基于CATIA V5的逆向工程自由曲面重构技术

0 引言

    自由曲面形状复杂，其曲面重构一直是逆向工程研究的热点和难点之一。逆向工程上NURBS设计技术最常使用的作业模式是对点云数据应用控制多边形或者逼近的方法创建初始造型。一般采用工程技术中常规构面手段，如CATIA由线架构用逼近方法构面有多种办法，可采用的有：GSD模块中的放样曲面(Loft)、填充曲面(Fill)和扫描曲面(Sweep)；FSS模块中的填补曲面(Fill)、外形拟合(Fit to Geometry)、扫掠曲面(Styling Sweep)鱼和网格曲面。但对于医疗领域中人赝耳、鼻和假肢等人体器官和玩具行业中布绒填充类玩具等三维实体的逆向重构，经反复试验证明其效果没有针对性且精度上差强人意。本文以CATIA V5 R16为平台，针对以虾仁为代表的自由曲面的散乱点云数据，采用“控制点调面”法完成其曲面重构并提出这一方法的应用技巧。

1 虾仁曲面重构

    按如图1所示流程对处理好的虾仁点云进行曲面重构，先进行线架构，然后采用“控制点调面”的方法构建虾段曲面，再通过虾段曲面间的调整构建虾仁全部外表面，在此过程中需要做截面线并进行曲面质量评价。这里重点探讨如何采用“控制点调面”法完成虾段曲面重构，以虾尾某段体节为例。

图1 曲面重构流程

1.1 虾段曲面重构

1.1.1 做截面线

    首先完成此段虾尾特征曲线线架构，如图2所示。其次激活该段点云，利用截面线功能在此点云上打截面（切片），获取断面扫描交线（先以zx为基准面，再以xy为基准面），其过程如图3所示。注意参数设置：间距(step)=0.5mm。

图2 虾尾某段线架构

图3 截面线制作过程

1.1.2做并切割4点面

    首先进入FSS模块点击四点面按钮，做N、V方向均为4阶1段的4点Nupbs平面。然后点击切割曲面按钮切割做好的四点面，同时注意：使用指南针方位工具栏以zx、xy两个方位切割，间距值(step)同样取0.5mm，如图4所示。

图4 做并切割4点面

1.1.3 构面

    利用“控制点调面”法完成虾尾此段体节的曲面重构，暂时隐藏铺面和点云截面线。首先点击控制点编辑按钮打开控制点对话框，在其中Support选项区域中选中控制点沿法向移动按钮，激活上面做好的4点面，将Nv改为5，Nu改为3，按顺序拉动控制点拉杆从中部拉起4点面如图5所示。

图5 中部拉起4点面

    然后将Nv改为3，Nu改为4，控制点对话框Support选项区域中选中沿控制网格线移动按钮，将增加的网格线移至上部调上凸起，再将Nu改为5，将增加的网格线移至下部调下凸起，如图6所示。进而再将Nu改为6调整其余若干小凸起如图7所示。

图6 调上下凸起

图7 调整小凸起

激活点云及截面线，继续微调，使四点面切割网格与点云截面网格线尽量吻合，构面结束。如图8所示。

图8 微调、构面结果