proe逆向小平面特征
proe 逆向小平面特征指令详解
by 无维网IceFai （黄光辉）
小平面(Facet )特征是Pro/ENGINEER 中一个主要的点云处理工具，它所针对的处理对象通常是采用激光扫描得到的密集点云；密集点云可以在小平面(Facet )特征中经过去杂、降噪和取样、补孔和清理等步骤的处理最后生成适合用于下一步造型参考的小平面。小平面特征的引入，使得Pro/ENGINEER 对于外部的逆向处理软件的依赖大为降低，借助小平面特征，Wildfire 在根据密集点云逆向造型的应用大为拓宽。
小平面特征是Pro/ENGINEER Wildfire 3.0用来处理扫描点云的专用特征，通过小平面特征的处理，把输入的点云或多边形处理成有序的多边面模型以供Pro/ENGINEER Wildfire 3.0进行后续的处理，如造型和重新造型。
选择“插入”→“小平面特征”命令，然后选择扫描点云文件或多边面文件(*.asc,*.igs,*.stld 等)，如图14-1所示，本书范例文件位置：training_files\facet\part 。 图14-1
打开点云文件如图14-2所示，当然如果打开的是多边形模型又当别论。在小平面特征中，主要有三个阶段，第一阶段是点，第二阶段是包络阶段，最后才是小平面阶段。
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图14-2
在小平面环境下，如果打开的是点云文件，那么就会在菜单栏上多一个“点”菜单，在菜单下有所有可以对点云进行处理的命令，如图14-3所示。
z 反向选取：选择当前所选点以外的点，并且取消当前所选的点。
z 隐藏选定的：把选择的点隐藏。
z 全部取消隐藏：显示所有点云。
z 修剪选定项：对选定的单击进行修剪。
z 删除选定项：删除所选点云。
z 删除界外值：删除离散的点云。
z 降低噪音：光滑化。
z
示例：减少点云数目。
z 填充孔：用点填充破孔。
z 包络：生成模型包络。
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图
14-3
1. 反向选取
示例如图14-4所示。
图14-4 2. 隐藏选定的
示例如图14-5所示。
图
14-5 3. 删除界外值
“灵敏度”越大，对离散点的距离要求越低。示例如图14-6所示。
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图14-6
4. 降低噪音
通过此命令减低因扫描所造成的点云噪音，从而达到光滑化的目的。其中有两种模式：自由生成和机械，如图14-7所示。自由生成主要是针对形状是非规则的自由曲面形状表面，例如，卡通玩具表面等；而机械则是针对机械电子产品等比较规则表面(通常是由平面、圆角面和旋转面等简单几何要素组成的)。
图14-7
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如图14-8所示的两张包络图可以看出降低噪音的效果对比，左下是使用降低噪音后的包络，右下是没使用降低噪音的包络，很显然降低噪音后得到的包络更光滑，并且反方向的三角形数目大为减少。不过，同时地，棱线要比没有使用降低噪音的模糊了。
图14-8
5. 噪音
在检测领域上的噪音和工业上的噪音并不是一样的概念，不过产生的原理近似而已。检测上的噪音指的是因为检测设备或物体表面等原因所造成的检测数据偏离理论或实际值的跳动。就好像用手画一条圆弧线一样，总体看是一条圆弧线，但仔细近看，就会看到这条线并非完全光滑，而是有数目不等的锯齿跳动，这些锯齿也就是所谓的噪音。软件上减少噪音的方法无非就是把这斜偏差通过加全平均的方法来生成一个平均值从而实现一定程度的光滑化。
6. 示例 对点云的一个很重要的处理步骤就是取样。取样的目的是简化点云从而达到减少点云点数的目的，从而利于后续处理。当然，取样是一个点云点数目和细节程度的均衡过程。点云点数目越多，自然越有利于表达更细致的细节，但同时处理过程需要花费更多的计算资源；点云点数目太少，又会导致细节丢失，所以取样的百分比要根据实际需要来确定。取样有三种方法。
z
随机抽样：通过随机减少一定数目的点来达到取样的目的。 z
统一抽样：通过给定一个定距离把小于该距离的点去除以达到取样的目的。 z 按曲率抽样：根据曲率的大小来决定样点的多少，曲率越大的地方保留的样点越多。 上面三种方法中，前两个方法都是把所有点看作一样的，所以只适合在点云特别多特别密集的时候使用，通过这两种方法大幅度减少点云点数目。最后一种方法是居于表面细节的，也就是细节越多的地方通常都是曲率越大的地方，这样就可以有效地保留细节的点。而对于比较光滑的地方则可以适当少保留点。一般最后的点处理阶段建议用这种方法来取样。
最后的“示例百分比”是要保留的点云点数百分比，如图14-9所示。
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图14-9 14.2 包对点云的处理完成后，就可以进入包修阶段，这可以通过使用“点”→“包络”命令来达到。从表面来看包修阶段和小平面阶段并没有什么区别，都是由三角面所组成，如图14-10所示。区别在于：包修阶段包含了所有原始点云的内部结构，也就是说在包修阶段虽然点云没有显示出来，但在系统内部还是保存了这些点云的数据结构；而当进入小平面阶段就会把原始的点云删掉。
图14-10
进入包修阶段，原来的“点”菜单就会自动消失并出现“换行”菜单。在包修阶段中也分两个阶段，一个是粗调阶段，也就是刚从点进入包修环境的阶段；另一个阶段是精调阶段。粗调阶段自动化程度相对较高，适合用于大范围处理包络。精调阶段自动化程度相对较低，需要手工参与较多，但可以较好地实现细节的调节和整理。
z
按长度选取：可以用这个方法来选取三角形边长超过给定值的所有三角形。 z
压浅：删除选中的表面三角形以显示底层的三角形。
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z
穿透：删除所选区域内所有三角形(包括表面和底层
的)，类似于穿孔命令。
图14-11
z 压深：删除和所选三角形具有相同点密度的所有三
角形。
z 移除腹板：删除由于扫描的原始点云间隙所造成无用
三角形。
菜单如图14-11所示。 1. 按长度选取
用这种方法可以轻松选取所有的相对稀疏的三角形，以进
一步处理(比如重定义、加密等)。例如，设定长度为0.8，那
么所有边长大于0.8的三角形都会被选取，如图14-12所示。 图
14-12 2. 压浅
示例如图14-13所示。
图14-13
如图14-14所示，因为上面的四个凸台的直壁部分没有扫描数据或者是比较稀疏，生成包
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络的时候系统就会认为它的相连点是外面的凸台圆周边上的点，并在这些点直接连上比较稀疏的三角形从而遮住了底层实际需要的旋转台的三角形。
图14-14 压深和压浅类似，不过压深时会自动根据点的密度扩展选取，通常造成多余的三角面的点云密度都是比较稀疏的(因为实际模型中是没有的)，所以根据点云的密度就可以移除多余没用的三角形。
3. 移除腹板
还有一种情况，在实际的扫描中，例如，激光扫描，当内腔侧壁较直且深的时候，通常就会形成扫描死角，造成侧壁部分表面无法扫描点，数据丢失。例如，下面的瓶子，把手和主身的内侧中间部分就会形成一条“真空带”(
点数据缺失带)。这样在生成包络的时候就会有可能通过连接主身上的开口边和手柄处的开口边而形成多余的连接面，如图14-15和图14-16所示则为移除连接面后的形状。 图
14-15 图14-16 要移除这种多余的连接面，就要用到“移除腹板”命令，Pro/ENGINEER 通过两个参数来进行对这种连接面的智能化选取。因为一般来说连接面的三角形边长都会比正常的要长得多，
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而且角度的偏差也会比正常的大得多，所以可以通过这两个参数来进行连接面的选取，在“移除腹板”对话框中，如图14-17所示，“最小边长”文本框中就是设定要移除的连接面的最短边长，你可以用右边的箭头来进行直接测量两点的距离来自动输入。“最小角度偏差”文本框则是设定要移除的连接面的最小角度偏差。移除腹板的选择和压深的类似，也是系统会自动扩展选取的。
图14-17
当大范围的多余数据处理完后，
就可以进入精调阶段。在精调阶段又会增加三个细调命令：填充边，填充，填充层。这三个命令在实际操作中感觉非常不好用，得到的结果实在令人不能满意，所以在此不多介绍。感兴趣的可以看帮助以获得更多的信息。
精调完后可以进入小平面阶段了，命令：精调→多面体面或包修。在小平面阶段可供选择的命令如下。
“按长度选取”和“反向选取”两个命令和前面的点的选择含义是一样的。
z 删除：删除所选择的元素。
z 填充孔：修复破孔。
图14-18 z 整理：整理小平面以达到更好的表面。
z 分样：按百分比减少三角形数目。
z 精整：通过添加所选区域的三角形数目来达到提高表面
质量的目的。
z 松弛：通过降低张力来达到三角形表面光滑化。
z 生成集管：将所有三角形的边(除边界外)不间断地连接
在一起。
z 添加小平面：通过定义三点添加一个三角面。
z 反向边：改变两个相邻三角形所构成四边形的对角线以
达到切换方向的目的。
z 分割边：通过拆分所选边来添加三角形。
菜单如图14-18所示。
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1. 删除
可以通过手工选择不需要的三角形并删除，注意边界的颜色显示，如图14-19所示。
图14-19
2. 填充孔
利用这个命令可以把扫描过程点丢失所造成的破孔补上。如图14-20所示，要激活“填充孔”命令，首先要选择破孔的一条开放边。为此首先要在智能选择列表框中选择Edges 然后才能进行边界的选择，如图14-21所示选择其中一条开放边。 图14-20 图14-21 单击填充孔的图标(如图14-22所示)
，打开“填充孔”对话框，在Pro/ENGINEER 中，孔的填充有两种方法，一种是曲率，采用这种填充方法生成的小平面会维持和原来已有的三角形的曲率连续过渡，也是一般常用的孔填充方法。另一种是平整，采用这种方法填充的孔则不管已有的三角形曲率，直接用平面的方式直接生成“平”的三角形。单击“确定”按钮系统就会把孔补好，如图14-23所示。
图
14-22
图14-23
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下面两张图显示了两种不同方法的填充效果，如图14-24所示。
图14-24 3. 整理
“整理”命令使用形状修正算法。使用此命令可修正多面数据的三角形，整理多面几何使多边形曲面符合由原始点集确定的形状。此命令可根据所选模式移除凹痕、平滑圆柱部分或锐化边。
此命令也有两种模式：自由生成和机械，分别针对自由形状(如卡通公仔)和机械产品。如图14-25所示两张图可以看到此命令所产生的效果。一般来说，对原始三角形进行一次整理准没错。
图14-25 4. 分样
为了减少计算资源的使用以便于后续处理，通常都要对原始三角形进行分样来减少三角形数目。至于要减少到多少，视各人对细节要求和电脑配置有关。在不影响速度的情况下，多保留一些三角形还是有好处的。
在“分样”对话框中有两项内容要设置，一个是“保持百分比”，也就是希望分样后保留的三角形数目；另一个“固定边界”选项则可以保证在分样过程中不会影响到边界的三角形以维持边界的精度。如图14-26所示的两图则显示了分样的效果。
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图14-26 5. 精整
对于某些不便扫描的区域，通常得到的点数目都比较少，这样生成的三角形数目少而边长长，表面比较棱化，这时候可以用“精整”命令来添加三角形从而达到细化的目的。
添加的算法有两种：3X 分舱和4X 分舱，如图14-27所示。
3X 分舱：对选定区域中现有的每个三角形都使用三个三角形替换。 4X 分舱：对选定区域中现有的每个三角形都使用四个三角形替换。
如果选中“移动点”复选框，那么在精整过程中就会自动调整顶点的位置以便容纳增加的三角形并生成更平滑的曲面。“固定边界”复选框则可以确保自动精整过程中不移动边界边和锐边，在边界包含拐角或要保留的特征线时，这是非常有用的。
图14-27 因为精整主要是针对三角形比较稀疏的区域进行的，所以一般要和“按长度选取”选项结合使用比较好。
6. 松弛
松驰也是逆向中的一个重要术语，这个词是根据橡皮筋的受力表现出的形状而产生的，想象一下一条橡皮筋两端固定(如图14-28所示)，假如在中间填加力，那么力越大，橡皮筋就崩得越直并凸起的角就越小(换言之就是越尖)；力越小自然就越松弛，换言之就是越顺滑。
回到三角面，扫描得到的三角面粗看还是比较光滑的，但是放大来看就会看到类似山峰的凸起，也可以看作是因为三角形受到拉力而凸起的。假设原始的拉力为1，那么当把这个力减小的话，三角形的凸起就会得到弱化从而实现光滑贴形的目的。
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图
14-28
在“松驰”对话框中，有几个选项，如图14-29所示。
图14-29 z
迭代：迭代次数，即进行松弛操作的次数，值越大得到的结果越光滑，不过太高的值就没有意义了，徒然增加运算时间而已，2到3次即可。 z
强度：即进行松弛的强度，强度越大就越松弛，也就是得到的结果越光滑，但是也意味着精度会相应降低，所以要根据实际情况确定一个均衡点。
z 固定边界：允许在松弛过程中维持边界不变。 7. 添加小平面
可以通过定义三个端点来添加一个小平面，如图14-30所示。
图14-30
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8. 反向边界
此命令通过选择两个三角形的一条公共边，然后用两个三角形所构成的四边形的另一条对角线替换所选的对角线，从而改变两个小平面的方向，如图14-31所示。
图14-31
9. 拆分边界
通过选取两个小平面的公共边，将边分割成两部分，并将这两个小平面分别分割成两部分，如图14-32所示。
图14-32
10. 生成集管
小平面的最后一步，一定要生成集管，否则就进入不了后续的重造型模块。生成集管的意思就是将所有三角形的边(除边界外)不间断地连接在一起。也就是对每个集管而言，它的三角形内部边都是连在一起的。
生成集管的两个选项“打开”和“封闭的”主要是针对在点包修时候所采用的模式，如图14-33所示。一般地，当点云比较密集时，包修的时候可以用打开的方式。这样的计算时间比较短，只有当打开方式产生的结果不理想时再用封闭的方式尝试。而对点云比较稀疏的时候建议用封闭的方式。
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图14-33
经过上面的步骤，就可以由点云最终生成下面的小平面模型，如图14-34所示，退出小平面环境便可。
图14-34
最后来总结一下小平面的流程。
z 点处理
使用“插入”→“小平面特征”并输入.pts 、.acs 、.vtx 或 .ibl 文件，输入点集。 去除错误数据，例如，在所需几何外部的点。
必要时可删除部分点。
将噪音减到最少。
对点进行取样以整理数据并减少计算时间。
由点集创建包络。
z 包络处理
通过在选定区域内扩展曲面或扩展曲面直到点密度改变处，来移除三角形。
移除由点集创建包络时在模型的间隙生成的连接面。
以直线方式贯穿模型来移除三角形，这类似于钻孔。
向几何的选定区域添加三角形的一个单独的层。
填充选定几何的所有凹陷部分。
填充需要附加体积的区域，以便定义在扫描时变模糊的边。
z 小平面处理
删除不需要的小平面。
减少三角形的数量而不损坏曲面的连续性或细节。
填充可能在扫描过程中引入的孔。
通过减小小平面尺寸改善多面几何。
通过以迭代方式改变顶点坐标来平滑多边形曲面。
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反转有公共边的两个小平面的方向。 通过分割现有小平面或选取三个开放顶点来创建新的小平面，从而添加小平面。
下面用例子把整个流程串一下。
(1) 创建小平面特征，输入点云，结果如图14-35所示。
图14-35 (2) 删除多余点，如图14-36所示。 图14-36
(3) 降低噪音，如图14-37所示。
图14-37
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(4) 生成包修，进入包修阶段，有破孔，如图14-38所示。
图14-38
(5) 把孔部分的小平面先删除，如图14-39所示。
图14-39
(6) 基于曲率进行孔的填充，如图14-40所示。
图14-40
(7) 填充完所有的孔，效果如图14-41所示。
(8) 整理三角面，如图14-42所示。
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图14-41
图14-42 (9) 选择所有较稀疏三角形区域，如图14-43所示。 图14-43
(10) 精整稀疏区域添加三角形，如图14-44所示。
图14-44
(11) 对生成的较密集区域重新分样减少部分三角形，如图14-45所示。
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图14-45
(12) 删除边界部分的紊乱三角形，如图14-46所示。
如图14-46
(13) 添加三角形以完整边界，如图14-47所示。 图14-47
(14) 最后生成集管，流程完成，如图14-48所示。
图14-48
有关应用小平面特征进行点云的前期处理的更多实际案例，读者可以登录无维网浏览和查看，尽管proe 小平面功能并不算非常强大，但对于处理一般的3C 产品扫描点云来说也算足够，熟练掌握它可以大大减少对其它软件的依赖性，也避免了频繁转换的麻烦和时间转换，对于提
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高逆向的效率是非常有好处。
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