谈逆向工程项目中数据点预处理程序系统的开发.docx

逆向工程中数据点预处理程序系统的开发aaI ． Budaka,J.Hodolic a,M.Sokovic（a. 诺维萨德大学科学与技术学院， 塞尔维亚学院， 塞尔维亚和黑山， 621000;b. 卢布尔雅那大学机械工程学院 , 卢布尔雅那 , 斯洛文尼亚,6,SI-1000）摘要在当前市场要求极高的情况下，企业必须要反映迅速，在专门短时刻内开发出形状复杂的产品 用标准的CAD工具为这类产品建模，有时特不困难，甚至有些不可能在此基础上出现的专 门解决复杂形状产品设计的方法——逆向工程， 在过去十年里进 展相当快 尽管有了十年以上的快速进展， 逆向工程依旧有些明 显的缺陷，其中一个要紧问题是三维数字化结果质量差 （ 噪音， 计量错误，数据冗余，数据不完整等 ） ，这意味着表面重建精度较低通过数据过滤、数据平滑、数据缩减能够解决或者至少能 够改善那个问题， 其的步骤大部分都包含在逆向工程的预处理时 期本文为三维数字化数据点预处理系统提供了方案 所推举的 系统是基于目前要紧在工业中应用的横截面方法 文中所提到的1 / 18方案是目前已由实际应用和一些实验结果所证实 关键字：逆向工程； 数据预处理； 噪声滤波； 数据整理1 前言目前全球市场一方面需求表明， 依靠快速和频繁的产品设计， 新产品开发必要时刻不断缩短。

另一方面， 出于对美学和人机工 程学的要求，诸如包装、玩具、汽车这些产品的形状越来越复杂 化传统加工方式愈加难以满足这些要求 这就意味着会进展一 种抽象的概念——一种思想， 通过概念物， 然后通过计算机辅助 设计与制造进行设计 从这种意义上讲， 逆向工程技术为大部分 当代市场需求都提供了解决方案，这种技术差不多进展开来十年前， 逆向工程在文献中并不常见， 实际应用则更是少见 而现在逆向工程技术在许多领域的应用差不多屡不见鲜： 工艺设 计、软件工程、 电影业、娱乐行业、化学工程、 电子技术行业等 最近，逆向工程在电子机械系统行业中也有了应用的先例 从广 泛意义上将， 包括各种以确定的产品功能或分析理念和技术处理 方法这些方法应用在产品逆向工程的原始开发毫无疑问，在 CAD产品建模过程中，逆向工程所扮演的角色越来越重要，尤其 是涉及到复杂表面加工，用现代CAD系统往往是特不困难甚至有 些不可能然而，这些复杂形状表面能够通过“艺术建模” ( 在 粘土、石膏、高分子材料、木材等中 ) 方法建模，然后用逆向工 程技术将成品模型转化为 CAD模型不论是个体应用依旧产品竞 争，逆向工程在重设计过程中的应用都能够大大加速和改善过程 本身。

在没有足够的技术文件的情况下生产零部件和产品副本， 逆向工程技术确信是独占鳌头2 逆向工程中的数据点预处理 逆向工程过程处理的动身点时一个物理对象，它能够是现有 的零件、产品、手工模型或者通过一些快速成型技术得到的模型 那个物理对象经三维数字化、 数据预处理和表面重构， 转化成适 合现代计算机辅助技术的模型， 只是过程比较复杂 尽管逆向工 程过程处理在过去几年获得快速进展， 依旧有些阻碍预处理质量 的明显问题 最突出的问题之一便是以点云传开的三维数字化结 果的质量，因此这也会大大阻碍建模的结构专门多种类的三维数字化系统差不多存在，其中最突出的要 数三坐标测量机，激光扫描仪、比例绘图仪、 CCD摄像头、计算机断层扫描等他们的共同点是存在噪音且在结果中有些错误， 这意味着会有些模型会不合理此外，现代三维数字化系统，尤 其是激光系统，会产生大量的点，这一方面使得速度明显减缓， 在极端情况下，也会防止数据点的处理另一方面，太冗杂的数据点会导致表面建模不当因此，在表面重构之前，有必要预备 好点云那个预备工作通常被称为“预处理” 截至应用数字化 系统，逆向工程、表面重构、 数据预处理时期有不同的处理过程， 有噪音和误差滤波器、数据优化、数据平滑、数据压缩、数据分 段、数据回归等。

在些处理过程中，噪音过滤、数据平滑和数据 压缩最重要的时期2.1 前人研究成果过去十年中， 已有大量逆向工程系统被开发 他们的方法中， 应用了硬件组件 （用于三位数字化 ）和软件支持， 那个系统之间颇 有不同本节从目前数据点预处理的角度对已有的几个逆向工程 系统的特点做一个简要概述汤普森等人提出了一种交互式逆向工程系统一一REFAB那个 系统同意用户自定义来自三维表面点集的机械特性模型 按照点 云的生产特征认可标准， 预处理所存在的问题严峻超标了 因此， 这种解决方案的应用是局限于有唯一机械特征标准零部件之中王先生等人基于四轴激光扫描系统，提出了用于曲面设计的 逆向工程系统 那个系统致力于三维数字化数据点的预处理， 用 中值滤波消除了脉冲式噪音而且，依照扫描曲线的直线度，为 冗余数据的消除提出了一种智能算法4 / 18李和吴 提出了一种结合逆向工程技术和快速成型技术的新 颖算法 以相邻数据点曲率计算为依据， 横截面数据压缩的智能 算法也包含着数据预处理卡伯恩等人结合视觉系统和三坐标测量机，为自由曲面的逆 向工程提出了一种算法 通过为分类和数据压缩开发合理的程序 来进行点云预处理 为减少过多的数据点， 他们提出了两种算法。

随机算法同意用户依照指定的概率删除数据 假如在光滑曲面区 域有大量数据点需要删除， 这种算法专门有用， 二次数据压缩算 法以切线或曲率公差变化为依据提出Lee 等人提出了在预处理时期有强烈地点色彩的逆向工程算 法去除来自最初点云的离群值和峰值后， 就能够应用压缩算法 该算法是基于单向或双向非均匀网格提出的黄和泰用预处理程序提出了一种逆向工程系统算法该算法 的思想是将数据点集简化成隐形或明确形式的非参数方程 那个 方程也满足曲率的连续性 噪音资料由用户手动删除， 用中位过 滤器进行数据平滑处理常和常要紧针对预处理时期提出了一种可再生能源开发流 程用滤波器进行噪声处理，用高度决策方法进行数据压缩，这 种决策方法集成了空间概念和数据点的高度特征佩尔科科和斯皮纳基于遗传算法对复杂形状曲面提出了一种 算法，用于进行数据点的压缩 该算法由用户固定一组代表精度 损失最小的扫描点，检索最佳数据点群彭和洛夫特斯基于神经网络提出了带有图像处理功能的逆向 工程系统算法神经网络用于以光照参数为依据进行型状复原 能够讲预处理是通过一系列 “学会” 如何处理所获数据的神经网 络来完成的3 数据点预处理程序系统在逆向工程过程中，业已存在的要紧问题之一涉及到三维数 字化结果的质量， 那个结果会使工艺和表面生成大大复杂化。

同 时，当代CAD软件系统中，大多数表面重建模块差不多上内置式 的，数据点预处理功能专门差，或者全然就没那个功能本文的 研究重点是对三维数字化结果预处理程序系统的进展PlnsoGa]OtiJuXGMODL LE FOR DATA PRITHOCTSSING MMldb 6JIBL ih PTS hk rbraiii^iPnk^t AN-KJCJLSPhirF \ rii\rrR ?■ n 11图3已开发程序实验系统组成所开发系统的总体流程图如图 1所示从该系统中能够挑出 以下几个差不多要素：数据点预备 错误点过滤数据点平滑，数据点压缩输出生成的文件格式本文研究的数据点预处理系统是在横截面逆求方法的基础上开发出来的那个系统能从三维数字化系统中获得数据点信息，使之能在CAD模型中被接收、充分预备并为 形体重建所适应那个模块的开发，应用了先进的算法它可用在体积和角方法过滤、中值和平均值法数据平滑、统一采样 （ 空间、切线、 直线度 ） 法数据压缩通过对同一种功能进行多种方法嵌入，数 据点就能由来自不同三维数字化系统的不同特征数据来保证本文的程序系统是在已有的算法模型基础上开发出来的 完整的解决方案是独创的，且在 Matlab 6.5 的环境下实现了算 法程序。

开发出的程序系统的要紧图形用户界面、 算法定义的子 界面、数据过滤、平滑和压缩参数如图 2 所示。