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逆(ni)向工程加速(su)了產(chan)品開發(fa)，在不同領域應用(yong)廣泛。
例如(ru)，Britannia-upon-Globe（一個象征(zheng)大不(bu)列顛君王專車(che)(che)的(de)純手工雕像(xiang)）這款吉祥物(wu)便(bian)是(shi)通過(guo)在(zai) 3D 掃描后轉化(hua)為可進行(xing) 3D 打印的(de)設計而修復的(de)。在(zai)汽車(che)(che)行(xing)業，逆(ni)向工程可用(yong)于(yu)重制磨損的(de)老式汽車(che)(che)零件(jian)，例如(ru)康明斯公司曾借助此技(ji)術修復其 28 號柴油特別版賽車(che)(che)。逆(ni)向工程甚至可用(yong)于(yu)設計汽車(che)(che)現(xian)有(you)零部件(jian)周圍(wei)缺失的(de)部件(jian)。近年(nian)來，法醫鑒(jian)證人員也在(zai)利用(yong)逆(ni)向工程從(cong)犯罪現(xian)場提取更多線(xian)索。
如果(guo)您正在考慮將逆(ni)向(xiang)工程技(ji)術應用于產(chan)品開發(fa)，那么(me)在了解工作流程之后，便會對(dui)自己(ji)需要投入(ru)的時間(jian)和(he)精力了然(ran)于心。3D 模型(xing)是(shi)決定工作流程復雜性的關(guan)鍵(jian)因素。
3D 掃描儀(yi)技術是所(suo)(suo)有(you)逆向工(gong)程應用(yong)的基(ji)礎，有(you)助(zhu)于以數字(zi)化(hua)(hua)形式捕捉對象的形狀。然而，將 3D 掃描數據轉化(hua)(hua)為 3D 模型的過(guo)程漫長且曲折，并且需(xu)要(yao)借助(zhu)中(zhong)間軟件(jian)。CAD 工(gong)具對于產(chan)品設計而言不可或缺(que)，但大(da)多(duo)數 CAD 軟件(jian)并未配備處理掃描數據時所(suo)(suo)需(xu)的工(gong)具。
我們(men)所開發(fa)的(de) Design X?能夠加速這一(yi)過(guo)程(cheng)。這款(kuan)軟件(jian)以 CAD 內核(he)搭載開發(fa)歷時(shi)逾(yu) 25 載的(de)掃描處理內核(he)，支(zhi)持將掃描數據作為原生幾何體進行操(cao)作，并可提取各種(zhong)類型的(de)模型用(yong)于制造(zao)。
下面將介(jie)紹一些最常用的模型，以幫助您了解(jie)自(zi)己所需(xu)要的 3D 模型。
點云(yun) 是最簡(jian)單的用于表示物理對(dui)象的 3D 模型(xing)。它是大(da)量(liang)（數(shu)(shu)(shu)百萬或數(shu)(shu)(shu)十億）數(shu)(shu)(shu)據點(dian)在(zai)空間里的集合，每個點(dian)的位置(zhi)由一組笛卡(ka)爾坐標 (X, Y, Z) 定義。掃描儀可結合激光產生的垂直和(he)水(shui)平(ping)角度來計(ji)算坐標定位。作(zuo)為 3D 掃描過(guo)程的輸出，點(dian)云是創建 CAD 模型(xing)的基礎，用于計(ji)量(liang)和(he)質量(liang)檢查(cha)。
多邊形網格(ge) 是點(dian)云(yun)的(de)(de)關聯產物。當軟件將點(dian)云(yun)的(de)(de)測量結果結合在一起，并將接近的(de)(de)點(dian)云(yun)連(lian)接成三角形(xing)(xing)、四(si)邊(bian)形(xing)(xing)或其他簡單的(de)(de)凸多邊(bian)形(xing)(xing)時(shi)，就會創建(jian)出多邊(bian)形(xing)(xing)網格。由此產生的(de)(de)頂點(dian)、邊(bian)和(he)面的(de)(de)集合共同定義了對象的(de)(de)形(xing)(xing)狀。多邊(bian)形(xing)(xing)網格可在屏幕上輕松地著色和(he)渲(xuan)染(ran)，所有軟件都用其顯示模型。
CAD 模型 類型(xing)(xing)(xing)則與多邊形網(wang)格和點云(yun)數(shu)(shu)據相差甚遠(yuan)，幾(ji)乎沒有(you)共同(tong)之(zhi)處。CAD 模型(xing)(xing)(xing)由非(fei)均(jun)勻(yun)有(you)理 B 樣條 (NURB) 曲面(mian)組成(cheng)，是一(yi)種用于在軟件中表示 3D 形狀的(de)數(shu)(shu)學類型(xing)(xing)(xing)。此模型(xing)(xing)(xing)便于用公式(shi)和尺寸進行編輯(ji)。由于 CAD 模型(xing)(xing)(xing)可以通(tong)過(guo)調(diao)整不同(tong)類型(xing)(xing)(xing)的(de)參(can)數(shu)(shu)來(lai)形成(cheng)完美(mei)的(de)圓柱形或(huo)完美(mei)的(de)平面(mian)，因此我(wo)們稱(cheng)其為參(can)數(shu)(shu)驅動型(xing)(xing)(xing)模型(xing)(xing)(xing)。您還會聽到(dao)它們被冠(guan)以“智能”之(zhi)美(mei)稱(cheng)，這意味(wei)著(zhu) CAD 模型(xing)(xing)(xing)比點云(yun)或(huo)網(wang)格包含更多的(de)信息。
在(zai)工(gong)程(cheng)(cheng)和(he)設計(ji)領域，CAD 是 3D 模(mo)型(xing)的“圣杯”。然而(er)，目前尚無法直接將掃描數(shu)據轉(zhuan)換(huan)為 CAD 模(mo)型(xing)。我(wo)們(men)可以采(cai)用一些(xie)輔(fu)助工(gong)具更輕松地實現(xian)轉(zhuan)換(huan)，但在(zai)大多數(shu)情況下，設計(ji)師(shi)或工(gong)程(cheng)(cheng)師(shi)需要在(zai)軟件內部(bu)從頭開始創建 CAD 模(mo)型(xing)。該過(guo)程(cheng)(cheng)相當(dang)耗時，但 CAD 模(mo)型(xing)也是當(dang)前制(zhi)造業中(zhong)最常用的模(mo)型(xing)類(lei)型(xing)。
SubD （細分）曲面經常用于動畫(hua)、AR 和(he) VR 環(huan)境中不同(tong)類型的(de)表(biao)示。它們是(shi) NURB 曲面的(de)混合(he)體，以多邊形架構控制。
體素 是體(ti)積像(xiang)素(su)的(de)簡稱(cheng)，相當于(yu) 3D 像(xiang)素(su)。它們是微(wei)小的(de)立(li)方(fang)體(ti)，類似于(yu)一顆顆沙(sha)粒。體(ti)素(su)經常用于(yu)在醫療領域為假體(ti)或支架建模。
各(ge)種 3D 模(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)創(chuang)建方式并不等(deng)效。基于點(dian)云建立(li) CAD 模(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)比基于點(dian)云建立(li)多(duo)邊形網(wang)格更加費時費力。但是，關于是否要花費精(jing)力創(chuang)建 CAD 模(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)將完(wan)全取(qu)決于您(nin)對(dui)模(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)需(xu)(xu)求。您(nin)需(xu)(xu)要的(de)是包含制(zhi)(zhi)造缺陷等(deng)一(yi)切內(nei)容的(de)精(jing)確復制(zhi)(zhi)品(pin)，還是需(xu)(xu)要一(yi)個完(wan)美的(de)制(zhi)(zhi)造模(mo)型(xing)(xing)(xing)(xing)？下面將用一(yi)些(xie)示例來說明它(ta)們的(de)用途。
竣工模型 ，也即精(jing)(jing)確復制的(de)模(mo)型(xing)(xing)，旨在(zai)獲(huo)取(qu)精(jing)(jing)確的(de)表示。例如，如果(guo)您希(xi)望圍繞某人的(de)手(shou)掌制作一個支架或設備，則(ze)需要(yao)以(yi)偏差很小的(de)模(mo)型(xing)(xing)來呈現此人的(de)解剖結構(gou)。我們(men)的(de)工具支持直(zhi)接將(jiang) NURB 曲(qu)面包裹在(zai)手(shou)臂的(de) 3D 掃描(miao)結果(guo)上(shang)，并創建一個幾乎(hu)精(jing)(jing)確的(de)模(mo)型(xing)(xing)表示，誤差與原始形狀不超過(guo)數微米。
設計意圖 – 工業零部件的 3D 模型(xing)不應該(gai)是一個(ge)精確的復制(zhi)品，因為(wei)制(zhi)造(zao)的零部件具有偏差(cha)。設計產品和實(shi)際(ji)產品之間(jian)允許存在誤差(cha)，其被稱為(wei)制(zhi)造(zao)公(gong)差(cha)。雖(sui)然(ran)公(gong)差(cha)是可以接(jie)受的，但數字(zi)模型(xing)中不應該(gai)包含公(gong)差(cha)。
合二為(wei)一 – 在有(you)些情(qing)況(kuang)下，您希(xi)望大部分(fen)(fen)形(xing)(xing)(xing)狀是竣工狀態，而(er)(er)部分(fen)(fen)形(xing)(xing)(xing)狀則(ze)對應設(she)計(ji)意圖，例如上圖中的拓撲優(you)化(hua)托架(jia)。此有(you)機形(xing)(xing)(xing)狀可以利用模擬軟件計(ji)算得出(chu)，而(er)(er)模擬軟件通常使(shi)用網狀模型(xing)，隨(sui)后(hou)用 CAD 曲(qu)面包裹。不過，我們希(xi)望孔的位置非常精確，因此將其保留(liu)為網格(ge)。
我(wo)們已經了(le)解了(le) 3D 模型的類型，現在(zai)需(xu)要(yao)對數(shu)據(ju)處理工作流程進行細(xi)化(hua)了(le)。
如果您需要(yao)的(de)是一(yi)個網(wang)格(ge)(ge)模型，那(nei)么過程(cheng)很簡(jian)單(dan)(dan)。您可以(yi)使用 Design X 掃描物(wu)體，然后通過連接點云的(de)頂點來創建(jian)網(wang)格(ge)(ge)。用于(yu)增材制造的(de) 3D 打印機(ji)和切(qie)片(pian)軟(ruan)件(jian)將讀取網(wang)格(ge)(ge)文件(jian)，如 STL、PLY 和 OBJ。這種(zhong)簡(jian)單(dan)(dan)的(de)工作(zuo)流程(cheng)能夠實現(xian)精確(que)的(de)復制，但它有一(yi)項重要(yao)的(de)缺點，即難以(yi)編輯特(te)征(zheng)。
此外，如果涉及到銑削，網格模型也不能切削。如果您需要在一個形狀上運行數控刀軌，大多數計算機輔助制造 (CAM) 軟件包在 NURB 曲面上生成的刀軌比在網格上生成的刀軌更加平滑。Design X 可以快速地用曲面包裹網格，使刀軌編程更加高效。
以最經濟實(shi)惠、快速(su)而精確的方(fang)式幫助您從(cong)點云過(guo)渡到 3D 多邊形模型。
最(zui)后，您(nin)往往希(xi)望通過掃描(miao)物(wu)體來創建特征齊全且可編輯的 CAD 模型(xing)。該流程(cheng)的工作量(liang)最(zui)大(da)，但(dan)這也(ye)是 Design X 最(zui)大(da)的功用所在。Design X 能夠(gou)迅速處理具有(you)數(shu)(shu)百萬點的大(da)型(xing)掃描(miao)數(shu)(shu)據(ju)集，其速度(du)超過其他(ta)任何軟件；它有(you)助于您(nin)應用逆(ni)向工程(cheng)，快速將物(wu)理零件從(cong)基于 3D 掃描(miao)的數(shu)(shu)據(ju)轉化(hua)為數(shu)(shu)字(zi)參數(shu)(shu)化(hua) CAD 模型(xing)。
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