汽车右前右后车门逆向建模【字数：9425】
本文主要介绍了逆向设计近几年在汽车领域中的应用及其发展的趋势，另外还阐述了三维光学非接触式扫描技术的发展。本课题以菲斯克某车型的右前右后车门为例，通过ATOS三维光学扫描仪对菲斯克右前右后车门进行非接触式扫描后得到的点云，再通过CATIA软件对点云进行曲面重构，进行反向参数化，最终得到菲斯克右前右后车门的CAD三维数模。逆向工程过程中最大的问题就是CAD模型与实际零件存在误差，本文从扫描仪的标定过程、扫描前零件表面的处理、扫描后对点云结果的处理和针对点云结果制作CAD模型的过程这几个方面阐述了在逆向工程过程中对误差的控制、检测和处理以及如何在逆向过程中如何在曲面质量和曲面与点云贴合程度之间做出适当的取舍。逆向工程结束后，对得到的CAD模型进行渲染，从而达到对原零件的材质，颜色，纹路等的高度还原。本文将以Keyshot软件为例阐述对CAD模型的渲染过程。
目录
1、绪论 1
1.1逆向工程简介 1
1.2现阶段我国汽车外观设计的问题 1
1.3逆向工程对汽车覆盖件设计的目的与意义 1
1.4逆向工程过程中的误差控制 2
2、 CATIA软件和ATOS设备的介绍 3
2.2本项目在CATIA中使用的模块简介 3
2.3ATOS扫描仪简介 3
3、菲斯克汽车前后盖逆向建模详解 4
3.1菲斯克汽车右前右后车门数据采集 4
3.1.1菲斯克汽车右前右后车门表面前期处理 4
3.1.2扫描仪准备工作 5
3.2菲斯克汽车右前右后车门逆向建模 7
3.2.1菲斯克汽车右前车门逆向建模 7
3.2.2菲斯克汽车右后车门逆向建模 19
4、菲斯克右前右后车门的渲染 32
4.1渲染软件Keyshot简介 32
4.2对菲斯克右前右后车门的渲染过程 32
5、总结 34
参考文献 35
致谢 36
1、绪论
1.1逆向工程简介
逆向工程最早出现在20世纪 60年代，但当时并没有深入地进行研究。20世纪90年代才开始对逆向工程进行科学性地研究 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
[1]，已经有很长的发展历史了。逆向工程与传统的正向设计相反，是对已有的实在产品实体进行二次建模，其原理是把现有产品实物通过专业仪器扫描成点云，再用相应的计算机软件（如CATIA）将点云数据进行处理、设计，从而转变为CAD模型，用于学习、再设计、加工制造等[2]。逆向工程理论是先进的快速建模理论[3]，它的主要功能和作用是将一些很难得到与实物很接近的CAD模型，对成品进行分析，从而推出实物的设计原理。随着科学技术的进步，各种设计方法不断发展、创新。特别是在计算机辅助设计飞速发展的今天，逆向工程技术已经非常成熟。它是一种先进的设计理论，在对复杂车身几何外形的研发方面有着重要的意义[3]。
1.2现阶段我国汽车外观设计的问题
近几年来我国很多自主品牌汽车产业迅速发展，汽车的外观设计成为汽车企业的一项核心竞争力[4]。外观对一辆汽车所带来的附加值非常巨大，尤其是在价值数十万的汽车中。虽然近几年我国自主汽车品牌发展迅速，但是在整车外观的自主设计上却不尽如人意。这和我国汽车发展历史较短有关，想要实现弯道超车，就要先在模仿中学习，在学习中创新，在不断创新中寻求超越。
1.3逆向工程对汽车覆盖件设计的目的与意义
目前，逆向工程在汽车各个领域都得到了广泛地应用，尤其是在汽车外表面覆盖件、白车身自身冲压件、汽车内外饰零件等方面[5]。在车身设计初期，打造油泥模型，要使油泥模型准确地再现在设计与制造中，从而让设计师的创作理念能完全表现出来，必须借助逆向工程[6]。在汽车覆盖件的逆向设计中，需要严格要求被测件点云的获取和曲面重构，其中扫描设备精度越高，得到的点云越准确。对于重构的曲面质量的要求需要选择三维设计软件的精确度和选择曲面构建的方法[7]。逆向工程还是一个学习先进设计理念的工具，可以利用逆向工程技术将国外品牌汽车外形进行建模，生成CAD模型，用于学习参考再设计，对我国汽车覆盖件的设计有着积极的促进作用。本课题主要写了菲斯克右前右后车门逆向设计的过程，首先对菲斯克右前右后车门进行前期处理后，其次利用ATOS三维扫描仪对其进行扫描得到点云，接着通过CATIA对扫描得到的右前右后车门的点云进行逆向建设计，最后就能得到与菲斯克右前右后车门相接近的CAD模型。
1.4逆向工程过程中的误差控制
逆向工程唯一的缺点就是会出现误差。这些误差出现的地方包括以下几个方面：
扫描仪在扫描零件生成点云的时，由于环境温度，扫描仪镜头抖动，扫描仪标定不准确等，会造成点云与实际物体表面存在误差。
(1)将部分点云处理成为曲面时，由于要兼顾曲面的曲率变化与点云贴合程度，计算机软件会在两者之间取舍，从而导致与点云之间存在一定的误差；
(2)由于曲面自身存在较大的误差，所以曲面之间进行接合的时候会导致曲面之间曲率不能连续或要求曲率连续但与点云之间误差更大；
(3)在逆向工程的过程中，对误差的控制非常的关键，对一个零件的逆向结果的评价指标之一其实就是逆向结果与实际零件的误差大小。
在本文中，将以对菲斯科品牌某款汽车右前右后车门的逆向过程为例，介绍逆向过程中对以上几种误差来源进行控制的方式和技巧。
CATIA软件和ATOS设备的介绍
2.1CATIA简介
CATIA是由一家名叫达索的法国公司开发的工程类软件，主要用来进行产品的三维设计建模以及从产品的分析、模拟、组装到维护过程中的所有设计流程，功能非常的强大，在汽车设计领域应用非常广泛。
2.2本项目在CATIA中使用的模块简介
本项目中点云导入模块运用的是软件中的Digitized Shape Editor模块。该模块简称DSE，可以用来导入、修复、编辑点云原始数据，对点云做前处理。曲线和部分曲面构造采用CATIA中的创成式外形设计模块，该模块能建立草图，根据点云建立基本曲线与曲面等。是最基础的曲面构造编辑工具，不但可以完成所有的曲线操作之外，还能够完成拉伸、扫描、旋转、边界填补、桥接、剪裁等等一系列的操作。连续性达到G2水准，并可以进行完全参数化操作。本项目大部分的曲面生成都是在Quick Surface Reconstruction模块中完成的，该模块简称QSR，其中强大的powerfit即强力拟合工具能快速依据点云数据拟合出精度较高的曲面。检测曲线和曲面质量运用CATIA中的Freestyle模块，该模块也可以做非参数化的曲线曲面的生成和修改工作。最后得到的曲面在CATIA的零件设计模块中形成厚曲面实体。
目录
1、绪论 1
1.1逆向工程简介 1
1.2现阶段我国汽车外观设计的问题 1
1.3逆向工程对汽车覆盖件设计的目的与意义 1
1.4逆向工程过程中的误差控制 2
2、 CATIA软件和ATOS设备的介绍 3
2.2本项目在CATIA中使用的模块简介 3
2.3ATOS扫描仪简介 3
3、菲斯克汽车前后盖逆向建模详解 4
3.1菲斯克汽车右前右后车门数据采集 4
3.1.1菲斯克汽车右前右后车门表面前期处理 4
3.1.2扫描仪准备工作 5
3.2菲斯克汽车右前右后车门逆向建模 7
3.2.1菲斯克汽车右前车门逆向建模 7
3.2.2菲斯克汽车右后车门逆向建模 19
4、菲斯克右前右后车门的渲染 32
4.1渲染软件Keyshot简介 32
4.2对菲斯克右前右后车门的渲染过程 32
5、总结 34
参考文献 35
致谢 36
1、绪论
1.1逆向工程简介
逆向工程最早出现在20世纪 60年代，但当时并没有深入地进行研究。20世纪90年代才开始对逆向工程进行科学性地研究 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
[1]，已经有很长的发展历史了。逆向工程与传统的正向设计相反，是对已有的实在产品实体进行二次建模，其原理是把现有产品实物通过专业仪器扫描成点云，再用相应的计算机软件（如CATIA）将点云数据进行处理、设计，从而转变为CAD模型，用于学习、再设计、加工制造等[2]。逆向工程理论是先进的快速建模理论[3]，它的主要功能和作用是将一些很难得到与实物很接近的CAD模型，对成品进行分析，从而推出实物的设计原理。随着科学技术的进步，各种设计方法不断发展、创新。特别是在计算机辅助设计飞速发展的今天，逆向工程技术已经非常成熟。它是一种先进的设计理论，在对复杂车身几何外形的研发方面有着重要的意义[3]。
1.2现阶段我国汽车外观设计的问题
近几年来我国很多自主品牌汽车产业迅速发展，汽车的外观设计成为汽车企业的一项核心竞争力[4]。外观对一辆汽车所带来的附加值非常巨大，尤其是在价值数十万的汽车中。虽然近几年我国自主汽车品牌发展迅速，但是在整车外观的自主设计上却不尽如人意。这和我国汽车发展历史较短有关，想要实现弯道超车，就要先在模仿中学习，在学习中创新，在不断创新中寻求超越。
1.3逆向工程对汽车覆盖件设计的目的与意义
目前，逆向工程在汽车各个领域都得到了广泛地应用，尤其是在汽车外表面覆盖件、白车身自身冲压件、汽车内外饰零件等方面[5]。在车身设计初期，打造油泥模型，要使油泥模型准确地再现在设计与制造中，从而让设计师的创作理念能完全表现出来，必须借助逆向工程[6]。在汽车覆盖件的逆向设计中，需要严格要求被测件点云的获取和曲面重构，其中扫描设备精度越高，得到的点云越准确。对于重构的曲面质量的要求需要选择三维设计软件的精确度和选择曲面构建的方法[7]。逆向工程还是一个学习先进设计理念的工具，可以利用逆向工程技术将国外品牌汽车外形进行建模，生成CAD模型，用于学习参考再设计，对我国汽车覆盖件的设计有着积极的促进作用。本课题主要写了菲斯克右前右后车门逆向设计的过程，首先对菲斯克右前右后车门进行前期处理后，其次利用ATOS三维扫描仪对其进行扫描得到点云，接着通过CATIA对扫描得到的右前右后车门的点云进行逆向建设计，最后就能得到与菲斯克右前右后车门相接近的CAD模型。
1.4逆向工程过程中的误差控制
逆向工程唯一的缺点就是会出现误差。这些误差出现的地方包括以下几个方面：
扫描仪在扫描零件生成点云的时，由于环境温度，扫描仪镜头抖动，扫描仪标定不准确等，会造成点云与实际物体表面存在误差。
(1)将部分点云处理成为曲面时，由于要兼顾曲面的曲率变化与点云贴合程度，计算机软件会在两者之间取舍，从而导致与点云之间存在一定的误差；
(2)由于曲面自身存在较大的误差，所以曲面之间进行接合的时候会导致曲面之间曲率不能连续或要求曲率连续但与点云之间误差更大；
(3)在逆向工程的过程中，对误差的控制非常的关键，对一个零件的逆向结果的评价指标之一其实就是逆向结果与实际零件的误差大小。
在本文中，将以对菲斯科品牌某款汽车右前右后车门的逆向过程为例，介绍逆向过程中对以上几种误差来源进行控制的方式和技巧。
CATIA软件和ATOS设备的介绍
2.1CATIA简介
CATIA是由一家名叫达索的法国公司开发的工程类软件，主要用来进行产品的三维设计建模以及从产品的分析、模拟、组装到维护过程中的所有设计流程，功能非常的强大，在汽车设计领域应用非常广泛。
2.2本项目在CATIA中使用的模块简介
本项目中点云导入模块运用的是软件中的Digitized Shape Editor模块。该模块简称DSE，可以用来导入、修复、编辑点云原始数据，对点云做前处理。曲线和部分曲面构造采用CATIA中的创成式外形设计模块，该模块能建立草图，根据点云建立基本曲线与曲面等。是最基础的曲面构造编辑工具，不但可以完成所有的曲线操作之外，还能够完成拉伸、扫描、旋转、边界填补、桥接、剪裁等等一系列的操作。连续性达到G2水准，并可以进行完全参数化操作。本项目大部分的曲面生成都是在Quick Surface Reconstruction模块中完成的，该模块简称QSR，其中强大的powerfit即强力拟合工具能快速依据点云数据拟合出精度较高的曲面。检测曲线和曲面质量运用CATIA中的Freestyle模块，该模块也可以做非参数化的曲线曲面的生成和修改工作。最后得到的曲面在CATIA的零件设计模块中形成厚曲面实体。
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