0 引言

　　進入20世紀90年代以來，產品更新換代周期迅速縮短，逆向工程技術在新產品快速開發中的重要作用使其在理論上得到了學術界的廣泛關注，國內的大學也做了不少相關的研究工作。西安交通大學完成了激光掃描法、層除法實驗室系統的研制，并開發了逆向工程的核心軟件——CAD重構軟件；浙江大學CAD實驗室在CT復原三維模型方面開展了大量的研究并取得了較好的成績，推出了Re—Soft軟件系統。但總體來說，國內的研究重點都是逆向工程CAD中的數據處理算法和造型方法，在走向商業化的軟件方面，除了浙江大學推出的Re--Soft軟件系統之外幾乎是空白。

1 逆向工程關鍵技術

　　1.1 數據采集與預處理

　　數據采集是利用數字化設備測量原型表面點的三維坐標值，這樣才能實現復雜曲面的建模、評價、改進、制造。

　　由于三坐標測量機或激光掃描儀所測得的數據點之間通常沒有顯示拓撲關系，只是一大群空間散亂點，所以進行CAD模型重建之前需要對其進行預處理，使之能夠利用CAD軟件進行精確、快速逆向。數據的逆向工程預處理包括對數據點的排序、數據異常的排除、數據點的簡化等。

　　1.2 曲面擬合的算法

　　在曲面建構的過程中，遇到的問題是：應該采用什么樣的曲面類型；階數、控制點數、權因子、節點矢量這些參數應該如何選取；曲面的精度和光順怎樣。在曲面重建的過程中了解其曲面的特性及其曲面的數學模式，可以幫助我們節省很多的時間以及提高建模效率。曲面擬合的算法分為：Bezier(貝塞爾)曲線／曲面；B—Spline曲線／曲面；NURBS曲線／曲面。本文主要采用兼容了Bezier曲面和均勻B樣條的NURBS作為自由曲線曲面的通用表達形式。

2 特征提取技術

　　在三維模型重建中，實物的幾何形狀特征識別是建模的關鍵，它能為設計者提供準確的幾何信息，可以對測量數據直接進行修正，消除誤差。單純依據測量數據，有時會得到錯誤的模型，如直線的擬合和圓孑L直徑的確定。對于由直線、圓弧等構成的實物棱線及輪廓特征、等半徑的倒圓特征、對稱特征、圓孔特征以及由平面、柱、錐、球、環等基本體素拼合而成的零件，特征提取較簡單；但對于二次曲線(拋物線)特征、變半徑倒圓特征、橢圓孔特征等，特別是具有復雜曲面外形的零件，提取這類特征是特征建模的難點。

　　在提取邊界之前，首先劃分特征邊界的種類，然后按照不同的分類用不同的方法提取特征邊界。本文介紹兩種方法：①基于點云曲率和法矢的特征曲面提取：它是一種基于邊的方法，它根據測量點的法矢或曲率的突變，以一封閉邊界對點云數據的不同區域進行分割，并將邊界以線狀點云的形式提取出來；②基于點云截面特征提取：它是一種基于面的方法．通過選取的種子點，進行“區域生長”，找出具有相似幾何

　　特征的空間點以同一區域的形式提取出來。

3 人臉的建模實例

　　3.1 點云數據的讀入

　　將掃描的人臉點云數據保存為igs格式，導入到UG NX中，保存為prt文件。在導人數據時可能找不到點云，也可能與導入坐標的原點不一致，用工具欄中的“適合窗口”命令顯示，精簡點云數據，將一些不相關的噪聲點刪除

　　3.2 創建截面提取邊界點

　　人臉在眼睛、鼻子、嘴巴處的曲率比較大，為保證這3部分的擬合精度，截面的距離必須很小才行。將截面的距離設定為4mm，提取的特征邊界點。

　　3.3擬合曲線、曲面

　　選擇“插入/曲線/擬合樣條”命令，接著選擇通過點選項，框選出每一個截面截出的點云，指定點云的起點和終點，其余的選擇默認選項，確認后即重構出了曲線。擬合出的樣條一般都不光順，選擇“編輯/曲線/光順樣條”命令光順每一個樣條曲線。擬合后的特征曲線如圖5所示。最后選擇“插入/曲面/網格曲面/通過曲線組”命令，一次性將所有重構的曲線都選擇，擬合的三維模型。

4 結束語

　　采用在UG中提取點云數據特征邊界點的方法，可以實現對一些形狀比較簡單、有多個自由曲面的點云數據的重構，而且精度也能達到一定的要求。