逆向扫描与三维建模操作流程指导书.docx

1、逆向扫描与三维建模操作流程指导书-本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可-内页可以根据需求调整合适字体及大小-逆向扫描与三维建模操作流程指导书(总28页)逆向扫描与三维建模实训指导书XXX学院XX系2018年5月任务一：三坐标扫描仪与扫描系统的认识一、实验目的1、了解并熟练掌握三坐标扫描仪的使用方法和测量原理；2、熟练使用WIN3DD扫描系统进行模型扫描以及简单点云处理；3、掌握扫描仪安装调试方法以及标定方法；二、实验设备1、WIN3DD三维扫描仪；2、WIN3DD三维扫描系统；三、实验内容及步骤1、认识三维扫描仪的硬件组成WIN3DD三维扫描仪主要包括扫描头、云台和三脚架。该款扫描仪为单目

2、式，故扫描头包括一个工业相机和一个光栅投影器镜头。如图所示：Win3DD硬件系统结构扫描头云台及三脚架作为扫描头的安装固定装置，主要用于测量过程中对扫描头调整和定位。使用方法如下：1、调整云台旋钮可使扫描头进行多角度转向；2、调整三脚架旋钮可对扫描头高低进行调整；3云台及三脚架在角度高低调整结束后，一定要将各方向的螺钉锁紧，否则可能会由于固定不紧造成扫描头内部器件发生碰撞，导致硬件系统损坏； 云台及三脚架2、标定过程简述相机参数标定是整个扫描系统精度的基础，因此扫描系统在安装完成后，必须进行标定，操作方法如下：打开WIN3DD扫描系统，点击“扫描标定切换”选项，将系统工作界面调至标定界面；取出

3、标定板,放至扫描仪扫描区域；调整相机参数，通过“调整相机参数”对话框中的曝光，增益与对比度来调整亮度，并观察相机实时显示区，得到满意的图像质量；调整扫描距离，在打开标定界面时，相机实时显示区会显示一个白色“十字”将相机实时显示区划分为两个同样面积的区域（如图所示）。这时光栅投射器会投出一个黑色的“十字”，这样会在同一个区出现两个十字叉。将标定板放置在视场中央，通过调整硬件系统的高度以及俯视角，使两个十字叉可能重合；调整标定板：根据界面左上角的标定指示操作，开始标定。注意：每一步骤中，都需观察左侧标志点提取显示区，使板上的99个点均处于视场内，且至少88个点提取成功（提取成功的点呈现绿色）才能进

4、行标定操作；根据软件步骤提示，一步步进行标定，直到显示标定完成为止。若标定过程出现问题或者标定不成功，可点击“重新标定”选项，并根据系统提示进行重新标定；3、WIN3DD扫描系统的操作操作界面点云操作-工具栏扫描管理-工具栏常用操作命令使用说明扫描操作：用于单帧工件扫描。扫描标定切换：主要用于扫描视图与标定视图的相互转换。相机曝光：用于对相机的曝光进行调节。视图切换：分别对视图进行多方位显示，即分别获得从这6个方位观察三维点云数据的视觉效果。区域放大：对所选矩形区域的数据进行放大显示，便于观察。旋转：对三维场景中的三维点云进行旋转，便于从各个角度观察。平移：对三维场景中的三维点云进行平移，在放

5、大点云观看其某个部分的时候，这一命令能常被用到。矩形选择：在三维场景中，任意构成闭合的矩形。在该矩形区域中的三维点云数据将会全部被选择。取消选择：与相关选择工具配合使用。撤销全部已选择数据，即全部不选。四、实验注意事项1、使用扫描仪时，应注意：避免扫描系统发生碰撞，造成不必要的硬件系统损坏或影响扫描数据质量；2、禁止碰触相机镜头和光栅投射器镜头；3、扫描头扶手仅在用于云台对扫描头做上下、水平、左右调整时使用。严禁在搬运扫描头时使用此扶手；4、系统标定时标定板应轻拿轻放，取放时应戴白手套，避免弄脏；5、开机是应先打开扫描仪开关，后打开WIN3DD扫描系统。关机时首先关闭WIN3DD软件系统，后双

6、击扫描仪上面的开关按钮，关闭扫描仪；任务二：逆向工程技术软件的认知一、实验目的1、熟悉专用逆向工程技术软件Geomagic Studio以及Geomagic Design的主要功能、应用界面；2、了解并掌握扫描数据的点云操作、面片处理以及逆向建模流程，模型数据的导入、输出的方式、方法以及每一步输出格式； 二、实验设备1、计算机一台；2、WIN3DD扫描系统以及逆向工程技术软件Geomagic Studio、Geomagic Design三、实验内容及步骤1、新建扫描工程项目具体操作方法：连接好扫描仪后，双击打开WIN3DD扫描系统；点击左上方“新建工程”选项，系统弹出新建工程视图窗口；选择拼合

7、扫描，设置工程目录和工程名称，点击确认，即可开始扫描；2、保存输出扫描完成后的点云数据具体操作方法：数据扫描完成后，点击保存；系统弹出文件保存目录窗口，选择保存位置，设置文件名称；点击保存类型，选择“acs”或者“txt”类型文件，点击确认，文件保存成功；3、导入扫描完成后的点云数据到Geomagic Studio中进行点云封装处理具体操作方法：双击打开Geomagic Studio软件，系统弹出如图所示界面向导；点击导入，系统弹出选择文件窗口；找到需要处理的文件位置，点击打开，系统即可导入“acs”或“txt”格式点云数据文件；4、保存输出封装后的模型文件具体操作方法：模型封装处理完成后，点

8、击“保存”系统弹出如下图对话框；选择文件保存位置，将保存类型设置为“stl”，文件保存成功；5、导入stl格式模型文件到Geomagic Design中进行逆向建模具体操作方法：双击打开Geomagic Design软件，系统弹出如图所示界面向导；点击导入，系统弹出选择文件窗口；找到需要逆向建模的文件位置，点击打开，系统即可导入stl格式数据文件；6、逆向建模实体模型的输出与保存具体操作方法：若保存Geomagic Design格式文件，可直接点击菜单，保存，选择保存位置，即可保存xrl格式文件，方便下次打开编辑；若保存stp格式，可点击输出，选择保存类型为stp，选择实体模型，选择保存位置，

9、点击确认即可；若需保存其他三三维建模软件格式，可点击菜单栏上方相应软件图标，选择传输模式，即可按照要求保存；五、实验注意事项1、无论是导入模型数据文件还是输出模型数据文件，都应该注意选择文件类型，保存正确的文件格式，方便下一步的操作2、注意“导入文件”与“打开文件”的区别，导入文件即为导入原始未处理的文件进行数据处理与建模，打开文件为打开相应操作软件格式下的文件；任务三：模型点云数据采集一、实验目的1、通过三维扫描仪对产品进行扫描，独立完成对模型的外观点云数据采集,得到模型的外观点云数据；2、熟练了解模型扫描拼接原理，了解并掌握不同类型模型的相应扫描方法；二、实验设备1、WIN3DD三维扫描仪

10、；2、WIN3DD扫描系统；3、转盘、显像剂、标志点、垫块、橡皮泥等辅助物品； a显像剂 b标记点 c垫块 d 垫布 e旋转盘扫描时常用器具三、实验内容及步骤（一）模型前期喷粉贴点处理以汽车后视镜为例1、喷粉有些物体表面扫描是比较困难的。例如半透明材料（玻璃制品、玉石），有光泽，或颜色较暗的物体。对于这些物体需要使用哑光白色显像剂覆盖被扫描物体表面，对扫描物体喷上薄薄的一层显像剂，目的是为了更好的扫描出物体的三维特征，数据会更精确。需要注意的是，显像剂喷洒过多，会造成物体厚度叠加，对扫描精度造成影响。2、粘贴标志点喷粉后，为了使扫描数据自动拼接为一个整体，需要在工件表面粘贴标志点。标志点粘贴方

11、法如下：1、标志点要尽量贴在工件的平面区域或曲率较小的曲面，且距离工件边界较远一些；2、标志点不要贴在一条直线上，尽量要不对称粘贴；3、公共标志点至少为3个，由于图像质量、扫描角度等多方面原因，有些标志点不能正确识别，因而建议用尽可能多的标志点，建议一般在57个为宜；4、标志点应使相机在尽可能多的角度可以同时看到；5、粘贴的标志点要保证扫描策略的顺利实施，并使标志点在长度、宽度、高度方向均应合理分布；6、对于部分结构复杂，无法粘贴标志点的物体，可以将标志点粘贴至转盘上，接住转盘进行扫描；（二）模型点云数据采集（扫描）1、在WIN3DD扫描系统中新建工程项目（参照任务二）；2、将模型放至转盘上，

12、利用橡皮泥、垫块等辅助支撑物体选择合适的角度进行拼接扫描；扫描系统要求在本次扫描中，至少能摄取到3个在之前扫描时提取出的标志点。同时要求这3个标志点尽可能不共线，且不对称(其中3个不能构成等边或等腰三角形)；扫描策略对于整个扫描项目是非常重要的，因此在扫描之前就应该进行制定。针对一个被扫描工件，首先根据其大小、形状、复杂程度判断大致需要扫描的次数，以及扫描的次序；下面分三种情况予以介绍：策略一：被扫描工件大小在扫描系统单帧扫描范围内。在这种情况下，只需考虑按照一个合适的扫描次序，保证本次扫描与之前扫描提出的标志点均有至少3个公共点即可。策略二：被扫描工件大小超出扫描系统的单帧扫描范围，但不超过

13、2倍（超出2倍以上，则需与三位摄影扫描系统配套使用）在这种情况下，第一次扫描应从可得到最多标志点的工件中部开始。策略三：上述两个策略中，标志点均粘贴在工件上，这两个策略的优点是被扫描工件可以随意移动或转动，但带来的缺点是粘贴标志点时粘贴标志处会产生较多的环形空洞（因为标志点外围是黑色，扫描系统将不会产生扫描数据点）。然而，在实际扫描中，如果工件不易搬动，我们也可以使用辅助装置。例如将被扫描工件放置在转台装置上。标志点可以粘贴在被扫描工件周围的转台表面上，这种粘贴方法可以有效减少工件表面的标志点数量，使扫描数据尽可能少地产生空洞。但这种策略不允许被扫描工件与转台有任何的相位位移，否则会造成拼接误

14、差增大，甚至导致扫描项目失败。（三）点云数据的简单处理、保存模型数据采集完毕后，可利用WIN3DD扫描系统中的点云操作选项对模型外围杂点数据进行删除，便于下一步的封装处理具体操作步骤如下：将模型旋转至合适角度，点击矩形选择；被选中点云变成红色，点击删除即可；点击精简可精简点云模型数据量；在工程树形项目下可隐藏每一帧的扫描数据，便于对不同扫描次数的数据进行处理；点云数据处理完成后按照格式要求保存文件（参考任务二）；五、实验注意事项1、在WIN3DD扫描系统中新建工程项目时，工程名称应为中文，数字或者英文字符，不可出现相关符号；2、喷粉时应与模型保持适当距离晃动喷粉，使模型表面显像剂喷涂均匀，可减

15、少扫描误差；3、扫描过程中避免扫描系统震动，同时被扫描工件也必须静止状态；4、扫描时外部环境光线不要太强，暗室操作效果最好；5、对于容易变形的工件，可以通过云台移动扫描头或移动扫描系统进行扫描：6、扫描时十字尽量投在被扫描工件上：7、扫描时，根据实际需要可通过云台确定扫描头的位置或角度：8、扫描系统具有仿生学视觉特点，为顺利完成扫描工作，扫描人员可以站在扫描头的位置判断能否看到需要提取的标志点，若不能请及时调整被扫描工件的摆放角度。任务四：三维CAD模型的重构一、实验目的1、熟练操作并掌握扫描点云数据的后序处理；2、掌握并熟练使用逆向三维建模软件；二、实验设备1、Geomagic Studio

16、、Geomagic design逆向建模操作软件；三、实验内容与实验步骤1、将点云数据导入Geomagic Studio软件中（参考任务二）2、设置着色，设置旋转中心点击着色着色点，渲染一下，以便观察鼠标右键点击设置旋转中心，选择合适的位置作为模型的旋转中心，方便操作3、手动去除多余杂点并减少噪音点由于有一些缺陷，需要利用填充孔、快速光顺、删除钉状物、松弛、去除特征等命令使模型光顺，便于下一步的逆向建模；4、封装处理点击封装，点云数据即可自动封装处理5、模型缺陷填补、表面光顺的操作由于有一些缺陷，需要利用填充孔、快速光顺、删除钉状物、松弛、去除特征等命令使模型光顺，便于下一步的逆向建模；6、导

17、出stl模型（参考任务二）7、将stl格式模型数据导入Geomagic design中（参考任务二）8、划分领域点击领域自动分割设置划分领域参数，即可自动进行领域分割9、对齐坐标系对齐方法在模型上找到两个相互垂直面，或者相互正交线，手动对齐。若模型不规则，可根据领域提取平面，利用此平面面片草图创建两条相互正交线，退出后拉伸面，即为两个相互垂直的面。点击手动对齐，选择对齐方式，选择相对应的坐标基准位置（无论用x-y-z对齐还是3-2-1对齐都要选择下面对象中的坐标系）。预览无误后点击确认即可；10、根据模型的面片数据进行逆向建模11、实体模型的导出（参考任务二）四、实验注意事项1、点云数据处理质

18、量好坏将会影响逆向建模过程，所以必须保证封装后文件模型数据光滑平整；2、在Geomagic design逆向建模中善于使用预览方式更改参数，找到最合适的建模数据参数，提高模型精准度；3、stl格式模型初始导入Geomagic design中时可使用面片的优化命令使面片更加光滑，便于领域的划分；4、逆向建模时要注意使用面片草图、3D面片草图，并转换为基本参照，可提高建模精度；任务五：实例模型的扫描方法简述类型一：扁平状物体（一）代表物品汽车外门把手（二）贴点1、拼接点：较宽面至少四个标志点设为拼接点2、辅助拼接点：转盘正反面标志点（三）扫描方法1、将模型较宽且相对的两面贴点（至少四个）；2、将转

19、盘正反两面均贴上分布不规则的标志点；3、将模型较窄一面着底，用橡皮泥或垫块固定立于转盘上，帖标志点最多面正对相机进行第一次扫描；4、转动转台，共扫描四次；5、翻转转台，翻转模型，方法同上扫描另一面，共四次；6、选择多余点云删除、保存为“acs”或者“txt”格式即可；（四）方法优点1、借用转盘辅助标志点，避免因扫描过程中出现标志点过少而影响扫描速度；2、扫描过程中模型紧固，只用转动转台，方便操作，节省时间；3、扫描次序、方位明确，不会出现模型部分特征漏扫，重复扫等现象；4、对于塑料件而言，可减少扫描过程中的微小变形，减小误差；（五）注意事项1、物体一定要紧固，避免振动；2、对于结构面简单模型应

20、避免多扫（eg：扳手），否则容易错面；3、对于对称结构模型，应注意贴点时避免对称，且翻转面时注意，不要弄混；利用转台正面辅助点扫描利用转台反面辅助点扫描类型二：结构细小、复杂，且完整面较小、较少。没有地方贴点或贴点处较少（一）代表物品安全锤（二）扫描方法1、对于狭长类物体，可对一面进行贴点，贴点时注意尽量避免点在同一直线，且正反两面都能扫到，利用转盘正反两面进行扫描2、对于较小类模型，可利用转盘面上点，用橡皮泥把结构特征简单处固定，围绕旋转一周进行扫描，翻转物体再次扫描3、对于较为复杂物体，可以正反左右四面扫描各一次后在studio里面全局注册进行拼合（三）注意事项1、此类物体贴点时应该注意，

21、找到有特征的地方分布贴点，且镜头能稳定照上，避免扫描过程中错面2、尽量少扫，由于贴点较少，转盘面有较多点，容易产生错面等现象3、帖点时对于微小特征附近，或者曲率较大特征附近也尽量贴点，可减小此处错面的几率类型三：体类（类六面体）（一）代表物品鼠标、后视镜（二）贴点拼接点：在两个较大的相对面和一个侧面进行贴点。eg：洗衣液瓶，两个正面贴点、底面贴点做拼接面（三）扫描方法（先整体、后局部）1、贴点：选取两个相对面（对称）帖标志点、选取两面之间较为平整面贴标志点作为拼接点；2、扫描拼接：将模型角度调好，将拼接面和一个正面正对相机、保证第一帧扫描能将两面点扫上。然后翻转模型，将拼接面与另一面拼接。经过

22、两帧扫描，模型整体轮廓出现；3、扫描细节：以两个面各为扫描基准面，分别以面为基准扫描旋转一周，获取细节点云；4、保存：将多余杂点删除，将文件保存为tex格式；（四）方法优点1、思路明确、扫描有序，不会出现漏扫、重复扫等情况；2、可通过垫块、橡皮泥等及时调整角度，保证部分凸出或凹进特征得以扫描；3、适用于大部分体类物品，模型放置较稳，贴点少，可减少扫描中出现的错面情况；（五）注意事项1、贴点时拼接面点至少为五个，便于拼接；2、两个正面帖点时最好靠近拼接面帖，便于扫描；3、对于较大物体应注意不能离镜头太近（eg：洗衣液瓶），太近时标志点扫描不上，可适当升高镜头；4、扫描大体特征时剩余两侧面扫描次数

23、与帖标志点面扫描次数相差较大，造成点云差别大，后期处理时有一定影响。可通过补扫两侧面或后期减小噪音点、去除非连接点、砂纸等方式去除；类型四：箱体类、壳体类（一）代表物品碗、肥皂盒、电池盒（二）易错问题1、物体太薄，扫描容易错面；2、侧壁倾角太大，内外部不容易拼接；3、内部角落光线照不到，容易漏扫；（三）最佳解决办法1、对于特别薄且内外对应特征一致的模型采取只扫一面的方法，建模时再加厚处理。但是应特别注意扫描过程中尽量不用手动物品，否则容易变形。对于塑料物品尽量从中间往两边扫，可最大程度减小误差；2、对于稍厚且侧壁有一定倾角物品可适当支撑，利用转盘上面标志点进行内外面拼接。扫后去除转盘点，再对内

24、外两面各扫一周，注意贴点一定要按照相机能照到的地方正确分布，否则容易错面或者框架点过少；3、对于内部结构较为复杂的模型，应根据模型特征进行均匀贴点，根据先整体后局部的扫描方法，复杂结构先扫，简单结构或者曲率较小地方后扫；（四）删除帧办法扫描过程中若遇到某一帧错面或者未拼合，可以将之前所有的扫描数据隐藏，然后将此次扫描数据完全删除，即可继续扫描，但是此次扫上去的标志点、错误拼接点无法删除，可对后期扫描产生一定程度影响；（五）后期处理在studio中处理点云数据时，用非连接点删除点云命令时可以设置低敏感度，多次去处方法，保留点源的完整性，且善于运用孔拟合，圆柱拟合以及绘制边界等命令使模型更加完整；