Geomagic Studio軟件在點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

常影　張亞杰佟沐霖楊珊珊

1、吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院　2、吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院水利與土木工程學(xué)院

Geomagic Studio軟件在點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

常影1張亞杰1佟沐霖1楊珊珊2

1、吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院2、吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院水利與土木工程學(xué)院

由于當(dāng)今社會產(chǎn)品更新?lián)Q代快，快速掌握新型產(chǎn)品對一個企業(yè)的發(fā)展起著關(guān)鍵作用。有很多圖紙不全或者難以正向建模的零部件，都可以應(yīng)用逆向建模技術(shù)，快速地得到零件的模型，縮短了模型建立周期，節(jié)約了成本，同時(shí)也可以對其模型進(jìn)行優(yōu)化。本文介紹了Geomagic Studio軟件在點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用。

Geomagic Studio；逆向建模；點(diǎn)云數(shù)據(jù)

引言

模型建立對于產(chǎn)品的創(chuàng)新或其性能的改進(jìn)都有很大的影響，在科技飛速發(fā)展的當(dāng)代，掌握了新產(chǎn)品就占有了很大優(yōu)勢，因此很多企業(yè)、研究所和國家都在致力于創(chuàng)新研究。創(chuàng)新的基礎(chǔ)是擁有強(qiáng)大的知識和技術(shù)作為支撐，在技術(shù)和研發(fā)發(fā)展較落后，卻又想快速學(xué)習(xí)并建立自己產(chǎn)品的情況下，逆向建模技術(shù)走入了人們的視野。應(yīng)用逆向建模技術(shù)，可以快速地得到產(chǎn)品的模型，并在三維模型基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化［1-2］。同時(shí)一些損壞產(chǎn)品的模型恢復(fù)，更需要應(yīng)用逆向建模技術(shù)。比如一些古董，在數(shù)量少、圖紙又不健全的情況下，如果通過正向建模法則無法獲得數(shù)據(jù)，這時(shí)就需要結(jié)合逆向建模技術(shù)進(jìn)行建模［3-4］。逆向建模技術(shù)可以快速得到產(chǎn)品的模型，縮短了產(chǎn)品的建模周期，同時(shí)解決了部分零部件損壞無法修復(fù)的情況。因此，目前很多研究人員致力于逆向建模技術(shù)的研究工作。相應(yīng)的逆向建模軟件也有很多，比如Geomagic Studio、imageware、CATIA、Pro/E等軟件。其中Geomagic Studio主要針對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

1　獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)

Geomagic Studio軟件主要是對點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理，因此如何獲得所需要的點(diǎn)云數(shù)據(jù)是非常重要的。數(shù)據(jù)并不是越多越好，獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)過多，還需要進(jìn)行精簡，但是獲得的數(shù)據(jù)必須可以精確地表達(dá)零件的特征，這樣便可減少模型重建過程中的誤差。目前，點(diǎn)云數(shù)據(jù)獲取分接觸和不接觸兩種掃描儀［5］。接觸式掃描儀主要的優(yōu)點(diǎn)就是精度高，并且噪音低，但是由于通過接觸獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對于表面材料硬度不高的零件來說很容易被磨損或劃傷。所以當(dāng)表面材料硬度較低時(shí)，盡量選用非接觸式掃描儀獲取數(shù)據(jù)點(diǎn)，以減少對零件的破壞，而且非接觸式掃描儀掃描速度快，掃描獲得的數(shù)據(jù)點(diǎn)信息量大，但是精度較接觸式的差［6］。所以，在選擇掃描儀的時(shí)候要根據(jù)需求選擇最優(yōu)的儀器，且對于零件尺寸較大的零部件，可以進(jìn)行多次數(shù)據(jù)掃描，最后應(yīng)用Geomagic Studio軟件對其進(jìn)行對齊，整合成一個最完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

2　應(yīng)用Geomagic Studio軟件進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理

Geomagic Studio軟件因其有強(qiáng)大的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理功能，因此在逆向建模中應(yīng)用非常廣泛。從零件實(shí)體到三維模型的重現(xiàn)，首先是對零件點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取，這就要求所使用的三維掃描儀精度足夠高，其次在應(yīng)用Geomagic Studio軟件進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理的時(shí)候盡量多地刪除無用點(diǎn)，盡量多地保留或者是添加有用點(diǎn)。Geomagic Studio軟件點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理功能主要有噪音處理、點(diǎn)云對齊、填充、偏差分析等功能。

2.1噪音處理

在獲取零件點(diǎn)云數(shù)據(jù)的時(shí)候，不可避免地會受到周圍環(huán)境的影響，獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)就有一些多余點(diǎn)，這些點(diǎn)會影響逆向建模的模型，所以就需要刪除這些多余點(diǎn)。在Geomagic Studio軟件中選中要刪除的多余點(diǎn)，即可點(diǎn)擊刪除去掉多余點(diǎn)。最終得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)都是有用的數(shù)據(jù)，如圖1所示。

圖1　噪音處理

2.2點(diǎn)云對齊

當(dāng)零件尺寸較大時(shí)，為了獲得較全面的數(shù)據(jù)點(diǎn)，就需要多次測量數(shù)據(jù)并擬合在一起，這樣可以把多組的測量數(shù)據(jù)綜合在一個零件上，得到完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。在Geomagic Studio軟件中有多組數(shù)據(jù)對齊功能，可以通過擬合操作，完成多個掃描數(shù)據(jù)擬合。通過合并操作不僅可以將多組數(shù)據(jù)擬合成一組，同時(shí)可以降低噪音，并選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)云數(shù)據(jù)配合成最新的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。點(diǎn)云對齊分為手動注冊和自動注冊兩種，如圖2所示為手動注冊。

圖2　手動注冊

2.3填充孔

由于掃描過程存在誤差，因此會出現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)沒有掃描到，為了獲得較好的研究模型，這個時(shí)候就需要通過適當(dāng)?shù)姆绞教畛淇?，在Geomagic Studio軟件中應(yīng)用填充孔功能填充丟失的數(shù)據(jù)孔，這個時(shí)候就可以對整體點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分析了。

2.4偏差分析

在沒有獲得模型前，需要對所得到的擬合點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，應(yīng)用Geomagic Studio軟件中的偏差分析功能對所得數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行檢測，如果所得數(shù)據(jù)點(diǎn)與原來模型點(diǎn)的誤差在允許的范圍內(nèi)，則所得擬合對齊數(shù)據(jù)即為合理的數(shù)據(jù)。

3　結(jié)論

本文結(jié)合當(dāng)前的三維模型建立周期長和零部件修復(fù)困難等問題，引出了逆向建模的優(yōu)勢，介紹了逆向建模軟件Geomagic Studio在逆向建模中的應(yīng)用。Geomagic Studio軟件具有強(qiáng)大的、快速的點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理能力。通過對Geomagic Studio軟件在點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理中的研究，為后續(xù)零部件的逆向建模研究提供一定基礎(chǔ)。

［1］付偉，張海.基于Geomagic Studio軟件的逆向工程設(shè)計(jì) ［J］.工具技術(shù)，2007，12：54～57.

［2］黃曼慧，成思源.基于Geomagic的 CAD模型重建技術(shù)研究［J］.機(jī)床與液壓，2008，36（9）：57-60.

［3］郭培閃，杜黎明.運(yùn)用Geomagic Studio實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的曲面重建及誤差分析［J］.地理信息世界，2015，22（1）：57-60.

［4］林希玲，饒錫新，曹俊華.基于Geomagic的曲面重構(gòu)方法研究［J］.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2013，7：28-30.

［5］張軍，梁楚華.基于Geomagic的實(shí)體模型逆向重構(gòu) ［J］.機(jī)械工程與自動化，2010，5：192～194.

［6］李燕，黃凱.基于Geomagic的三維人體建模急速 ［J］.紡織學(xué)報(bào)，2008，29（5）：130～133.

常影，1988年出生，吉林省長春市人，助教，研究方向：模具設(shè)計(jì)、數(shù)控加工及逆向建模等。

吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院青年基金項(xiàng)目（吉農(nóng)院合字［2015］第212號）。