CN109840954B - 一种复杂对象实体模型的构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复杂对象实体模型的构建方法，步骤为：1、分析对象形态；2、使用1mm精度的三维扫描设备获取对象基本形态模型；使用0.1mm精度的三维扫描设备获取细节区域模型；3、使用逆向设计软件，对扫描数据进行拼接、补洞、去流形、建立坐标系，将离散的细节区域模型拟合到对象基本形态模型上；4、利用曲面建模软件，建立对象基本形态的曲面模型；5、利用三维雕塑软件得到优化的细节区域模型；6、利用逆向设计软件将优化的细节区域模型转化为细节区域曲面模型；7、在曲面建模软件中组合模型、运算，获得对象实体曲面模型。本发明可以解决复杂对象曲面模型获取的问题；解决复杂对象网格模型转化曲面模型问题；解决扫描模型修复问题。
Description
技术领域
本发明属于建筑领域，特别涉及一种复杂对象实体模型的构建方法。
背景技术
据申请人了解，航空、航天、船舶、汽车等行业采用逆向工程技术获取曲面数据，其数据处理方式采用曲面建模软件和逆向软件曲面重构技术，该技术处理模型时间长，成本高，不适用于少量定制化产品制造。传统的数控加工，如圆雕机、五轴机床等可以支持网格数据。随着智能制造设备的发展，3D砂型打印机、雕刻机器人、打磨机器人、焊接机器人等设备仅支持曲面数据，扫描数据是网格数据，无法直接用于这些设备。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种综合利用三维数据扫描技术和数据处理技术为一体，可以解决复杂对象曲面模型获取的问题；解决复杂对象网格模型转化曲面模型问题；解决扫描模型修复问题的复杂对象实体模型的构建方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种复杂对象实体模型的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)分析对象形态，将对象划分出基本型区域和细节区域；
(2)使用1mm精度的三维扫描设备或设置扫描对象，获取对象基本形态模型；使用0.1mm精度的三维扫描设备或设置扫描对象细节区域，获取细节区域模型；
(3)使用逆向设计软件，对扫描数据进行拼接、补洞、去流形、建立坐标系，将离散的细节区域模型拟合到对象基本形态模型上；
(4)利用曲面建模软件，参考扫描数据，建立对象基本形态的曲面模型；
(5)利用三维雕塑软件对细节区域进行修复、形态优化，得到优化的细节区域模型；
(6)利用逆向设计软件将优化的细节区域模型转化为细节区域曲面模型；
(7)在曲面建模软件中组合模型、运算，获得对象实体曲面模型。
进一步的，所述步骤(3)中对扫描数据进行拼接的具体步骤如下：采用特征拟合的方式，通过对公共区域计算来拼接模型，每次拟合两个模型，选取三对相应的特征点进行计算，所有模型拟合完成后，进行一次全局计算，进行微调。
进一步的，所述步骤(3)中对扫描数据进行补洞的具体步骤如下：通过分析孔洞周围曲率来计算缺失区域曲面。
进一步的，所述步骤(3)中去流形的具体步骤如下：除去游离在模型外的杂面；将细节模型拟合到基本形态上，通过手动特征拟合方式实现。
进一步的，所述步骤(5)中对细节区域进行修复、形态优化，得到优化的细节区域模型的具体步骤如下：将扫描数据重新拓扑网格结构，增加细分级别，得到面数相对更高的模型，把原模型的细节再投射到新的模型上，然后对细节进行修复；通过压力感应笔刷，可实现对细节的锐化，缺失部分的重建，扫描噪音的消除。
进一步的，所述步骤(6)中将优化的细节区域模型转化为细节区域曲面模型的具体步骤如下：通过探测轮廓线、构造曲面片、构造栅格、拟合曲面来完成转化；轮廓线布置在曲面平缓的的区域；面片的划分，保证造型的完整性。
进一步的，所述步骤(7)中在曲面建模软件中组合模型、运算，获得对象实体曲面模型的具体步骤如下：在曲面建模软件中将模型各个组件摆放到位，复制相同造型的组件，进行对称性的调整；将整个模型搭建完成后，对模型进行求和，运算出一个实体模型。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明针对造型复杂的艺术类产品的制造特点，采用多种数据采集和处理方式结合的方法获取三维模型数据，区别于高端工业产品的逆向工程的方法，降低采集数据以及处理三维模型的难度，缩短了工作周期，又能得到理想的处理效果，跟适用于复杂艺术产品的制造。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明。
实施例一
本实施例结合方鼎的模型获取方法包括如下几个步骤：
步骤一、分析鼎形态，将鼎分为鼎耳、鼎身以及鼎腿三部分；
步骤二、使用Creaform手持白光扫描仪，精度1mm扫描鼎的基础形态；
步骤三、使用Breuckmann三脚架式三目白光扫描仪，精度0.1mm扫描鼎耳、鼎身以及鼎腿上的纹饰；
步骤四、使用逆向设计软件，对扫描数据进行拼接、补洞、去流形、建立坐标系等操作，利用软件手动注册功能将离散的细节区域模型拟合到对象基本形态模型上；
步骤五：利用曲面建模软件，测量扫描数据关键参数，建立对象基本形态的曲面模型；
步骤六：利用三维雕塑软件对细节区域重新拓扑、细分网格、投射细节，再对纹饰进行造型优化；
步骤六：利用逆向设计软件精确曲面功能将优化的细节模型转化为曲面模型，采用有机几何图形类型进行运算；
步骤七：在软件中复制另一只鼎耳及三个鼎腿，组合模型，合并壳体，获得对象曲面模型。
以上所述仅为本发明的实施例子而已，并不用于限制本发明。凡在本发明的原则之内，所作的等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明未作详细阐述的内容属于本专业领域技术人员公知的已有技术。
Claims (7)
1.一种复杂对象实体模型的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)分析对象形态，将对象划分出基本型区域和细节区域；
(2)使用1mm精度的三维扫描设备或设置扫描对象，获取对象基本形态模型；使用0.1mm精度的三维扫描设备或设置扫描对象细节区域，获取细节区域模型；
(3)使用逆向设计软件，对扫描数据进行拼接、补洞、去流形、建立坐标系，将离散的细节区域模型拟合到对象基本形态模型上；
(4)利用曲面建模软件，参考扫描数据，建立对象基本形态的曲面模型；
(5)利用三维雕塑软件对细节区域进行修复、形态优化，得到优化的细节区域模型；
(6)利用逆向设计软件将优化的细节区域模型转化为细节区域曲面模型；
(7)在曲面建模软件中组合模型、运算，获得对象实体曲面模型。
2.根据权利要求1所述的一种复杂对象实体模型的构建方法，其特征在于，所述步骤(3)中对扫描数据进行拼接的具体步骤如下：采用特征拟合的方式，通过对公共区域计算来拼接模型，每次拟合两个模型，选取三对相应的特征点进行计算，所有模型拟合完成后，进行一次全局计算，进行微调。
3.根据权利要求1所述的一种复杂对象实体模型的构建方法，其特征在于，所述步骤(3)中对扫描数据进行补洞的具体步骤如下：通过分析孔洞周围曲率来计算缺失区域曲面。
4.根据权利要求1所述的一种复杂对象实体模型的构建方法，其特征在于，所述步骤(3)中去流形的具体步骤如下：除去游离在模型外的杂面；将细节模型拟合到基本形态上，通过手动特征拟合方式实现。
5.根据权利要求1所述的一种复杂对象实体模型的构建方法，其特征在于，所述步骤(5)中对细节区域进行修复、形态优化，得到优化的细节区域模型的具体步骤如下：将扫描数据重新拓扑网格结构，增加细分级别，得到面数相对更高的模型，把原模型的细节再投射到新的模型上，然后对细节进行修复；通过压力感应笔刷，可实现对细节的锐化，缺失部分的重建，扫描噪音的消除。
6.根据权利要求1所述的一种复杂对象实体模型的构建方法，其特征在于，所述步骤(6)中将优化的细节区域模型转化为细节区域曲面模型的具体步骤如下：通过探测轮廓线、构造曲面片、构造栅格、拟合曲面来完成转化；轮廓线布置在曲面平缓的的区域；面片的划分，保证造型的完整性。
7.根据权利要求1所述的一种复杂对象实体模型的构建方法，其特征在于，所述步骤(7)中在曲面建模软件中组合模型、运算，获得对象实体曲面模型的具体步骤如下：在曲面建模软件中将模型各个组件摆放到位，复制相同造型的组件，进行对称性的调整；将整个模型搭建完成后，对模型进行求和，运算出一个实体模型。
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