基于逆向工程玩偶三维曲面模型重构技术

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1、基于逆向工程玩偶三维曲面模型重构技术　　摘要：本文研究了应用UG软件对“点云”数据进行曲面重构的过程：扫描线的生成、扫描线的排序、曲面裁剪和曲面的拼接直至曲面的构成，提出了一种先平面裁剪后拼接融合的多个小平面拼接方法，可使多个曲面光滑地连接成为一体。关键词：点云逆向工程三维曲面模型重构一、引言CAD/CAM技术的日益成熟，并与现代加工设备的有机结合，只要有了三维CAD模型，就可实现对产品进的新设计和各种工程分析，结合产品开发的要求进而创造出新产品。二、基于UG软件的玩偶曲面重构5在玩偶的曲面逆向工程中，玩偶曲面重构是设计玩偶CAD模型构建的关键。这里重点以玩偶的点云数据为

2、对象，对玩偶曲面的特征曲线进行重构，如图1所示。在对玩偶曲面的构建之前，首先对玩偶曲面构建进行规划，通过分析玩偶曲面的结构特征，可以将玩偶点云数据曲面的构建分为5部分：耳朵、脸、眼睛、嘴巴、鼻子，对这五个部分分别进行曲面构建后再进行拼合，如图2所示。在玩偶曲面的重构过程中，为了便于元素的选择，采取了将耳朵、脸、眼睛、嘴巴、鼻子分别建立在不同的层上，各自的特征线也归属于自己的层，这样便于玩偶各部分曲面重构方便操作。（一）玩偶逆向建模曲线构建特征线是CAD模型重构的重要信息，特征线构建质量直接影响逆向建模的质量。本节以玩偶的点云数据为例，说明应用UG软件构建曲线的过程。对于以

3、自由曲面为主要构成要素的产品，型面分析师建模规划的主要内容，即如何将一个复杂曲面产品分解成单张自由曲面。以玩偶点云数据为例，该CAD模型可以分解为耳朵、脸、眼睛、嘴巴、鼻子，这些部分又可以再次细分为四边形构成的曲面。将玩偶点云数据作截面点，形成一条水平截面线。截面点云数据以X=0坐标平面呈对称。故在轮廓线的构建过程中，只要构建一般的曲线轮廓，然后使用镜像操作就可生成全部的曲线轮廓。对玩偶耳边边界曲面由截面点云数据插值生成，以此选择点云数据生成一条B样条曲线，由于耳朵边沿曲线变化平缓，在取点时尽量使插值点分布均匀，分析重构曲线的曲率分布情况。对耳边曲线进行光顺处理，比较生成

4、曲线与点云数据的偏差，并对点云数据进行插值生成圆弧曲线后，对点云数据进行B样条曲线生成。5对点云数据进行插值生成圆弧曲线并进行镜像操作，桥接对称曲线在对称曲面附近的部分。由于桥接的曲线两两并不相接，为使曲线首尾相连，首先要对曲线进行延伸使其相互相交，即延伸所有的曲线，对相交曲线进行修剪。玩偶眼部轮廓曲线由眼部点云数据插值生成一条B样条曲线。同样对曲线的曲率分析，进行曲线光顺处理后，曲线与点云的偏差会增大，因而在后续的操作中需要对曲线继续编辑处理，通过调整B样条曲线的控制点，使重构B样条曲线与点云数据尽可能接近。然后对眼部曲线进行编辑、镜像、桥接处理。按照上述同样的构建思路

5、对玩偶点云数据中嘴巴部分的曲线、鼻子部分的曲线、舌头部分的曲线进行重构。对玩偶点云数据眼睛部分的点云进行提取，并分割点云数据，保持原有的点云数据。（二）玩偶逆向建模曲面重构玩偶的自由曲面比较复杂，用一张曲面来拟合所有的数据点是不可能的。前面提到了可以分为5部分：耳朵、脸、眼睛、嘴巴、鼻子，本节结合UG软件的曲面造型分析玩偶逆向曲面重构的过程。1.耳朵的曲面重构耳朵部分的曲面构建可以通过顶部的点云拟合出一个曲面，耳朵侧面由其轮廓线拉伸形成，然后通过倒圆角命令生成圆弧过渡，从而完成耳朵部分的曲面构建，最后将点云显示出来。2.脸部的曲面重构5脸部的曲面重构与耳朵部分的曲面构建相

6、似，首先通过脸部的特征线将脸部的点云数据提取出来，然后基于点云数据进行曲面拟合，侧面曲面也是通过拉伸的方式建立起来的，然后通过倒圆角命令生成圆弧过渡，完成脸部分的曲面构建。3.脸部与耳朵部分的曲面修剪脸部与耳朵部分的曲面存在部分相交，对相交的部分进行修剪，首先求出脸部曲面与耳朵部分曲面之间的交线，然后，通过修剪命令修剪脸部曲面和耳朵部分的曲面。4.眼睛部分的曲面重构眼睛部分的曲面重构与脸部的曲面构建相似，首先通过眼睛部分的特征线将眼部的点云数据取出来，然后基于点云数据进行曲面拟合。将拟合曲面扩展后，将特征线投影到重构面上，然后进行裁剪完成面的重构。5.眼珠部分的曲面重构首

7、先通过交互方法将眼珠的点云数据提取出来，然后，生成底部椭圆面，由上面的椭圆轮廓创建5条特征线，由包围的4条线提取点云，再由线与点云重构曲面，以此完成眼珠部分的曲面重构。6.鼻子的曲面重构5首先通过交互的方法将鼻子部分的点云数据提取出来，然后，去掉鼻尖部分的点云，对处理过的点云进行曲面拟合，鼻尖部分的曲面重构方法与此相似，最后通过倒圆角命令生成完成的曲面。7.嘴巴部分曲面的构建首先在原始点云上构建嘴巴部分的特征线，通过延伸、拼接形成四边形，然后由4条边提取点云数据，再由4条边及点云数据构造曲面。嘴巴部分是对称结构，中间部分通过B