逆向扫描与三维建模操作流程指导书.doc

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1、逆向扫描与三维建模实训指导书XXX 学院 XX 系2023 年 5 月任务一：三坐标扫描仪与扫描系统的生疏一、试验目的1、了解并娴熟把握三坐标扫描仪的使用方法和测量原理；2、娴熟使用 WIN3DD 扫描系统进展模型扫描以及简洁点云处理；3、把握扫描仪安装调试方法以及标定方法；二、试验设备1、WIN3DD 三维扫描仪；2、WIN3DD 三维扫描系统；三、试验内容及步骤1、生疏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 款扫描仪为单目式， 故扫描头包括一个工业相机和一个光栅投影器镜头。如以下图：Win3DD 硬件系统构造扫描头云台及三脚架作为扫描头的安装固定

2、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展多角度转向；2 、 调整三脚架旋钮可对扫描头凹凸进展调整；3 云台及三脚架在角度 凹凸调整完毕后， 确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根底， 因此扫描系统在安装完成后， 必需进展标定， 操作方法如下：1 翻开 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；2 取出标定板, 放至扫描仪扫描区域；3 调整相机参数， 通过“ 调整相机参数” 对话

3、框中的曝光， 增益与比照度来调整亮度， 并观看相机实时显示区， 得到满足的图像质量；4 调整扫描距离 ，在 翻开标定界面时 ，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以下图 。这时 光栅投射器会投出一个黑色的“ 十字” ， 这样会在同一个区消灭两个十字叉。 将标定板放置在视场中心， 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；5 调整标定板： 依据界面左上角的标定指示操作， 开头标定。 留意： 每一步骤中，都需观看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 才能进展标定操作；

4、6 依据软件步骤提示， 一步步进展标定， 直到显示标定完成为止。 假设标定过程消灭问题或者标定不成功， 可点击“ 重标定” 选项， 并依据系统提示进展重标定；3、WIN3DD 扫描系统的操作1 操作界面点云操作-工具栏扫描治理-工具栏2 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展调整。视图切换： 分别对视图进展多方位显示， 即分别获得从这 6 个方位观看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展放大显示， 便于观看。旋转： 对三维场景中的三维点云进展旋转， 便于从各个角度观看。平移：

5、 对三维场景中的三维点云进展平移， 在放大点云观看其某个局部的时候， 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 相关选择工具协作使用 。撤 销全部已选择数据 ，即 全部不选。四、试验留意事项1 、使用扫描仪时，应留意：避开扫描系统发生碰撞，造成不必要的硬件系统损坏或影响扫描数据质量；2 、 制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， 避开弄脏；5 、 开机是应先翻开

6、扫描仪开关， 后翻开 WIN3DD 扫描系统。 关机时首先关闭 WIN3DD 软件系统， 后双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、试验目的1 、 生疏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 、了解并把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、试验设备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、试验内容及步骤1、建扫描工程工

7、程具体操作方法：1 连接好扫描仪后， 双击翻开 WIN3DD 扫描系统；2 点击左上方“ 建工程” 选项， 系统弹出建工程视图窗口；3 选择拼合扫描， 设置工程名目和工程名称， 点击确认， 即可开头扫描；2、保存输出扫描完成后的点云数据具体操作方法：1 数据扫描完成后， 点击保存；2 系统弹出文件保存名目窗口， 选择保存位置， 设置文件名称；3 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 中进展点云封装处理具体操作方法：1 双击翻开 Geomagic Studio软件， 系统弹出如

8、以下图界面对导；2 点击导入， 系统弹出选择文件窗口；3 找到需要处理的文件位置， 点击翻开， 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：1 模型封装处理完成后， 点击“ 保存” 系统弹出如以以下图对话框；2 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 中进展逆向建模具体操作方法：1 双击翻开 Geomagic Design软件， 系统弹出如以下图界面对导；2 点击导入， 系统弹出选择文件窗口；3 找到需要逆向建模的文件位置， 点击翻开， 系统

9、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：1 假设保存 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， 便利下次翻开编辑；2 假设保存 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， 点击确认即可；3 假设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， 即可依据要求保存；五、试验留意事项1 、无论是导入模型数据文件还是输出模型数据文件，都应当留意选择文件类型， 保存正确的文件格式， 便利下一步的操作2 、注 意“ 导入文

10、件”与“ 翻开文件”的 区分，导 入文件即为导入原始未处理的文件进展数据处理与建模， 翻开文件为翻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、试验目的1 、通 过三维扫描仪对产品进展扫描 ，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 解并把握不同类型模型的相应扫描方法；二、试验设备1 、 WIN3DD 三维扫描仪；2 、 WIN3DD 扫描系统；3 、 转盘、 显像剂、 标志点、 垫块、 橡皮泥等关心物品；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、试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、

11、喷粉有些物体外表扫描是比较困难的。例如半透亮材料 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掩盖被扫描物体外表， 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， 数据会更准确。 需要留意的是， 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， 需要在工件外表粘贴标志点。标志点粘贴方法如下：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

12、量、扫描角度等多方面缘由，有些标志点不能正确识别 ，因 而建议用完可能多的标志点 ，建 议一般在 5 7 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当实施， 并使标志点在长度、 宽度、高度方向均应合理分布；6 、对于局部构造简洁，无法粘贴标志点的物体，可以将标志点粘贴至转盘上， 接住转盘进展扫描；二模型点云数据采集扫描1 、 在 WIN3DD 扫描系统中建工程工程 参照任务二 ；2 、将模型放至转盘上，利用橡皮泥、垫块等关心支撑物体选择适宜的角度进展拼接扫描；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

13、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工程是格外重要的， 因此在扫描之前就应当进展制定。 针对一个被扫描工件， 首先依据其大小、 外形、 简洁程度推断大致需要扫描的次数， 以及扫描的次序；下面分三种状况予以介绍：策略一： 被扫描工件大小在扫描系统单帧扫描范围内。 在这种状况下， 只需考虑依据一个适宜的扫描次序， 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 2 倍 超出 2 倍以上， 则需与三位摄影扫描系统配套使用 在这种状况下， 第一次扫描应

14、从可得到最多标志点的工件中部开头。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任凭移动或转动， 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 由于标志点外围是黑色， 扫描系统将不会产生扫描数据点 。然 而，在实际扫描中，假设工件不易搬动，我们也可以使用关心装置。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四周的转台外表上， 这种粘贴方法可以有效削减工件外表的标志点数量， 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， 否则会造成拼接误差增大， 甚至导致扫描工程失败。三点云数据的简洁处理、保

15、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展删除， 便于下一步的封装处理具体操作步骤如下：1 将模型旋转至适宜角度， 点击矩形选择；2 被选中点云变成红色， 点击删除即可；3 点击精简可精简点云模型数据量；4 在工程树形工程下可隐蔽每一帧的扫描数据， 便于对不同扫描次数的数据进展处理；5 点云数据处理完成后依据格式要求保存文件 参考任务二 ；五、试验留意事项1 、 在 WIN3DD 扫描系统中建工程工程时， 工程名称应为中文， 数字或者英文字符， 不行消灭相关符号；2 、 喷粉时应与模型保持适当距离晃动喷粉， 使模型外表显像剂喷涂均匀， 可削减

16、扫描误差；3 、 扫描过程中避开扫描系统震惊， 同时被扫描工件也必需静止状态；4 、 扫描时外部环境光线不要太强， 暗室操作效果最好；5 、对于简洁变形的工件，可以通过云台移动扫描头或移动扫描系统进展扫描：6 、 扫描时十字尽量投在被扫描工件上：7 、 扫描时， 依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，为顺当完成扫描工作，扫描人员可以站在扫描头的位置推断能否看到需要提取的标志点， 假设不能请准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、试验目的1 、 娴熟操作并把握扫描点云数据的后序处理；2 、 把握并娴熟使用逆向三维建模软件；二、试

17、验设备1 、 Geomagic Studio、 Geomagic design逆向建模操作软件；三、试验内容与试验步骤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1 点击着色着色点，渲染一下，以便观看2 鼠标右键点击设置旋转中心，选择适宜的位置作为模型的旋转中心，便利操作3、手动去除多余杂点并削减噪音点1 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1 点击封装， 点云数据即可自动封装处理5、模型缺陷填补、外表光顺的操作1 由于有一些缺陷，需要利用填充孔、快速光顺、

18、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、导出 stl 模型 参考任务二7、将 stl 格式模型数据导入 Geomagicdesign中 参考任务二8、划分领域1 点击领域自动分割设置划分领域参数，即可自动进展领域分割9、对齐坐标系对齐方法1 在模型上找到两个相互垂直面，或者相互正交线，手动对齐。假设模型不规章，可依据领域提取平面，利用此平面面片草图创立两条相互正交线，退出后拉伸面，即为两个相互垂直的面。2 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。3 预览无误后点击确认即可；10 、

19、依据模型的面片数据进展逆向建模11 、实体模型的导出 参考任务二四、试验留意事项1 、点云数据处理质量好坏将会影响逆向建模过程，所以必需保证封装后文件模型数据光滑平坦；2 、在 Geomagic design 逆向建模中擅长使用预览方式更改参数，找到最适宜的建模数据参数， 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 、 逆向建模时要留意使用面片草图、 3D 面片草图， 并转换为根本参照， 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：

20、较宽面至少四个标志点设为拼接点2 、 关心拼接点： 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 、 将转盘正反两面均贴上分布不规章的标志点；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展第一次扫描；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 、借用转盘关心标志点，避开因扫描过程中消灭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， 便利操作， 节约时间；3 、

21、扫描次序、 方位明确， 不会消灭模型局部特征漏扫， 重复扫等现象；4 、 对于塑料件而言， 可削减扫描过程中的微小变形， 减小误差；五留意事项1 、 物体确定要紧固， 避开振动；2 、 对于构造面简洁模型应避开多扫 eg ： 扳手 ， 否则简洁错面；3 、对于对称构造模型，应留意贴点时避开对称，且翻转面时留意，不要弄混；利用转台正面关心点扫描利用转台反面关心点扫描类型二：构造细小、简洁，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，可对一面进展贴点，贴点时留意尽量避开点在同始终线， 且正反两面都能扫到， 利用转盘正反两面进展扫描2 、对 于较小类模

22、型 ，可 利用转盘面上点 ，用 橡皮泥把构造特征简洁处固定， 围绕旋转一周进展扫描， 翻转物体再次扫描3 、 对于较为简洁物体， 可以正反左右四周扫描各一次后在 studio 里面全局注册进展拼合三留意事项1 、此类物保护点时应当留意，找到有特征的地方分布贴点，且镜头能稳定照上， 避开扫描过程中错面2 、 尽量少扫， 由于贴点较少， 转盘面有较多点， 简洁产生错面等现象3 、帖点时对于微小特征四周，或者曲率较大特征四周也尽量贴点，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展贴点。eg ： 洗衣液瓶， 两个正面贴点、 底面贴点做

23、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坦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。 经过两帧扫描， 模型整体轮廓消灭；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， 猎取细节点云；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， 不会消灭漏扫、 重复扫等状况；2 、可通过垫块、橡皮泥等准时调整角度，保证局部凸出或凹进特征得以扫描；3 、适用于大局部体类物

24、品，模型放置较稳，贴点少，可削减扫描中消灭的错面状况；五留意事项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 、 对于较大物体应留意不能离镜头太近 eg ： 洗衣液瓶 ， 太近时标志点扫描不上， 可适当上升镜头；4 、 扫描大体特征时剩余两侧面扫描次数与帖标志点面扫描次数相差较大， 造成点云差异大， 后期处理时有确定影响。 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， 扫描简洁错面；2 、 侧壁倾角太大， 内外部不简洁拼接；3 、 内

25、部角落光线照不到， 简洁漏扫；三最正确解决方法1 、对于特别薄且内外对应特征全都的模型实行只扫一面的方法，建模时再加厚处理。 但是应特别留意扫描过程中尽量不用手动物品， 否则简洁变形。 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 、对于稍厚且侧壁有确定倾角物品可适当支撑，利用转盘上面标志点进展内外面拼接。 扫后去除转盘点， 再对内外两面各扫一周， 留意贴点确定要依据相机能照到的地方正确分布， 否则简洁错面或者框架点过少；3 、对于内部构造较为简洁的模型，应依据模型特征进展均匀贴点，依据先整体后局部的扫描方法， 简洁构造先扫， 简洁构造或者曲率较小地方后扫；四删除帧方法扫描过程中假设遇到某一帧错面或者未拼合， 可以将之前全部的扫描数据隐蔽 ，然 后将此次扫描数据完全删除 ，即 可连续扫描 ，但 是此次扫上去的标志点、错误拼接点无法删除， 可对后期扫描产生确定程度影响；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， 屡次去处方法， 保存点源的完整性， 且擅长运用孔拟合， 圆柱拟合以及绘制边界等命令使模型更加完整；