第3章 三维CAD模型重构
三维CAD模型重构方法、过程及实例
特征的定义及表达
几何特征是几何造型的关键，他们对控制几何形体的形状 有极为重要作用，同时几何特征之间还具有确定的几何约束 关系。
因此，在产品模型的重构过程中，一个重要的目标就是 还原这些特征以及他们之间的约束，得到一个优化的CAD模型， 使孤立的曲面片转化成一个整体的几何模型。
三维CAD模型重构方法、 过程和实例
输出匹配的 文件格式
自动将点云 数据转换为
多边形
Geomagic Studio
主要功能
快速减少 多边形数目
(Decimate)
曲面分析 (公差分析等)
把多边形 转换为曲面
三维CAD模型重构方法、 过程和实例
Geomagic Studio软件工作流程如下图所示：
这和多数工业产品的设计意图相符合。可有效解决产品 的装配对齐、造型的对称等问题，进而减小误差，提高产品 质量。
三维CAD模型重构方法、 过程和实例
约束的定义、分类及表达
逆向工程中的曲面重构不是对数据的简单拟合，而是 要满足几何约束下的重构。
三维CAD模型重构方法、 过程和实例
Imageware 软件
• 应用曲线拟合造型的典型商用软件 • 广泛应用于汽车、航天、消费家电、模具、计算机零部
件等设计与制造领域。 • 软件包括以下几个模块：基础模块、点处理模块、曲线、
曲面模块、多边形造型模块、检验模块和评估模块。
三维CAD模型重构方法、 过程和实例
曲
面
模
模
型
型
评
重
价
建
实 体 模 型
下 游 应 用
三维CAD模型重构方法、 过程和实例
➢ 应用这种三边域曲面重构方法的典型商用软件是 Geomagic Studio软件。该软件可轻易地从扫描所得的 点云数据创建出完美的多边形模型和网格，并可自动 转换为 NURBS 曲面。
CAD三维建模教程
CAD三维建模教程CAD是计算机辅助设计的缩写，三维建模是CAD的一个重要应用领域，广泛应用于工程设计、建筑设计、产品设计等领域。
下面我们将介绍CAD三维建模的基本步骤和一些常用工具，帮助您快速入门。
首先，我们需要选择合适的CAD软件进行三维建模。
目前市面上有许多CAD软件可供选择，如AutoCAD、SolidWorks、CATIA等。
不同的软件有不同的操作界面和功能特点，您可以选择适合您需求的软件进行学习和使用。
在开始建模之前，我们需要了解一些基本概念。
CAD中的三维建模是基于三维坐标系进行的，通常用X、Y、Z三个轴来表示。
X轴表示宽度方向，Y轴表示长度方向，Z轴表示高度方向。
在建模过程中，我们需要通过绘制图形来构建三维模型。
接下来是建模的具体步骤：1. 创建基础形状：根据设计需求，我们可以选择不同的基础形状作为起点。
如长方体、球体、圆柱体等。
软件中通常有相应的绘图工具可以帮助我们完成这一步。
例如，在AutoCAD中，我们可以使用矩形命令创建长方体。
4.应用材质：建模完成后，我们还可以为模型添加材质，使其外观更加真实。
CAD软件通常提供了一些预设的材质库，我们可以选择合适的材质应用到模型上。
此外，还可以调整材质的颜色、光照等参数来达到所需的效果。
5.渲染与预览：当模型建立和材质应用完成后，我们可以进行渲染和预览，以查看最终效果。
CAD软件通常提供了渲染和预览的功能，在此过程中可以调整光照、阴影等参数，以获取最佳效果。
除了以上的基本步骤外，还有一些常用的工具和技巧可以帮助您更高效地进行三维建模。
比如使用捕捉工具来对齐、平移和旋转对象；使用镜像和阵列工具来快速复制对象；使用约束和关系来确保模型的几何关系等。
最后，三维建模是一个技术含量较高的过程，需要不断的实践和学习。
希望以上的简单介绍可以帮助您快速入门CAD三维建模，并且能够掌握更多的技巧和工具，提高建模的效率和质量。
祝您成功！。
《逆向工程及快速成型技术》课程标准
《逆向工程与快速成型技术》课程标准一、基本信息1．课程地位：逆向工程与快速成型技术是“模具设计与制造专业”的一门专业选修课程，通过本课程学习，学生应掌握逆向工程的基本概念和技术体系，了解学科发展趋势；掌握面向实物样件的数字化、数据处理、模型重建与评价的基本理论与技术；培养学生建立面向机电产品的逆向工程方法论，初步掌握一种支持逆向工程的应用软件工具。
2．课程任务：本课程教学任务是使学生认识逆向工程与正向设计的关系，掌握逆向工程的设计思路；掌握几种快速原型制造工艺，具备面向实物样件的数字化、数据处理、模型重建与评价的基本理论与技术的能力。
3．课程衔接：《数控加工工艺与编程》、《UG设计基础》、《CAD制图》、《三维扫描与逆向建模》等课程。
三、课程目标本课程目的是使学生掌握逆向工程的基本概念和技术体系，了解学科发展趋势；掌握面向实物样件的数字化、数据处理、模型重建与评价的基本理论与技术；培养学生建立面向机械产品的逆向工程方法论，初步掌握一种支持逆向工程的应用软件工具。
四、课程理念1．课程设计原则：围绕专业知识、能力与素质矩阵，根据本课程教学内容，结合后续课程及工程技术岗位的需要，优化课程教学内容，分解课程知识与能力模块，以实施理论与实践双融合教学为理念，借助课堂精讲（或精品课程平台、工厂实际操作视频），完成课程理论知识的教学，以实验设计和生产问题解决形式（课内训练、课外作业）实现动手能力训练。
通过“教、学、做、评一体化”完成该课程教学。
2．课程内容结构：（1）课程项目学习安排：课内以项目讨论学习为主，过课堂教学和应用实践等多个环节，使学生掌握快速成型与快速制模的理论原理、技术方法和工程应用，为今后从事相关领域的科学技术研究，解决工程实际问题奠定坚实的基础。
通过实验，了解逆向工程中原始数据的采集方法和应注意的问题；掌握三维结构光扫描装置的基本操作和相关知识元；掌握Geomagic软件的基本操作。
了解快速成型的原理及其与传统加工工艺的区别；了解不同快速成型方式的优点、缺陷和应用范围。
CAD三维建模教程详解
CAD三维建模教程详解首先，进行CAD三维建模之前，我们需要有一个清晰的构思和设计方案。
例如，如果要设计一个建筑模型，我们需要知道建筑的形状、大小、材质等等。
在有了设计方案之后，我们可以开始进行实际的建模工作。
第一步是创建基本几何体。
对于建筑模型来说，我们可以使用长方体来代表建筑的主体。
在CAD软件中，我们可以选择“创建”或“绘制”工具，在绘图区域中绘制一个长方体。
然后，通过输入具体的尺寸和坐标来调整长方体的大小和位置。
第二步是进行细化和修饰。
通常情况下，建筑模型不仅仅是简单的长方体。
我们可能还需要添加门窗、楼梯、天花板等细节。
在CAD软件中，我们可以使用“布尔运算”等工具来进行细化。
例如，我们可以使用“布尔并集”将一个长方体和一个圆柱体合并在一起，以创建一个柱形的结构。
第三步是添加材质和贴图。
为了使建模更加逼真，我们可以给建筑模型添加材质和贴图。
CAD软件通常提供了各种不同类型的材质和贴图，我们可以选择适合我们设计的材质和贴图。
例如，我们可以给墙壁添加砖石贴图，给地板添加木质材质。
第四步是进行灯光和渲染设置。
在建模完成后，我们可以设置场景中的灯光效果。
灯光可以影响模型的明暗效果，从而提高逼真度。
此外，我们还可以设置渲染参数，以获得高质量的渲染效果。
通常情况下，CAD软件提供了多种渲染模式和参数，我们可以根据需要选择合适的设置。
除了以上的基本步骤外，CAD三维建模还需要一些技巧和注意事项。
首先，熟练掌握CAD软件的操作方法非常重要。
不同的CAD软件有不同的操作界面和工具栏，我们需要熟悉这些工具和操作方法，才能高效地进行建模工作。
其次，注意模型的准确性和精度。
CAD三维建模是一个精确的过程，因此我们需要确保模型的尺寸和位置都是准确的。
一些CAD软件提供了尺寸和坐标调整工具，我们可以使用这些工具来调整模型。
此外，灵活运用CAD软件的特殊功能也是提高建模效率的关键。
例如，一些CAD软件提供了“数组”工具，可以快速复制和排列相同或相似的构件。
CAD中的图形修复和重构方法
CAD中的图形修复和重构方法在使用CAD软件进行设计和建模的过程中，图形修复和重构是非常重要的步骤。
图形修复可以帮助我们解决模型中的问题，使其符合设计要求；而图形重构则可以改善模型的几何结构和拓扑关系，提高建模的精度和质量。
本文将介绍一些常用的CAD软件中的图形修复和重构方法。
1. 边界修复在CAD模型中，经常会出现不封闭或断裂的边界。
这些问题会导致建模错误，影响后续操作。
为了修复这些问题，我们可以使用边界修复工具。
该工具可以自动检测和修复不封闭或断裂的边界，使其成为封闭的多边形。
修复后的边界可以更好地用于进行建模和分析。
2. 点云处理点云是一组离散的三维点，可以通过激光扫描或摄影测量等方式获得。
在CAD建模中，点云可以用于数字化实体、逆向工程和形状分析等方面。
然而，点云数据往往存在噪音、缺失和异常值等问题，需要进行处理和修复。
CAD软件提供了点云数据的滤波、采样、插值和重建等功能，可以帮助我们处理和修复点云数据，使其更加准确和完整。
3. 模型简化在一些情况下，CAD模型可能过于复杂，不利于后续操作和分析。
此时，我们可以使用模型简化工具进行简化处理。
模型简化可以去除模型中的冗余顶点和面片，减小模型文件的大小和内存占用。
同时，简化后的模型仍然保持了原始模型的几何形状和拓扑关系，不会影响建模的精度和准确性。
4. 拓扑修复在CAD建模过程中，模型的拓扑关系常常出现错误或不完整。
拓扑修复是指对这些错误或不完整的拓扑进行修复和改进。
CAD软件提供了拓扑修复工具，可以自动检测和修复模型中的拓扑错误，例如面片交叉、重叠、孔洞和孤立点等。
修复后的模型可以更好地满足设计要求和建模要求。
5. 模型重构模型重构是指对CAD模型进行重新建模和改进，以提高模型的质量和精度。
重构可以包括对模型的几何结构、曲线、曲面和体素等方面进行调整和优化。
CAD软件提供了各种重构工具，可以帮助我们改进模型的形状和结构，使其更具可视化效果和设计性能。
CAD模型的优化与几何重构技术方法
CAD模型的优化与几何重构技术方法一、简介CAD模型的优化与几何重构技术方法是设计、建模和制造领域中重要的技术手段。
它旨在通过对CAD模型进行优化和重构，提高模型的精度、准确性和可靠性，以满足各种设计、生产和测试的需求。
二、CAD模型的优化技术方法1. 网格优化网格优化是CAD模型优化中常用的方法之一。
通过对CAD模型的网格进行优化调整，可以改善模型的表面光滑度和精度，提高模型的可视化效果和真实感。
常用的网格优化算法包括边界调整、顶点合并、滑坡调整等。
2. 拓扑优化拓扑优化是CAD模型优化的另一种常见方法。
通过对CAD模型的拓扑结构进行调整和改进，可以提高模型的性能和可靠性。
拓扑优化常用的算法包括形状优化、区域分割、拓扑变换等。
3. 材料优化材料优化是CAD模型优化中的重要环节。
通过选择合适的材料，优化CAD模型的构造和组织，可以提高模型的力学性能和耐久性。
材料优化常用的方法包括材料选择、材料配比、材料测试等。
三、CAD模型的几何重构技术方法1. CAD模型的几何重建CAD模型的几何重建是将CAD模型从二维或三维数据中进行重构的过程。
通过几何重建，可以恢复和重建CAD模型的几何信息，并提供完整和准确的模型数据。
几何重建常用的技术方法包括边缘提取、曲面重建、形状划分等。
2. CAD模型的几何修复CAD模型的几何修复是指对CAD模型进行修补和修复，以消除几何缺陷和错误。
通过几何修复，可以提高CAD模型的完整性和精度，减少生产和测试过程中的错误和问题。
常用的几何修复技术包括填充孔洞、平滑曲面、补充丢失的几何信息等。
3. CAD模型的几何转换CAD模型的几何转换是指将CAD模型从一种形式或格式转换为另一种形式或格式的过程。
通过几何转换，可以将CAD模型应用于不同的设计和制造环境中，提高模型的适应性和可用性。
常用的几何转换技术包括坐标转换、尺寸转换、向量转换等。
四、总结CAD模型的优化与几何重构技术方法是设计、建模和制造领域中重要的技术手段。
cad三维建模基础教程
cad三维建模基础教程CAD三维建模基础教程导语：CAD（计算机辅助设计）是一种通过计算机软件进行工程设计、图形处理和模拟分析的技术，凭借其高效速度和精确度已成为现代设计领域的重要工具。
三维建模是CAD技术的重要应用之一，通过三维建模可以在计算机中生成具有真实感和实际尺寸的三维模型。
本教程将介绍CAD三维建模的基础知识和技巧，帮助初学者快速入门。
一、CAD三维建模概述三维建模是基于CAD软件的一种技术，通过在计算机中创建丰富的几何体和模型，从而将设计从二维转化到三维。
三维建模可以为工程师、设计师和制造商提供更直观、更精确的设计和分析平台。
二、CAD三维建模的基本操作1. 创建新的三维模型文件：打开CAD软件，选择“新建”命令，选择适当的模板和单位设置，创建新的工程文件。
2. 绘制基本几何体：通过绘图命令绘制基本的几何体，如线、圆、矩形等，可以使用CAD软件提供的绘图工具，也可以通过键盘输入绘图命令。
这些基本几何体将作为建模的基础。
3. 编辑和修改几何体：CAD软件提供了多种编辑和修改工具，可以对已创建的几何体进行移动、旋转、缩放、拉伸等操作，以满足具体的设计需求。
4. 创建复杂几何体：通过组合和变换基本几何体，可以创建出更复杂的几何体和模型。
例如，可以使用布尔运算对几何体进行求交、求并等操作，或者使用平移、旋转、缩放等操作对几何体进行变换。
三、CAD三维建模的工具和技巧1. 快捷键和命令：熟悉CAD软件提供的快捷键和命令，可以极大地提高工作效率。
例如，Ctrl+C和Ctrl+V可以复制和粘贴选定的几何体，Ctrl+Z可以撤销上一步操作，F3可以切换到3D视图等。
2. 快速选择和过滤：CAD软件通常提供了快速选择和过滤工具，可以根据特定的属性、图层或对象类型选择几何体。
这些工具可以大大简化复杂模型的选择和编辑。
3. 坐标系和参照：在三维建模过程中，坐标系和参照物非常重要。
可以通过设置和调整坐标系来精确定位和对齐几何体，也可以使用参照物作为基准进行建模。
三维重构处理步骤
三维重构处理步骤
三维重构处理步骤通常包括以下几个阶段：
数据采集：这是三维模型重建的第一步，可以使用不同的方法，如激光扫描、摄影测量等。
这些方法可以获取物体的二维图像或者点云数据，作为后续处理的基础。
摄像机标定：通过摄像机标定来建立有效的成像模型，求解出摄像机的内外参数。
这样就可以结合图像的匹配结果得到空间中的三维点坐标，从而达到进行三维重建的目的。
特征提取：在进行特征点的提取时需要先确定用哪种匹配方法，特征主要包括特征点、特征线和区域。
立体匹配：立体匹配是指根据所提取的特征来建立图像对之间的一种对应关系，也就是将同一物理空间点在两幅不同图像中的成像点进行一一对应起来。
三维重建：有了比较精确的匹配结果后，结合摄像机标定的内外参数，就可以恢复出三维场景信息。
这个阶段可能会涉及到稀疏重建和稠密重建等步骤，以得到更完整和精确的三维模型。
此外，在进行三维模型重建之前，还需要对采集到的数据进行预处理，如去噪、填补缺失的数据等。
对于激光扫描得到的点云数据，可以使用滤波算法去除离群点和噪声点；对于摄影测量得到的数据，可以使用图像处理技术去除照片中的噪声和伪影。
最后需要说明的是，这些步骤并不是严格按照顺序进行的，
有些步骤可能需要反复迭代和优化才能得到满意的结果。
同时，由于三维重构的复杂性和多样性，具体的处理方法和步骤可能会因应用场景和数据类型的不同而有所差异。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
▪ 2、拉伸( Extrusion)
使选定曲线的端点延伸到指定点（屏幕、曲线、曲 面），或使选定曲线的端点延伸指定长度。
▪ 3、旋转( Revolving)
使选定的界面曲线绕一轴线旋转一定的角度所形成 的曲面。
▪ 4、 放样( Lofting) 或蒙皮( Skining) ▪ 5、扫掠( Sweeping) ▪ 6、 混合(Blend) ▪ 7、四边界
三角面片(B-样条、Bezier)和三角网格（平面）表示 的模型重建
3.1 曲面重构方法
▪ 目前，在反求工程中主要有3种曲面重构方法： ①以Nurbs曲线为基础的曲面重构方法；
▪ ②以三角Bezier曲面为基础的曲面重构方法； ▪ ③以多面体方式描述曲面产品。 ▪ 三维重构时必须考虑以下2个关键问题：一是怎
样用比较简单的几何元素对模型进行表达；二是 怎样找到原始设计者的造型思路或痕迹，并以类 似（最好是相同）的几何元素来构建CAD模型。
▪ B 样条及NURBS 曲面表示是目前成熟的商品化 CAD/CAM系统中广泛采用的曲面表示方法,这类曲 面可以应用四边参数曲面片插值、拉伸、旋转、放 样( Lofting) 或蒙皮( Skining) 、扫掠 ( Sweeping) 、混合(Blend)和四边界方法 (Boundaries) 构造, 也称矩形域的参数曲面获四边 曲面, 以此为基础, 已形成一套完整的曲面延伸、求 交、裁剪、变换、光滑拼接及曲面光顺等算法。
模型重构 方法的选择
对曲面片的直接拟合造型来说，数据分割的准 确又显得十分重要，因为，如果用一张曲面片去拟 合两个或两个以上的曲面类型组成的曲面，最终拟 合曲面一般都是不光滑的。
模型精度评价及量化指标
制造误差 补偿误差
原型误差
模型精度误差 造型误差
逆向工程的误差来源
பைடு நூலகம்
测量误差 数据处理误差
模型的精度评价
1）由逆向工程中重构得到的模型和实物样件的 误差到底有多大。
2）所建立的模型是否可以接受。 3）根据模型制造的零件是否与数学模型相吻合
模型重构 方法的选择
基于曲线的造型方法较适合于有序的测量数据， 并且外形是以某种确定的造型方式生成的曲面模型。 这种方法的不足之处在于，如果模型曲线分布较密， 若曲面造型时通过所有的曲线，则不能保证曲面的 光滑性。反过来，如果选择的曲线数量较少时，又 难以保证曲面的精度。对曲面片的直接拟合造型来 说，数据分割的准确又显得十分重要
▪ 1、插值(Interpolation)
给定一组有序的数据点Pi (i=0, 1, … , n)， 构造一条曲线顺序通 过这些数据点，称为对这些数据点进行插值(Interpolation)，所构 造的曲线称为插值曲线，所构造的曲面称为插值曲面。
1）优点与测量点的误差为零 2）测量点过多时，控制困难 3）测量有误差时，光顺性差
曲面片直接拟合造型
▪ 直接对测量数据点进行曲面片拟合。获得的曲面片 经过渡、混合、连接形成最终的曲面模型，其过程 如图所示。该方法既可以处理有序点，也能处理点 云数据（散乱数据点）。
基于曲线（特征及约束）的模型重构
▪ 基于特征的模型重构是将正向设计中的特征技术引 入到逆向工程中，通过提取蕴含在测量数据点云中 的表达原始设计意图的特征，重建基于特征的逆向 工程CAD模型。基于特征的模型重构技术需要解决 的是如何从离散的数据点识别和抽取原有的形状几 何特征信息。
第3章 三维CAD模型重构
3.1 曲面重构方法 3.2 曲面模型重构的工作流程 3.3 曲面重构的实例
3.1 曲面重构方法
▪ 分类： （1）按数据类型分：有序点和散乱点的重建； （2）按测量机的类型分：基于CMM、激光点云、CT
数据和光学测量数据； （3）按造型方式分：基于曲线的模型重建和基于曲
面的直接拟合； （4）按曲面表示分：边界表示、四边B-样条表示、