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1、引言随着汽车工业技术的进步以及经济的发展，在消费者对汽车产品高质量的要求下，产品功能上的需求已不再是赢得市场的唯一条件。产品不仅要具有先进的功能，还要有流畅、富有个性的产品外观，以吸引消费者的注意。流畅、富有个性的产品外观要求必然会使得产品外形由复杂的自由曲面组成，或者即使是诸如本文中所涉及的汽车底板，虽然不是作为外观车身存在，但是其特殊的实用性同样要求有相应的复杂外形。但是在设计和制造的过程中，传统的产品开发模式，即基于产品或者构件的功能和外形，由设计师在计算机辅助设计软件中构造，也叫做正向工程，很难用严密、统一的数学语言来描述这些自由曲面。为了适应先进制造技术的发展，需要将实物样件或者手工
2、模型转化为CAD数据，以便利用快速成型系统、计算机辅助制造系统、产品数据管理等先进技术对其进行处理和管理，并进行进一步修改和再设计优化。此时，就需要一个一体化的解决方案：从样品数据产品。逆向工程，即本设计所用到的核心方法，就专门为制造业提供了一个全新、高效的重构手段，实现从实际物体到几何模型的直接转换。作为产品设计制造的一种手段，在20世纪90年代初，逆向工程技术就开始引起各国汽车工业界和学术界的高度关注。随着现代计算机技术及测量技术的发展，利用新型绘制软件实现产品实物的逆向工程，已成为CAD/CAM领域的一个研究重点，并成为逆向工程技术应用的主要内容。一、汽车车身设计的国内外发展（一）国内汽
3、车车身设计发展现状改革开放初期，我国汽车工业总体设计水平比国际水平落后大约20-25年。20世纪90年代开始，我国汽车工业在不断加大研发投资、提高自身研发能力和技术水平的同时，加快了引进国外先进技术的步伐。到目前为止，我国汽车工业已经基本具备了商用车和乘用车以及零部件的自主开发能力，中国汽车市场已经成为全球第一大市场。但是，在这个全球最大的汽车市场中，大部分产品仍是“舶来品”，国内自主品牌绝大多数产品仍属于产品的最低端，与国际水平相比，我国的汽车技术水平和开发能力仍然很低。近年来，我国汽车工业的技术引进正在从单一全套产品引进，向以引进开发技术为主的方向转变。为实现完全自主开发，关键总成（包括车
4、身）开始同国外厂家实行联合开发。单就车身产品而言，也走过了一条“技术引进自我开发联合设计”的道路，并向自主开发的方向努力。近年来，随着轿车需求量的急剧增加，车身设计技术的应用也得到了高度重视，设计手段也变得更加丰富。整体上讲国内车身设计技术状况具有如下几个特征： （1）目前，国内主要设计单位的设计技术水平已经达到了全面三维设计的程度。（2）部分设计单位初步具备了自主开发能力。（3）产品开发流程和设计规范得到了提高和完善。因此，国内设计技术水平和开发能力不断提高，正逐步缩短与世界先进水平的差距，但是设计技术的综合实力仍受创新技术的方法、设计经验和数据的积累、软硬件环境等三大因素的制约和影响。由于
5、我国自主开发的车型不多，在设计经验和数据积累方面的基础还相当薄弱，这将直接影响技术方案的优化，导致产品开发质量的低下。中国汽车要想进步与真正强大离不开自主品牌，在中国汽车工艺发展的这几十年内，自主品牌在产品质量、工艺技术均已有一定高度，但惟独汽车设计仍处摸索期。利用车身点云扫描以及车身逆向工程的方法来借鉴与模仿一款国外成熟车型是现今自主品牌车企主要的设计思路。而且主要由以下表现形式： （1）与国外企业的合资合作关系，比如华晨中华造型和德国宝马，这是建立在早年华晨与宝马合资合作的基础上，没有涉及知识产权的问题。这种做法可以算作是合法的模仿。（2）国外设计公司热，尤其是意大利著名设计公司，而国内厂
6、商不约而同选择同一家设计公司，各个设计公司在设计中都包含了其自身的设计元素设计风格，因此出自一家的设计就出现了一定程度的相似。（二）国外汽车车身设计发展现状目前国外先进的汽车车身设计大致分为概念酝酿阶段、概念设计阶段、工程设计阶段、设计验证阶段。当然这几个阶段不是完全独立的，而是相互交叉，同步进行的，这样就能大大缩短新产品的开发周期。在概念酝酿阶段，设计公司通过对市场进行调查研究，分析市场的容量，确定产品的定位和成本价格；同时通过市场诊断确定竞争车型，在此基础上，确定新车型的设计基准和设计目标。概念设计阶段包括外部和内部造型的手工效果图设计、外部和内部的计算机辅助造型设计(CAS)、1：1的外
7、部和内部模型的制作、外部和内部验证模型的制作、主模型的制作等。工程设计阶段目前基本上都采用流行的“并行工程”。所谓“并行工程”就是设计公司、生产厂家、零部件供应商、模具制造商共同参与开发工作，在工程设计开始就。进行零部件设计、模具设计、生产线的改造等，可以大大地缩短开发周期。虽然在设计过程中，大量采用CAE进行模拟计算，可以有效地验证设计结果，但最终的验证只能通过实车试验来完成。因此设计验证阶段包括样车的试制和试验两个环节。制作样车的零件通过制作简易模具和快速成型获得，材料和加工工艺与实际生产时保持一致。样车试验包括扭转和弯曲强度试验、空气动力学和风噪声试验、前碰试验、后碰试验、侧碰试验、可靠
8、性试验、基本性能和道路试验等，通过试验来验证设计是否满足法规和设计的要求。我国未来在汽车车身领域的发展趋势主要就是引入国外的设计公司普遍采用流行的“并行工程”设计方法,从而摆脱目前的逆向设计方法，真正实现汽车产品的自主品牌设计研发，打造中国品牌。二、逆向工程概述（一）逆向工程定义“逆向工程”，也称反求工程、反向工程等，它起源于精密测量和质量检测。广义上的逆向工程是消化、吸收先进技术的一系列工作方法的技术组合，是一门跨学科、跨专业的、复杂的系统工程。它包括影像逆向、软件逆向和实物逆向等三方面。目前，大多数关于逆向工程的研究主要集中在食物的逆向重构上，即产品实物的CAD模型重构和最终产品的制造，被
9、称为“实物逆向工程”。这种从实物样件获取产品数学模型并制造得到新产品的相关技术，已成为CAD/CAM系统中的一个研究及应用热点，并发展成为一个相对独立的领域。在这一意义下，“实物逆向工程”（简称逆向工程）可定义为：将实物转变为CAD模型相关的数字化技术、几何模型重建技术和产品制造技术的总称，是将已有的产品或实物模型转化为工程设计模型和概念模型，在此基础上对已有产品进行解剖、深化和再创造的过程。（二）逆向工程的应用在产品造型日益多元化的今天，逆向工程已成为产品开发中不可或缺的一环，其应用范围主要包括：（1）在对产品外形的美学有特别要求的领域，为方便评价其美学效果，设计师广泛利用油泥、粘土等材料进
10、行快速且大量的模型制作，将所要表达的意向以实体的方式表现出来，而不是采用在计算机屏幕上显示缩小比例的物体投影视图的方法。此时，如何根据造型师制作出来的模型快速建立三维CAD模型，就必须引入逆向工程技术。（2）当设计需要通过实验测试才能定型的工件模型时，通过采用逆向工程的方法，比如在航空航天、汽车等领域，为了满足产品对空气动力学的要求，首先要求在实体模型、缩小模型的基础上经过各种性能测试建立符合要求的产品模型。此类产品通常是由复杂的自由曲面拼接而成的，最终确认的实验模型必须借助逆向工程，转换为产品的三维CAD模型及其模具。（3）在没有设计图纸或者设计图纸不完整，以及没有CAD模型的情况下，通过对
11、零件原型进行测量，形成零件的设计图纸或CAD模型，并以此为依据生成数控加工的NC代码或快速原型加工所需的数据，复制一个相同的零件。（4）在模具行业，经常需要反复修改原始设计的模具型面，以得到符合要求的模具。然而这些几何外形的改变却未曾反映在原始的CAD模型上，借助逆向工程的功能和在设计、制造中所扮演的角色，设计者现在可以建立或者修改在制造过程中变更过的设计模型。（5）很多物品很难用基本几何形状来表现与定义，例如流线型产品、艺术浮雕及不规则线条等，如果利用通用CAD软件，以正向设计的方式来重建这些物体的CAD模型，在功能、速度及精力方面都将异常困难。这种场合下，必须引入逆向工程，以降低开发难度，
12、加速产品设计。（6）逆向工程在新产品开发、创新设计上同样具有相当高的应用价值，为了研究上的需要，许多大企业也会运用逆向工程协助产品研究。利用逆向工程技术，可以直接在已有的国内外先进的产品基础上，进行结构性能分析、设计模型重构、再设计优化与制造，吸取并改进国内外先进的产品和技术，极大地缩短产品开发周期，迅速占领市场。(7)逆向工程也广泛用于破损文物、艺术品的修复，或损坏零件的供应等。此时，不需要复制整个零件，只是借助逆向工程技术抽取原来零件的设计思想，用于指导新的设计。（三）逆向工程系统随着计算机技术的发展，逆向工程技术和先进制造技术的结合日趋紧密，如20世纪80年代发展起来的快速原型技术、基于
13、网络的异地设计及制造技术等，在产品设计和制造阶段都需要逆向工程技术的支持。同时，逆向工程技术也和计算机辅助测量（CAT）、辅助设计（CAD）、辅助制造（CAM）以及计算机辅助工程分析（CAE）密切相关。逆向工程成功应用的关键不仅在于各计算机辅助子模块能较好地独立完成各项工作，很大程度上还取决于各个技术集成程度。可以说，逆向工程是CAT/CAD/CAM/CAE等先进的计算机辅助技术集成应用的一个典型例子，也是计算机集成制造系统（CIMS）研究的一个重要分支。如何将这些技术组成一个整体，即集成逆向工程系统，是逆向工程技术应用研究的一个重要方向。在逆向工程系统的研究方向，专用逆向软件和其他计算机辅助
14、技术的结合已受到重视，但是，不同系统的数据传输仍需要采取通用数据格式的方式；在数字化设备与造型软件的集成上，目前进展甚微；提出的方法大多限于单项的集成研究，即是一种无反馈的集成，集成实现方法主要采取模块化方式，将不同应用功能的子系统和造型系统组合连接，这样的集成方法存在以下问题：（1）数字化过程仍是一种孤立的行为，数字化过程没有考虑后续的模型重建、分析、重建等下游需求；（2）数据模型不统一；（3）由于测试手段、商品化CAD系统（包括专用逆向软件）以及加工制造手段的多样性，很难有一种适应上述不同手段的集成逆向工程系统。1.逆向工程系统框架组成逆向工程的思想最初设计来自从油泥模型到产品实物的设计过
15、程。除此之外目前基于实物的逆向工程应用最广泛的还是进行产品复制和仿制，尤其是产品的外观设计，因为不涉及复杂的动力学分析、材料、加工热处理等技术难题，相对容易实现。目前，基于CAD/CAM系统的数字扫面技术为实现逆向工程提供了有力的支持，在完成数字化扫描、实物的3D模型重建之后，通过NC加工就能快速地制造出模具，最终达到所需的产品。这个过程已成为我国沿海地区许多家用电器、玩具、摩托车等产品企业的产品开发及生产模式，但这只是对国外产品的简单复制和仿制，只是简单的照抄和照搬，从严格意义上来说，这不等于逆向工程。随着计算机辅助几何设计的理论和技术的发展和应用，以及CAD/CAM/CAE集成系统的开发和
16、商业化，产品实物的逆向设计首先通过测量扫描以及各种先进的数据处理手段获得产品实物信息，然后充分利用成熟的CAD/CAM技术，快速、准确地建立实体几何模型，在工程分析的基础上，数控加工出产品模具，最后制成产品，实现从产品或模型-设计-产品的整个生产流程。具体系统框架及流程如图所示。从逆向工程系统框架图中可以看出，逆向工程系统主要由三部分组成：产品实物几何外形的数字化子系统、三维CAD模型重建子系统、产品或模具的制造子系统等。2.产品实物几何外形的数字化子系统产品表面数字化又称为数据测量，是指通过特定的测量设备和测量方法，将物体的表面形状转换成离散的几何点坐标数据，在此基础上，就可以进行负载曲面的
17、建模、评价、改进和制造。因而，高效、高精度地实现样件表面的数据采集，是逆向工程实现的基础和关键技术之一，是逆向工程中最基本，最不可缺少的步骤。数据获取在产品设计师与逆向工程及CAD/CAM/CAE/RP/CNC之间扮演着桥梁的角色。可以认为，数据测量是逆向工程的基础，测量数据的质量与最终模型的质量密切相关，直接影响到整个工程的效率和质量。实际应用中，常发生因模型表面数据获取的问题而影响重构模型精度的情况。因此，如何取得较佳的物体表面数据，一直是逆向工程的一个主要研究内容。目前，用来采集物体表面数据的测量设备和方法多种多样，其原理也各不相同。测量方法的选用是逆向工程中一个非常重要的问题。不同的测
18、量方法，不但决定了测量本身的精度、速度和经济性，还使得测量数据类型及后续处理方式不尽相同。根据测量探头是否和零件表面接触，逆向工程中物体表面三维数据的获取方法基本上可以分为两大类，即接触式与非接触式。根据测头的不同，接触式又可以分为触发式和连续式；非接触式按其原理不同，又可以分为光学式和非光学式。其中，光学式包括三角形法、结构光法、计算机视觉法、激光干涉法、激光衍射法等。而非光学则包括CT测量法、MRI测量法、超声波法和层析法等。3.测量数据的输出测量设备都带有自己的测量数据处理软件或集成其他逆向工程软件，对测量后的数据进行简单的预处理，入数据的删减、对齐、点云的修补、无差点的识别和去除等，然
19、后将处理好的数据以某种格式输出，为后面的实物的三维CAD模型或产品或模具制造做准备。测量得到的数据可分为有序点（扫描线点云）、散乱点和网格化点三种类型。机械三坐标测量机测量的脊背上都是有序点数据。这类测量数据的点云由一组扫描线组成，描线上的所有点都位于平面内，在逆向工程软件中有专门针对这类数据的处理命令，如Pro/E SCANTOOL中的INDEPENDENT GEOMETRY可以从扫描线直接生成曲线。如图1-3所示为ATOS测量系统测得的散乱数据，是由数字、激光成像的三坐标测量数据大都是大批量、无序的点云数据，这类测量数据的特点是没有明显的几何分布特征，成散乱无序状态。另一类由莫尔等高线测量
20、、工业图1-3CT、层切法、核磁共振成像测得的点云数据，与上面的两种类型的数据点有所不同，其测量点分布在一系列平行平面内，用小线段将同一平面内的距离最小的若干相邻点依次连接，形成一组平面三角数据。完成数据获取后，获得的点云数据和处理过的数据（如网格化），通常还需要输入到专用或通用逆向工程软件中进行数据后续处理。由于所用扫描设备的不同，会出现不同的文件格式，而本次设计中运用的CATIA软件可以直接导入STL、ASCII、IGES等多种文件格式。(三)三维CAD模型的重建子系统在逆向工程中，由于后续的产品加工制造、快速原型制造、虚拟制造仿真、工程分析和产品的再设计等应用都需要CAD数学模型的支持，
21、这些应用都不同程度地要求重建的CAD模型能准确地还原实物样件，所以实物的三维CAD模型重建是整个过程最关键、最复杂的一环，其模型重建流程如图，从流程图可以看出整个环节具有工作量大、技术性强的特点，因此，对如何快速、准确地实现模型重建，国内外都进行了大量的研究。1.逆向工程商品化软件伴随着逆向工程及其相关技术的理论研究的深入进行，其成果的商业应用也逐渐受到重视，而逆向工程技术的工程应用的关键是开发专用的关键是开发专用的逆向工程软件及结合产品设计的结构设计软件。迄今为止，在国际市场上出现了多个专业逆向工程商品化软件系统，主要由Imageware、CopyCAD、Geomagic及RapidForm
22、四大软件。通用CAD软件中，主要是CATIA、UG、Pro/E。本设计中应用的是CATIA软件，CATIA是由法国达索系统公司开发的大型CAD/CAE/CAM应用软件，在世界CAD/CAE/CAM领域中处于主导地位。CATIA被广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子、电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，满足了工业领域各类大、中、小型企业的需要。包括波音、克莱斯勒、宝马、奔驰、本田、丰田等著名企业都选择了CATIA。CATIA V5的数字曲面编辑模块（Digitized Shape Editor）和快速曲面重塑模块（Quick Surface Recons
23、truction）是逆向工程的专用模块，可以提供多种格式的点云输入和输出数据，除了具有对点云数据进行处理的功能外，还提供了强大的曲面、曲线直接拟合功能，由于植入了STYLER的算法，CATIA的POWER FIT功能比专用逆向工程软件Imageware的FIT FREEFROM要强大很多，在精度要求0.3-0.5mm，且点云质量较好的情况下CATIA FIT出的面比Imageware FIT出的面要好得多，只是人工控制能力稍差，但对于精度要求不高（0.3-0.5mm）的情况下已经完全可以把握。对曲面与测量的点的偏差大于0.1mm的CLASS A曲面，CATIA V5完全可以胜任，因此通过CAT
24、IA软件进行曲面重构可以满足大部分产品设计的要求，通过CATIA软件进行三维CAD模型的重建是本设计的重点。2.人员目前成熟的逆向工程模型重建方法根据数据类型、数据来源、造型方式和曲面表示可分为：（1）按数据类型 分为有序点和散乱点的重建；（2）按测量机的类型 分为基于CMM、激光点云、CT数据和光学测量数据的重建；（3）按造型方式 分为基于曲线的模型重建和基于曲面的直接拟合；（4）按曲面表示方法 分为边界表示、四边B-样条表示、三角面片和三角网格表示的模型重建等。一个有经验的逆向工程人员，在模型重建之前，应详细了解模型的前期信息和后续应用要求，然后做出判断选择合理的逆向重建方法、设计方案和进
25、程规划。设计人员需要了解的前期信息包括实物样件的几何特征、数据特点（类型、完整性）等；后续应用包括结构分析、加工、制作模具、快速原型等，以选择正确有效的造型方法、支撑软件、模型精度和模型质量。一般而言，产品外形的CAD模型是由多张不同几何形状的曲面经过延伸、过渡、裁剪等混合而成，而每一种曲面都有其特性和生成方式。因此，在应用逆向工程技术重构出产品的原CAD模型的过程中，单纯使用某种曲面生成方法是无法完成整个模型的重构，应该根据此产品外形的几何特征，选择适当的处理方法，方可较好地得到原产品的几何形状，以满足产品外形的几何特性。因此，逆向工程技术的应用仍是一项专业性很强的工作，各个过程都需要有专业
26、的人才，需要经验丰富的工程师，特别是对三维模型重建人员有更高的要求，除需了解产品特点，制造方法和熟练使用CAD软件、逆向造型软件外，还应熟悉上游的测量设备，甚至必须参与测量过程，以了解数据特点，还应了解下游的制造过程，包括制造设备和制造方法等。（四）产品或模具的制造在完成实物的CAD模型重建后，可以在CAD软件中进行模具设计模块中进行模块设计。通过数控加工制造原型，也可以利用快速技术来制造原型和模具，一方面为模型的修改和再设计提供实物样品，另一方面，对一些材料制造的零部件，还可以直接制造出产品的模具。这样做，可以避免机械加工的长周期和复杂的工艺设计，为产品的快速开发和制造提供有效的工具支持。整
27、个逆向工程的基本过程即已完成。三、汽车底板的逆向造型过程（一）CATIA逆向工程建模基本流程一般产品的建模应该满足下面产品设计的主要的要求：（1）数学模型的精度误差满足用户可交付要求；（2）曲面内在的质量要求，如曲面的连续性要求，光顺性要求等；（3）曲面连续过渡的质量要求，如不能出现尖角等；（4）过渡曲面的流动路径要求；（5）曲面或局部协调性和对局部特征分界的合理性；（6）工程制造标准的要求；（7）模具拔模的工程制造符合性要求；（8）设计、质量和验证审核的可行性。CATIA逆向工程是工程建模的一种方法，生成的数学模型也应符合一般产品建模的基本要求，产品设计和检验流程遵循逆向工程建模的一般过程，
28、即由扫描点云特征线面实体模型。（二）CATIA逆向工程的特点由于CATIA软件强大的集成优势，CATIA逆向各模块的相互结合，使得CATIA逆向工程有自己的特点：（1）点及点云数据处理的高效率。（2）可以构建Class A曲面(CATIA FS模块及Automotive Class A模块)。（3）可以根据需要快速构建Class B曲面（CATIA QSR模块）。（4）GSD模块曲面功能强大，并可进行可行性分析。（5）多样化检测工具（曲率分析、连续分析、距离分析等）。（6）三角网格曲面直接进行3轴加工（SMG模块）。（7）以DMU SPA对数位模型进行空间干涉检测。（三）CATIA用于逆向工程
29、的主要模块功能简介从CATIA逆向工程流程中，用于逆向工程中的模块主要有：DSE(Digitized Shape Editor数字编辑器)模块；QSR(Quick Surface Reconstruction快速曲面重构)模块；GSD(Generative Shape Design通用曲面造型)模块；FS（Freestyle自由曲面造型）模块；Part Design（实体造型）模块等五个模块。1. DSE(Digitized Shape Editor数字编辑器)模块（1）此模块在CATIA逆向工程中的主要功能：l 导入点或点云数据l 预处理点云数据包括点云的过滤、删减、空洞修补、对齐、合并等l
30、 点云三角面片网格化l 点云剖面生成扫描线l 由扫描线生成特征线或线框l 误差检测（2）此模块应用流程l 点资料的整理，为曲面重构做准备l 三角网格曲面划分后可直接进行3轴加工或快速成型l 点云与重构的曲面做误差检测和控制l 三角网格曲面划分后可直接进行DMU空间分析检测2.QSR(Quick Surface Reconstruction快速曲面重构)模块(1)此模块在CATIA逆向工程中的主要主要功能：应用快速曲面重建模块（QSR）及数字编辑器（DSE）可以快速、轻易地重构精准曲面（Class B曲面）。（2）此模块的应用流程l 重构可编辑的高精度曲面l 划分三角网格面片提取适当的曲面区域l
31、 以特征边界与局部点云重建自由曲面区域l 辨别及重构基本几何曲面（平面、球面、圆柱面等）l 品质检验及误差分析3. GSD(Generative Shape Design通用曲面造型)模块（1）此模块在CATIA逆向工程中的主要功能：将数字编辑器（DSE）或快速曲面重建模块（QSR）提取或生成的特征线或者线框，在GSD模式下重新构面，生成高精度和高质量的曲面。（2）此模块的应用流程l 根据做好的特征线或线框，结合产品结构，构造曲面l 对部分细节优化l 裁剪、合并生成高品质的曲面l 误差检测(四)汽车底板逆向设计操作过程1.点云的导入与处理本文中以此底板工件对逆向设计过程进行细致说明。如图1-4
32、所示，将点云文件在CATIA中打开，并且在快速曲面重建模块（QSR）中的Cloud Display Option控件中调整点云的视图为Vertex模式，则点云呈分散状分布。此时对导入的点云进行细致观察和分析，通过多角度的三维空间旋转观察，可以看到除了个别通孔和冲压出的肋之外，整体上基本呈对称状。因而在对点云的处理过程中，对于对称面某一侧的局部点云缺失和不清晰，可以通过对另一面的逆向设计之后对称实现。整个点云图通过对局部点云的移除和过滤，达到如图1-4所示的清晰效果。图1-42.对工件的整体结构进行分析在进行逆向补面之前，基于CATIA的树状过程操作特性，需要对工件的整体结构进行把握，从而确定工
33、件的逆向操作整体思路。首先，为了更加清晰地观察工件的整体结构和细部特征结构，需要将刚刚修整好的点云转换为更加便于观察的视图。在快速曲面重建模块（QSR）中的Cloud Display Option控件中调整点云的视图为Smooth模式，则整个点云图将转变为如图1-5所示的情况。整个点云被光顺连续地连接成曲面状，但其只是一种便于观察的图视效果，并不能代替逆向设计过程。图1-5通过转换视图进行观察，对底板的特征部位有了清晰的认识之后，由分析可得，整个底板大体分为四部分，即底板后部的凸台、底板主体的阶梯面、左右两侧的凸台以及这三部分上的通孔和凹凸台。并且这四部分的逆向设计存在顺序关系。底板后部的凸台
34、和左右两侧的凸台相互独立，但是其中一个需要以另一个为基准方便定位，而且后部的凸台相比于左右两侧的凸台面积大，细节少，更加容易操作，因为作为最先处理的部分。而左右的凸台与底面的阶梯台有大量的复杂线结合，所以需要提前构建出底部阶梯台的整体结构，此时便可以根据后部凸台的衔接关系向底部阶梯台构建左右的凸台，因而第二步是铺成阶梯台，第三步是完成两侧的凸台。最后基于完成的前三部分，进行通孔和其他凸台的构建。并且因为整个底板大体呈对称状，所以操作中只需要将对称的部分完成，通过对称操作实现整体构型。以上即是操作前通过对造型结构的观察得出的操作顺序的分析结论。3.操作过程的整体流程车身的逆向设计，其实质是通过创
35、建曲面，并且通过检验的手段，使得所创建的曲面尽可能切合原点云面，再通过适当的修复手段，真实展现原工件的结构特点。所以核心操作就是创建出符合要求的曲面。创建曲面的整体流程是：首先，绘制符合曲面趋势的曲线；第二，利用曲线借由创成方式生成曲面；第三，对曲线或者曲面进行检验，查看是否符合要求；第四，将生成的小部分元素通过连接和修复积小成大，生成整个曲面。本设计中，在创建曲面之前，要先构建前已述及的对称面，通过快速曲面重建模块（QSR）中的Planner Sections控件创建整个底板的对称面。至此，构建曲面的准备工作基本完成。4.底板后部凸台的逆向设计因为后部凸台的面呈曲状，所以适合直接生成呵护要求
36、的曲面。按照逆向设计整体操作的流程，需要先对Vertex点云视图下的后部凸台的点云进行描线，所用的工具是快速曲面重建模块（QSR）中的3D曲线控件。如图1-6、图1-7、图1-8、图1-9所示，后部沿着轮廓的曲线即是对后部凸台进行曲面构型的描线，图1-8中间的贯穿线则是生成对称面时候与点云图的相交线，但是生成的对称面被自动隐藏了。做出描线之后，通过快速曲面重建模块（QSR）中的Porcupine Curvature Analysis控件对所做的曲线进行曲率分析，如图1-6所示，所做的曲线在尾处明显曲率较大，通过对曲线的调节，如图1-7所示，曲率明显缓和，说明所做的曲线更加切合原来的点云轮廓。图
37、1-6图1-7图1-8按照上述步骤描线完成后，对于无法闭合的曲线，主要是通过创成式曲面造型模块中的“扫略”控件，由轮廓沿着两条趋势线生成曲面；而对于能够做出封闭曲面的区域，通过相同模块下的“填充”控件，完成曲面的生成。之后可以通过快速曲面重建模块（QSR）中的Distance Analysis控件对生成的曲面的切合度进行观察，也可以调整点云视图为Smooth模式观察生成曲面是否与点云面呈交互状借以判断生成曲面的质量，如图1-8效果所示。之后所进行的操作中，都要对生成的曲线、曲面进行相应的检测，以提高相应曲线、曲面的准确性和整体质量，保证整个逆向设计的切合程度。之后的介绍中将不再赘述。之后将创建
38、好的分块的曲面，通过创成式曲面造型模块中的“桥接”控件，将各个分块曲面的缝隙过渡自然地连接，生成整个曲面，如图1-9所示。图1-95.底板阶梯面的逆向设计底板阶梯面通过观察分析可得，每个阶梯部分都是平面组成，所以在生成曲面的时候方法较后部凸台有明显差异，主要是用过在草图模块中以直线生成面获得。为了在曲面造型的过程中方便进入草图模块，这里需要创建角度适宜的参考面，通过创成式曲面造型模块中的“面平移、旋转”控件，将原基准参考面调整到合适的角度，如图1-10所示。图1-10基于新生成的参考面，在创成式曲面造型模块中进入草图模式，用基本画线工具按照大致的长短和位置做出直线，切换回操作模式后，利用相同模
39、块下的“拉伸”控件将所做的直线沿着所需要的方向拉伸成平面。然后再利用“面偏移”控件对生成的面进行微调，尽量切合点云，如图1-11、图1-12所示。图1-11图1-12生成的平面通过树状图中的步骤找到每个平面对应的草图直线，通过在草图中修改直线长度，使平面边线尽量切合点云的平面边线，为之后生成平面间的斜阶梯做好准备。调整步骤都完成后，通过创成式曲面造型模块中的“桥接”控件将平面间的斜面补出来。因为拉伸出的平面是规则形状，所以为了满足底面边处的曲线形，需要通过另一组曲面进行切割完成，方法与底面生成类似，如图1-13所示。再利用创成图1-13式曲面造型模块中的“分割”控件将相交的多余部分剪除掉，就得
40、到了想要出现的底部形状了，如图1-14、图1-15、图1-16所示。图1-14图1-15图1-166.侧面凸台的逆向设计通过对侧面凸台点云的观察和分析可以看出，这部分的曲面很多都是不与参考平面y-z平行的，所以在对这部分进行逆向设计的过程中，要经常用到对于参考面的位置变动，从而得到想要的生成平面的角度。而且这部分的很多面是和后部凸台相接合的，所以要灵活运用草图模块用平滑的曲线进行曲面的生成，保证面之间的衔接过渡。首先，以底部阶梯台的边界线拉伸出垂直于底部平面的侧向基准面，同时作为下面进行剪切的基准，如图1-17所示。按照之前所述及的方法将垂直于此基图1-17面的两个比较大的曲面在草图中绘制出轮
41、廓线，并拉伸成面，切除多余的部分，生成如图1-18所示的效果。再将基准面在y方向上平移到合适的位置，通过“分割”控件剪切封闭部分之外的拉伸面，巧妙地生成封闭的平面，如图1-19、图1-20所示。图1-18图1-19图1-20利用相同的方法再将另一个侧凸台完成，如图1-21、图1-22所示。切记两层测凸台生成之后，两层相应要切出的空腔部分不要因为所做平面的遮挡关系而遗漏。图1-21图1-22毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已
42、经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文
43、是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期
44、： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日致 谢时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我将无法顺利完成这次设计。首先，我要特别感谢我的知道郭谦功老师对我的
45、悉心指导，在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导，为我理清了设计思路和操作方法，并对我所做的课题提出了有效的改进方案。郭谦功老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上，我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。其次，我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求，感谢他们对我学习上和生活上的帮助，使我了解了许多专业知识和为人的道理，能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。另外，我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持，与他们一起学习、生活，让我在大学期间生活的很充实，给我留下了很多难忘的回忆。最后，我要
46、感谢我的父母对我的关系和理解，如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持，我将无法顺利完成今天的学业。致 谢四年的大学生活就快走入尾声，我们的校园生活就要划上句号，心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出，对我的人生来说，将是踏上一个新的征程，要把所学的知识应用到实际工作中去。回首四年，取得了些许成绩，生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲，对我成长的关心和爱护。学友情深，情同兄妹。四年的风风雨雨，我们一同走过，充满着关爱，给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。在我的十几年求学历程里，离不开父母的鼓励和支持，是他们辛勤的劳作，无私的付出，为我创造良好的学习条件，我才能顺利完成完成学业，感激他们一直以来对我的抚养与培育。最后，我要特别感谢我的导师刘望蜀老师、和研究生助教吴子仪老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励，给了我很多解决问题的思路，在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助，帮助解决了不少的难点，使得论文能够及时完成，这里一并表示真诚的感谢。
