基于CATIA的自由曲面曲面重構(gòu)方法

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1、基于CATIAV5的逆向工程自由曲面重構(gòu)技術(shù)﹡何偉（.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)海洋學(xué)院，河北秦皇島066003）摘要：以CATIAV5為平臺(tái)，對(duì)以蝦仁為代表的自由曲面散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)，采用“控制點(diǎn)調(diào)面”的方法完成了曲面重構(gòu)，并對(duì)其構(gòu)建步驟進(jìn)行了詳盡的描述，進(jìn)而提出這一曲面精準(zhǔn)重構(gòu)方法的應(yīng)用技巧。關(guān)鍵詞：逆向工程；CATIAV5；曲面重構(gòu)；控制點(diǎn)調(diào)面中圖分類號(hào)：TH122文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：0引言自由曲面形狀復(fù)雜，其曲面重構(gòu)一直是逆向工程研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。逆向工程上NURBS設(shè)計(jì)技術(shù)最常使用的作業(yè)模式是對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)應(yīng)用控制多邊形或者逼近的方法創(chuàng)建初始造型[1—6]。一般采用工程技術(shù)中常規(guī)

2、構(gòu)面手段，如CATIA由線架構(gòu)用逼近方法構(gòu)面有多種辦法，可采用的有：GSD模塊中的放樣曲面（Loft）、填充曲面（Fill）和掃描曲面（Sweep）；FSS模塊中的填補(bǔ)曲面（Fill）、外形擬合（FittoGeometry）、掃掠曲面（StylingSweep）和網(wǎng)格曲面。但對(duì)于醫(yī)療領(lǐng)域中人贗耳、鼻和假肢等人體器官[7，8]和玩具行業(yè)中布絨填充類玩具[9]等三維實(shí)體的逆向重構(gòu)，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)證明其效果沒有針對(duì)性且精度上差強(qiáng)人意。本文以CATIAV5R16為平臺(tái)，針對(duì)以蝦仁為代表的自由曲面的散亂點(diǎn)云數(shù)據(jù)，采用“控制點(diǎn)調(diào)面”法完成其曲面重構(gòu)并提出這一方法的應(yīng)用技巧。1蝦仁曲面重構(gòu)線架

3、構(gòu)并打截面線做“4點(diǎn)平面”并進(jìn)行切割對(duì)所創(chuàng)建的各段曲面與鋪面之間作距離分析通過修復(fù)、連接等功能完成蝦仁整體構(gòu)面利用斑馬線分析功能進(jìn)行蝦仁曲面光順評(píng)價(jià)利用“控制點(diǎn)”命令進(jìn)行調(diào)面完成每段構(gòu)面按如圖1所示流程對(duì)處理好的蝦仁點(diǎn)云進(jìn)行曲面重構(gòu)，先進(jìn)行線架構(gòu)，然后采用“控制點(diǎn)調(diào)面”的方法構(gòu)建蝦段曲面，再通過蝦段曲面間的調(diào)整構(gòu)建蝦仁全部外表面，在此過程中需要做截面線并進(jìn)行曲面質(zhì)量評(píng)價(jià)。這里重點(diǎn)探討如何采用“控制點(diǎn)調(diào)面”法完成蝦段曲面重構(gòu)，以蝦尾某段體節(jié)為例。圖1曲面重構(gòu)流程Figure1Flowchartofsurfacereconstruction1.1蝦段曲面重構(gòu)1.1.1做截面線首先

4、完成此段蝦尾特征曲線線架構(gòu)，如圖2所示。其次激活該段點(diǎn)云，利用截面線功能在此點(diǎn)云上打截面（切片），獲取斷面掃描交線（先以zx為基準(zhǔn)面，再以xy為基準(zhǔn)面），其過程如圖3所示。注意參數(shù)設(shè)置：間距（step）=0.5mm。圖2蝦尾某段線架構(gòu)Figure2Onesectionofshrimptailcurveframe(a)截面線對(duì)話框(b)截面線（切片）制作過程(c)截面線制作結(jié)果(a)Dialogboxofplanarsection(b)Establishplanarsection(c)Theresultofplanarsection圖3截面線制作過程Figure3Establi

5、shplanarsection1.1.2做并切割4點(diǎn)面首先進(jìn)入FSS模塊點(diǎn)擊四點(diǎn)面按鈕，做N、V方向均為4階1段的4點(diǎn)Nupbs平面。然后點(diǎn)擊切割曲面按鈕切割做好的四點(diǎn)面，同時(shí)注意：使用指南針方位工具欄以zx、xy兩個(gè)方位切割，間距值（step）同樣取0.5mm，如圖4所示。(a)四點(diǎn)面(b)四點(diǎn)面切割結(jié)果(a)4-pointpatch(c)Theresultofcuttingplane圖4做并切割4點(diǎn)面Figure4MakingandCutting4-pointpatch1.1.3構(gòu)面利用“控制點(diǎn)調(diào)面”法完成蝦尾此段體節(jié)的曲面重構(gòu)，暫時(shí)隱藏鋪面和點(diǎn)云截面線。首先點(diǎn)擊控制點(diǎn)編

6、輯按鈕打開控制點(diǎn)對(duì)話框，在其中Support選項(xiàng)區(qū)域中選中控制點(diǎn)沿法向移動(dòng)按鈕，激活上面做好的4點(diǎn)面，將Nv改為5，Nu改為3，按順序拉動(dòng)控制點(diǎn)拉桿從中部拉起4點(diǎn)面如圖5所示。圖5中部拉起4點(diǎn)面Figure5Drawfrommiddlepart然后將Nv改為3，Nu改為4，控制點(diǎn)對(duì)話框Support選項(xiàng)區(qū)域中選中沿控制網(wǎng)格線移動(dòng)按鈕，將增加的網(wǎng)格線移至上部調(diào)上凸起，再將Nu改為5，將增加的網(wǎng)格線移至下部調(diào)下凸起，如圖6所示。進(jìn)而再將Nu改為6調(diào)整其余若干小凸起如圖7。圖6調(diào)上下凸起Figure6Adjustupperanddownheave激活點(diǎn)云及截面線，繼續(xù)微調(diào)，使四點(diǎn)面

7、切割網(wǎng)格與點(diǎn)云截面網(wǎng)格線盡量吻合，構(gòu)面結(jié)束。如圖8所示。圖7調(diào)整小凸起Figure7Adjustsmallheave(a)微調(diào)（b）構(gòu)面結(jié)果(a)Fineadjustment（b）Theresultofsurfacing圖8微調(diào)、構(gòu)面結(jié)果Figure8Theresultoffineadjustmentandsurfacing1.1.4曲面質(zhì)量評(píng)價(jià)對(duì)所創(chuàng)建的曲面與鋪面之間作距離分析如圖9所示?？梢姸呔嚯x最大值為0.632mm，最小值為0.31mm，調(diào)面精度較高。（a）距離分析預(yù)覽（b）有限顏色范圍顯示（