•    發佈時間：2023/03/03
• 分享
• 訪問量：

【概要描述】 逆向工程

逆向工程加速了產品開發，在不同領域應用廣泛。

例如，Britannia-upon-Globe（一個象徵大不列顛君王專車的純手工雕像）這款吉祥物便是通過在 3D 掃描後轉化為可進行 3D 列印的設計而修復的。在汽車行業，逆向工程可用於重制磨損的老式汽車零件，例如康明斯公司曾借助此技術修復其 28 號柴油特別版賽車。逆向工程甚至可用於設計汽車現有零部件周圍缺失的部件。近年來，法醫鑒證人員也在利用逆向工程從犯罪現場提取更多線索。 

如果您正在考慮將逆向工程技術應用於產品開發，那麼在瞭解工作流程之後，便會對自己需要投入的時間和精力了然於心。3D 模型是決定工作流程複雜性的關鍵因素。

從3D掃描到3D模型

3D掃描器技術是所有逆向工程應用的基礎，有助於以數位化形式捕捉對象的形狀。然而，將 3D 掃描數據轉化為 3D 模型的過程漫長且曲折，並且需要借助中間軟體。CAD 工具對於產品設計而言不可或缺，但大多數 CAD 軟體並未配備處理掃描數據時所需的工具。

我們所開發的 Design X 能夠加速這一過程。這款軟體以 CAD 內核搭載開發歷時逾 25 載的掃描處理內核，支持將掃描數據作為原生幾何體進行操作，並可提取各種類型的模型用於製造。

下麵將介紹一些最常用的模型，以幫助您瞭解自己所需要的 3D 模型。



點雲 是最簡單的用於表示物理對象的 3D 模型。它是大量（數百萬或數十億）數據點在空間裏的集合，每個點的位置由一組笛卡爾座標 (X, Y, Z) 定義。掃描器可結合鐳射產生的垂直和水準角度來計算座標定位。作為 3D 掃描過程的輸出，點雲是創建 CAD 模型的基礎，用於計量和品質檢查。

多邊形網格 是點雲的關聯產物。當軟體將點雲的測量結果結合在一起，並將接近的點雲連接成三角形、四邊形或其他簡單的凸多邊形時，就會創建出多邊形網格。由此產生的頂點、邊和麵的集合共同定義了對象的形狀。多邊形網格可在螢幕上輕鬆地著色和渲染，所有軟體都用其顯示模型。

CAD 模型 類型則與多邊形網格和點雲數據相差甚遠，幾乎沒有共同之處。CAD 模型由非均勻有理 B 樣條 (NURB) 曲面組成，是一種用於在軟體中表示 3D 形狀的數學類型。此模型便於用公式和尺寸進行編輯。由於 CAD 模型可以通過調整不同類型的參數來形成完美的圓柱形或完美的平面，因此我們稱其為參數驅動型模型。您還會聽到它們被冠以“智能”之美稱，這意味著 CAD 模型比點雲或網格包含更多的資訊。

在工程和設計領域，CAD 是3D模型的“聖杯”。然而，目前尚無法直接將掃描數據轉換為 CAD 模型。我們可以採用一些輔助工具更輕鬆地實現轉換，但在大多數情況下，設計師或工程師需要在軟體內部從頭開始創建 CAD 模型。該過程相當耗時，但 CAD 模型也是當前製造業中最常用的模型類型。

SubD （細分）曲面經常用於動畫、AR 和 VR 環境中不同類型的表示。它們是 NURB 曲面的混合體，以多邊形架構控制。

體素 是體積像素的簡稱，相當於 3D 像素。它們是微小的立方體，類似於一顆顆沙粒。體素經常用於在醫療領域為假體或支架建模。

如何在相應場景中使用合適的模型？

各種 3D 模型的創建方式並不等效。基於點雲建立 CAD 模型比基於點雲建立多邊形網格更加費時費力。但是，關於是否要花費精力創建 CAD 模型將完全取決於您對模型的需求。您需要的是包含製造缺陷等一切內容的精確複製品，還是需要一個完美的製造模型？下麵將用一些示例來說明它們的用途。

 




竣工模型 ，也即精確複製的模型，旨在獲取精確的表示。例如，如果您希望圍繞某人的手掌製作一個支架或設備，則需要以偏差很小的模型來呈現此人的解剖結構。我們的工具支持直接將 NURB 曲面包裹在手臂的 3D 掃描結果上，並創建一個幾乎精確的模型表示，誤差與原始形狀不超過數微米。 

設計意圖 – 工業零部件的 3D 模型不應該是一個精確的複製品，因為製造的零部件具有偏差。設計產品和實際產品之間允許存在誤差，其被稱為製造公差。雖然公差是可以接受的，但數字模型中不應該包含公差。

合二為一 – 在有些情況下，您希望大部分形狀是竣工狀態，而部分形狀則對應設計意圖，例如上圖中的拓撲優化托架。此有機形狀可以利用模擬軟體計算得出，而模擬軟體通常使用網狀模型，隨後用 CAD 曲面包裹。不過，我們希望孔的位置非常精確，因此將其保留為網格。

 

何時將 Design X 引入工作流程？

 

我們已經瞭解了 3D 模型的類型，現在需要對數據處理工作流程進行細化了。


如果您需要的是一個網格模型，那麼過程很簡單。您可以使用 Design X 掃描物體，然後通過連接點雲的頂點來創建網格。用於增材製造的 3D 印表機和切片軟體將讀取網格檔，如 STL、PLY 和 OBJ。這種簡單的工作流程能夠實現精確的複製，但它有一項重要的缺點，即難以編輯特徵。

此外，如果涉及到銑削，網格模型也不能切削。如果您需要在一個形狀上運行數控刀軌，大多數電腦輔助製造 (CAM) 軟體包在 NURB 曲面上生成的刀軌比在網格上生成的刀軌更加平滑。Design X 可以快速地用曲面包裹網格，使刀軌編程更加高效。
以最經濟實惠、快速而精確的方式幫助您從點雲過渡到 3D 多邊形模型。

最後，您往往希望通過掃描物體來創建特徵齊全且可編輯的 CAD 模型。該流程的工作量最大，但這也是 Design X 最大的功用所在。Design X 能夠迅速處理具有數百萬點的大型掃描數據集，其速度超過其他任何軟體；它有助於您應用逆向工程，快速將物理零件從基於 3D 掃描的數據轉化為數字參數化 CAD 模型。