0 引言
进入20世纪90年代以来，产品更新换代周期迅速缩短，逆向工程技术在新产品快速开发中的重要作用使其在理论上得到了学术界的广泛关注，国内的大学也做了不少相关的研究工作。西安交通大学完成了激光扫描法、层除法实验室系统的研制，并开发了逆向工程的核心软件——CAD重构软件；浙江大学CAD实验室在CT复原三维模型方面开展了大量的研究并取得了较好的成绩，推出了Re—Soft软件系统。但总体来说，国内的研究重点都是逆向工程CAD中的数据处理算法和造型方法，在走向商业化的软件方面，除了浙江大学推出的Re--Soft软件系统之外几乎是空白。
1 逆向工程关键技术
1.1 数据采集与预处理
数据采集是利用数字化设备测量原型表面点的三维坐标值，这样才能实现复杂曲面的建模、评价、改进、制造。
由于三坐标测量机或激光扫描仪所测得的数据点之间通常没有显示拓扑关系，只是一大群空间散乱点，所以进行CAD模型重建之前需要对其进行预处理，使之能够利用CAD软件进行精确、快速逆向。数据的逆向工程预处理包括对数据点的排序、数据异常的排除、数据点的简化等。
1.2 曲面拟合的算法
在曲面建构的过程中，遇到的问题是：应该采用什么样的曲面类型；阶数、控制点数、权因子、节点矢量这些参数应该如何选取；曲面的精度和光顺怎样。在曲面重建的过程中了解其曲面的特性及其曲面的数学模式，可以帮助我们节省很多的时间以及提高建模效率。曲面拟合的算法分为：Bezier(贝塞尔)曲线／曲面；B—Spline曲线／曲面；NURBS曲线／曲面。本文主要采用兼容了Bezier曲面和均匀B样条的NURBS作为自由曲线曲面的通用表达形式。
2 特征提取技术
在三维模型重建中，实物的几何形状特征识别是建模的关键，它能为设计者提供准确的几何信息，可以对测量数据直接进行修正，消除误差。单纯依据测量数据，有时会得到错误的模型，如直线的拟合和圆孑L直径的确定。对于由直线、圆弧等构成的实物棱线及轮廓特征、等半径的倒圆特征、对称特征、圆孔特征以及由平面、柱、锥、球、环等基本体素拼合而成的零件，特征提取较简单；但对于二次曲线(抛物线)特征、变半径倒圆特征、椭圆孔特征等，特别是具有复杂曲面外形的零件，提取这类特征是特征建模的难点。
在提取边界之前，首先划分特征边界的种类，然后按照不同的分类用不同的方法提取特征边界。本文介绍两种方法：①基于点云曲率和法矢的特征曲面提取：它是一种基于边的方法，它根据测量点的法矢或曲率的突变，以一封闭边界对点云数据的不同区域进行分割，并将边界以线状点云的形式提取出来；②基于点云截面特征提取：它是一种基于面的方法．通过选取的种子点，进行“区域生长”，找出具有相似几何
特征的空间点以同一区域的形式提取出来。
3 人脸的建模实例
3.1 点云数据的读入
将扫描的人脸点云数据保存为igs格式，导入到UG NX中，保存为prt文件。在导人数据时可能找不到点云，也可能与导入坐标的原点不一致，用工具栏中的“适合窗口”命令显示，精简点云数据，将一些不相关的噪声点删除
3.2 创建截面提取边界点
人脸在眼睛、鼻子、嘴巴处的曲率比较大，为保证这3部分的拟合精度，截面的距离必须很小才行。将截面的距离设定为4mm，提取的特征边界点。
3.3拟合曲线、曲面
选择“插入/曲线/拟合样条”命令，接着选择通过点选项，框选出每一个截面截出的点云，指定点云的起点和终点，其余的选择默认选项，确认后即重构出了曲线。拟合出的样条一般都不光顺，选择“编辑/曲线/光顺样条”命令光顺每一个样条曲线。拟合后的特征曲线如图5所示。最后选择“插入/曲面/网格曲面/通过曲线组”命令，一次性将所有重构的曲线都选择，拟合的三维模型。
4 结束语
采用在UG中提取点云数据特征边界点的方法，可以实现对一些形状比较简单、有多个自由曲面的点云数据的重构，而且精度也能达到一定的要求。
(审核编辑: Doris)
