基于CATIA逆向工程复杂样条曲线重构方法研究

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　　对于复杂零件的逆向设计，常常是通过激光、三坐标测量仪等方法对样件三维数据进行采集，可获得高质量的点云文件。但是这些点云文件数量很大，计算时将耗费过多的计算机资源。基于CATIA软件对点云数据进行过滤、划界、分网等处理方法进行了研究，运用曲线重构的方法，创建特征曲线组，利用多段曲线拟合获得点云的特征线网络，最后将拟合得到的曲线与原始点云数据进行误差分析。研究证明，通过这种方法可以获得质量更好、占据资源更小的曲线，为后续曲面和实体的生成奠定了精确基础。

　　CAITA三维设计软件是法国达索公司的产品，它的集成解决方案几乎覆盖了工业产品设计制造的所有领域，其优势很多，在逆向造型方面采用NURBS方法描述曲线曲面，解决了自由曲线(面)与初等解析曲线(面)描述不相容的问题，通过随着计算机新技术的不断应用，汽车工业蓬勃发展，产品更新迅速，这就对汽车零部件的设计工作提出了更高的要求，现代汽车零部件具有外观造型复杂化、功能多样化、生产周期短等特点。然而按照传统的开发过程，从项目确定开始，开发设计产品的零部件模型，再到生产制造样件，测试性能试验等，需要一个较长的过程，从而使得整个生产过程周期较长、成本较高。在这样的背景下，逆向设计工业应运而生。逆向设计开始在现代工业设计中发挥着越来越重要的作用，它是将实物模型转化为数字模型的一个重要部分[3]。在此过程中，根据点云文件创建特征曲线又是非常重要的一个环节。本文应用CATIA V5软件，论述在对某个零件体逆向造型过程中复杂曲线创建方法的研究工作。


　　1 前期处理
　　1.1 点云数据的采集与输入
　　数据采集是逆向造型的基础，必须准确。目前三维数据的测量设备朝着高速度、高精度、集成化、智能化、系统化的趋势发展[4]。通常数据采集使用坐标点测量仪器，如三坐标测量仪和激光三维扫描机。也有一些通过CCD相机拍照获得点云数据，它是利用Tritop软件将得到的数据进行优化、探测特征线条，并进行光顺、简化等操作[5]。
　　CATIA软件支持ASCII、ATOS、CGO、IGES等多种点云数据类型的输入。点云文件导入到CATIA V5中，首先需要进入Digital Shape Editor工作平台，利用Import功能导入文件。

　　1.2 点云数据的处理
　　如果点云数据是通过两次或多次测量得到，那么当分别导入数据后需要进行调整以对齐云点，并进行合并处理。合并后的点云中数量可能较大，计算时耗费过多计算机资源，并且铺面并不需要那么多的点，因此，可以利用过滤功能将多余的点按照不同的方法去除。CATIA V5提供了两种不同的过滤方式：一种是球过滤法(Homogeneous)，它对所选择的点云部分根据用户定义的球半径大小进行均匀过滤;另一种方法是自适应过滤法(Adaptive)，它是根据点与点之间的弦长，将某偏差值内的点过滤掉，利用这种方法可以在曲率变化小的地方过滤掉较多的点，曲率变化大的地方过滤掉较少的点，使得产品特征更加明显[6]。过滤后选择将要处理的部分，利用铺面功能创建出三角网格曲面，能直观了解结构的形状(见图1)。



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