基于逆向工程的人头像建模技术的研究

第２５卷第４期　２０１２年７月　文章编号：１００２—６６７３（２０１２）０４—０９２—０３　机电产品开崖与刨斩　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｖｏ１．２５　ＮＯ，４　Ｊｕｌｙ．，２０１　２　基于逆向工程的人头像建模技术的研究　吴玉厚，尤慧杰，赵德宏　（沈阳建筑大学交通与机械工程学院，辽宁沈阳１　１０１６８）　摘要：利用手持式激光扫描仪得到人头像雕塑的点云数据，通过基准点定位原理对点云数据进行拼合，　经过多边形网格处理．最终实现ＮＵＲＢＳ曲面模型的重构。通过对重构模型进行偏差分析和修改，　得到符合ＣＡＤ／ＣＡＭ要求的数字化模型。该方法能够快速地处理点云，建立复杂曲面的三维模　型．满足ＣＡＭ加工的要求。　关键词：逆向工程；三维扫描；点云处理；曲面重建　中图分类号：ＴＰ３９１．７　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１００２—６６７３．２０１２．０４．０３７　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｕｒｆａｃｅ　ｏｆ　Ｈｅａｄ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｒｅｖｅｒｓｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕ　Ｙｕ－Ｈｏｕ，ＹＯＵＨｕｉ－Ｊｉｅ，ＺＨＡ０　Ｄｅ－Ｈｏｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＴｒａ６ｉｃ　ａｎｄ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＪｉａｎｚｈｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　Ｌｉａｏｎｉｎｇ　１１０１６８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃａｎ　ｇｅｔ　ｔｈｅ　ｐｏｉｎｔ　ｃｌｏｕｄ　ｄａｔａ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｈａｎｄｈｅｌｄ　ｌａｓｅｒ　ｓｃａｎｎｅｒ，ｔｈｅ　ｄａｔａ　ａｒｅ　ｍｅｒｇｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｄａｔｕｍ　ｐｏｉｎｔ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ，ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｌｙｇｏｎａｌ　ｍｅｓｈ，ｔｈｅ　ＮＵＰ，＿ＢＳ　ｐａｔｃｈｅｓ　ａｒｅ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｆｉｎａｌｌｙ．Ｔｈｅｎ　ｍａｋｅ　ｅｒｒｏｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｒｅｖｉｓｅｄ　ａｇａｉｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｇｉｔｌａ　ｍｏｄｅ１．Ｐｏｉｎｔ　ｃｌｏｕｄ　ｄａｔａ　ｃａｎ　ｂｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　３Ｄ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｍｏｄｅｌ　ｃａｎ　ｂｅ　ｅｓｔａｂｈｓｈｅｄ　ｑｕｉｃｋｌｙ　ｂｙ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ，ａｌｓｏ　Ｃａｌｌ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＣＡＤ／ＣＡＭ　ｓｙｓｔｅｍｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｅｖｅｒｓｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｓｃａｎｎｉｎｇ；ｐｏｉｎｔ　ｃｌｏｕｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｓｕｒｆａｃｅ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　１　０引言　逆向工程．也称反求工程．是将实物模型数据化成　ｌｊ　ｌ可以快速完成产品的数字化建模，提高产品开发效率。　　ｌ１点云数据处理　广　逆向工程的基本流程　二］二　雨　雨　设计、概念模型，并在此基础上对产品进行分析、修改　：　及优化等技术的过程。逆向工程的关键是它不只是对原　ｌ　如图１所示。在逆向建模Ｌ　－Ｊ＿１　型的简单复制，还可以在原有的基础上修改再创造。逆　ｌ　的过程中，高效高精度的　向工程技术在汽车、航空、船舶等领域已得到了广泛地　应用，但是在异型石材制品方面的应用较少。本文以石　Ｉ　ｌ皇兰垫塑竺竺｝　实现待测物体表面的数据　｝多边形阶段Ｉ　采集是非常关键的，点云广－　＿．Ｊ创新　ｌ　制人头像雕塑为研究对象，研究了逆向工程过程中的关　ｌ　数据质量的好坏直接影响１广—　＝　一　ｌ　到后续的修复工作。人头Ｉ三二二ｊＥ　复杂的异形曲面模型（如人头像），其建模加工受到　：　键技术　像雕塑由于表面有很多细Ｉ　＞　．　越来越多的关注。但是利用传统意义的建模方法来创建　ｌ　节特征如头发、眼睛、花　＜　异形曲面非常复杂，大大延长了产品的开发周期。随着　ｌ　纹等，所以对采集数据的　．　Ｌ　现代制造业的飞速发展．缩短新产品开发周期和降低产　ｆ　精度相对要求较高。本文品的研制成本成为人们解决问题的焦点。逆向工程技术　・　采用的是手持式三维激光　扫描仪对人头像雕塑进行　收稿日期：２０１２—０４—２４　ｉ　基金项目：国家自然科学基金（５０９７５１６２）；教育部创新团队支撑ｌ　扫描。每秒可扫描１８０００　图１逆向工程流程图　ｗｃｈａｎ　ｏｆ　Ｆｉｇ・１　Ｔｈｅ　ｎｏ．．０５ｍｍ。扫描过程如图２所示。　计划（ＩＲＴ１１６０）；国家十一五科技支撑计划（２００６ＢＡＪ１２Ｂ０￣；辽宁一　个点，最高精度达０．１点云数据拼合　省攻关计划（２０１１２２００１２）；辽宁省自然科学基金￣０１０２１８６）；辽宁ｌ　１．省教育厅项目（Ｌ２０１１９４）　师。主要从事工程陶瓷材料加工研究。　９２　１　实际扫描过程中，由于条件限制，不能一次完成整　作者简介：吴玉厚（１９５５－），男，教授，博士，博士研究生导ｌ　个数据的扫描，所以要把待测对象分成多个相互重叠的　　区域，从不同角度对待测物体进行扫描。但多次测量的　：