基于Geomagic和NX的逆向建模技術研究與應用

摘要：針對傳統逆向建模技術創建的模型精度質量不高，不易后期編輯的問題，提出一種采用Geomagic和NX相結合的參數化逆向建模方法。本文闡述了新方法的具體逆向流程及建模質量評價，最后進行實例驗證應用，為產品逆向建模再設計提供思路和方法，減少產品研發周期。

關鍵詞：逆向建模 參數化 Geomagic Studio UG NX

中圖分類號：TH12 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0087-02

Abstract：Special traditional reverse modeling technology creating poor accuracy model，not easy to post editing，Reverse modeling methods of parameterization based on Geomagic and NX is proposed to solve this problem.State reversing design process of new method and evaluate quality of model.at last，an example of a program application was done，which can provide ideas and methods for reverse modeling and redesign，To shorten the developing cycle of products.

Key Words： Reverse modeling；parameterization；Geomagic studio；UG NX

在產品設計或者再設計的過程中，逆向工程技術用的越來越多，目前市場上有很多成熟的正向設計和逆向設計軟件，比如典型的三維設計軟件有NX，Pro/E，CATIA，Solidworks等，專業的逆向設計軟件有Geomagic，Imageware等，但這類軟件往往各有側重，解決問題比較單一，逆向工程的目的在于產品的創新，而不是簡單的三維復制，其設計優勢在于復雜自由曲面的設計和點云的強大處理功能[1]，基于此在逆向處理過程中采用任何單一的正向設計軟件或者單一的逆向設計軟件均不能滿足其現代復雜產品快速、準確的開發要求，必須尋求一種新的逆向設計建模方案。

1 傳統逆向建模技術

傳統逆向建模技術分為兩大類，一類是采用商業化的CAD/CAM系統中集成的逆向功能模塊[2]，比如NX中的“點云”功能，遵循由點構線，線構面，面構體的一般原則，在NX軟件中導入大量點云數據時讀取速度慢且操作復雜，前期處理非常不便，優勢在于后期曲面重構時可以使用參數化建模，使得構建的曲面在后處理或者CAM中具有良好的可編輯性，逆向功能較弱；另一類是采用專業的逆向工程軟件Geomagic等，遵循點處理到多邊形面片處理，再到曲面重構的原則，其優點在于支持多種測量設備的文件格式的讀取和轉換、海量“點云”數據的預處理、智能化NURBS曲面構建等，但通過曲率探測、輪廓線探測以及手繪等方式創建基本的曲面片等操作，最后得到理想的 NURBS曲面在后期處理中不易修改編輯，沒有實現參數化建模，因此這兩種傳統的單一的逆向建模方法均不可取。

Geomagic中的逆向建模流程和NX中的逆向建模流程如圖1所示[3]。

2 新逆向建模方案

針對傳統逆向建模技術弊端，提出采用Geomagic和NX相結合使用的逆向建模方案，即先利用Geomagic對海量點云數據進行前期處理，包括點階段和多面片布局，構建出構造模型曲面的網格骨架曲線，再將其導入NX中，利用NX中強大的曲面構建命令Though curve mesh、Though curves、Rule、Swept等重構曲面?；贜X和Geomagic的快速參數化逆向建模流程如圖2所示[4]。

3 實例應用

3.1 曲面模型構建

以人體模型曲面重構為例，以手持式人像掃描儀采集的點云為基礎，根據李小明在基于Geomagic Studio的人體建模研究與3D打印成型一文實踐中得出的人體模型曲面重構時的曲面片布局圖，如圖3所示[5]。將在Geomagic形狀階段中通過手繪方式獲取的精確曲面格柵網格曲線保存為能被NX識別的IGES格式。柵格網格曲線也可以通過探測曲率和探測輪廓線兩種方法獲得。

將網格骨架線導入UGNX中進行正向建模，通過“曲線網格命令”在每個布局區選取“主曲線”和“交叉曲線”將其編織成曲面，并保證曲面邊界曲率的連續性，再利用“裁剪”、“延伸”、“縫合”、等功能完成整個曲面的重構。NX曲面參數化建模過程如圖4所示。

3.2 建模質量評價

通過原始點云數據與重構后的曲面模型間的重合程度進行精度評價，將重構后的曲面模型導入Geomagic Qualify中與原始點云進行偏差對比，如圖5所示，結果表明最大誤差值在0.6mm范圍內，說明重構模型的精度較高。因此采用該逆向建模方案是可行的。

4 結語

通過將Geomagic和NX聯合使用，發揮軟件各自的長處，消除傳統使用單一軟件進行逆向設計的弊端，采用新逆向建模方案不僅可以獲得高精度的模型，還原原始設計參數，還為新產品的研發節約大量時間和成本。

參考文獻

[1]袁鋒.UG逆向工程范例教程（第2版）[M].北京：機械工業出版社，2016：1-247.

[2]代菊英，涂群章，趙建勛.基于Geomagic、Imageware和Pro/E的機械零件逆向建模方法[J].工具技術，2012（5）：55-58.

[3]蔡敏，成思源，楊雪榮，等.基于逆向工程的混合建模技術研究[J].制造業自動化，2014（5）：120-149.

[4]丁恩偉，蔡勇，梁晉，等.基于Geomagic和UG的快速參數化逆向建模方法[J].機械研究與應用，2012（3）：173-175.

[5]李小明.基于Geomagic Studio的人體建模研究與3D打印成型[J].時代農機，2015（5）：39-42.