)量：特點(diǎn)：精確度高；可直接測(cè)量工件的特定幾何特性但是其速度慢；需半徑補(bǔ)償；接觸力大小影響測(cè)量值；接觸力會(huì)造成工件及探頭表面磨損。應(yīng)用場(chǎng)合：機(jī)械制造業(yè)、汽車工業(yè)、電子工業(yè)、航空航天行業(yè)和國(guó)防工業(yè)等各部門。（2）非接觸式光學(xué)測(cè)量：特點(diǎn):速度快；不必作探頭半徑補(bǔ)償；無接觸力，不傷害精密表面，可測(cè)量柔軟工件等但是其精度一般；陡峭面不易測(cè)量，激光無法照射到的地方便無法測(cè)量；工件表面的明暗程度會(huì)影響測(cè)量的精度。應(yīng)用場(chǎng)合：在線質(zhì)量控制檢查、樣品檢查，工具和模具檢查、工業(yè)設(shè)計(jì)、逆向工程、機(jī)器視覺、醫(yī)療應(yīng)用、數(shù)字化檔案、計(jì)算機(jī)圖形圖像等。2.分析數(shù)據(jù)測(cè)量階段和預(yù)處理階段產(chǎn)生誤差的因素。因?yàn)閷?shí)際掃描過程中多多少少都會(huì)受到一些人為的或外界的原因所帶來的影響，因此在測(cè)量過程中就會(huì)產(chǎn)生許多誤差。例如：標(biāo)記點(diǎn)的覆蓋、顯影劑噴的不均勻、外界光線的影響、噪音的影響等等。另外，在數(shù)據(jù)處理時(shí)因?yàn)槭鞘止h除體外孤點(diǎn)所以有些靠近物體的點(diǎn)沒有刪除掉，再取出標(biāo)記點(diǎn)再重新構(gòu)造曲面時(shí)也會(huì)造成誤差，并且在尖銳的邊和邊界附近的數(shù)據(jù)中有許多的壞點(diǎn)，這些是去除不掉的這樣就會(huì)造成曲面偏離原來的位置及造成誤差。3.注冊(cè)的方式有哪幾種？在使用不同的注冊(cè)方式時(shí)，應(yīng)注意哪些問題？注冊(cè)的方式分為：“1點(diǎn)注冊(cè)”和“n點(diǎn)注冊(cè)”“1點(diǎn)注冊(cè)”：可以通過在固定窗口和浮動(dòng)窗口的模型上各選擇一個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)模型的注冊(cè)。在執(zhí)行該命令時(shí)，兩個(gè)窗口的視角必須相近，才能保持一定的精度，否則注冊(cè)不能正確工作。要盡量選擇