逆向工程技术在贵州少数民族文化遗产保护中的应用研究

论文摘要

逆向工程(RE)又称为反求工程或反向工程,是以实物样件为基础,通过现代三维数字化设备获取样件的三维几何信息并将其重构成CAD曲面模型和实体模型,并以此为依据加工出产品的一种先进技术;逆向工程以产品作为研究对象,基于产品原型和实物模型来制造产品,除实现对原型的仿制外,通过重构产品零件的CAD模型,在探寻和了解原设计的基础上,可实现原型的修改和再设计,以达到设计创新和产品开发的目的。逆向工程的应用不但提高了产品设计和制造的精度,而且缩短了产品的试制周期,降低了成本。目前,逆向工程广泛应用于制造领域的各个行业,成为吸收和利用各种先进技术的重要手段。论文以民族文化遗产保护方法研究课题为背景,综合分析了文物保护的要求和逆向工程技术的特点,对具有代表性的贵州少数民族文化遗产的文物的保护方法进行了逆向工程应用研究,并以两件布依族陶器文物及两面木质地戏面具的保护为例,探讨逆向工程技术在少数民族文化遗产保护问题中应用研究的方法。研究工作主要包括以下内容:1.文物样件的数字化。根据文物外形特点,对逆向工程中的三维数字测量方法进行了研究对比,结合文物样件逆向要求采集方法简单、采集成本低、精度高、易处理等原则,选用激光三角法对其进行数据测量。2.文物点云数据处理。分析对比了点云数据处理中的各种方法,优选三点对齐、交互式滤波和基于三角面片的数据精简方法对文物点云数据进行多视点云对齐、噪声去除及数据精简,并通过逆向工程软件Geomagic studio实现。3.文物曲面重建。研究分析了曲面造型中常用的曲面重建方法和文物外形曲面的特征,结合逆向工程软件Geomagic studio中曲面造型的功能特点,采用曲面重建广泛应用的NURBS曲面方法对文物的三维曲面进行重建。4.重构的文物曲面评估。从文物保护的要求及文物曲面特征出发,将重构的文物CAD模型曲面与其点云数据对比进行误差分析,对曲面重建的精度进行评价,以验证曲面重构的准确性和模型优化的效果。5.文物曲面的三维CAD实体模型重建。采用实体造型中广泛应用的三维造型软件Solidworks对文物曲面进行CAD实体建模,并对模型的局部特征进行适当的再设计,以实现文物实体模型的优化与完善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第一章 绪论
• 1.1 逆向工程概述
• 1.1.1 逆向工程产生的背景
• 1.1.2 逆向工程的基本概念
• 1.1.3 逆向工程系统基本结构
• 1.1.4 逆向工程的研究现状及应用前景
• 1.2 贵州少数民族文化保护现状及其存在问题
• 1.2.1 贵州少数民族文化遗产及保护现状
• 1.2.2 贵州少数民族文化遗产保护存在的问题
• 1.3 本文研究的内容及意义
• 1.3.1 研究的内容
• 1.3.2 研究的意义
• 第二章 文物样件点云数据的采集
• 2.1 数据采集的原则
• 2.2 数据采集的方法比较
• 2.2.1 接触式测量法
• 2.2.2 非接触式测量法
• 2.2.3 接触式和非接触式测量的优缺点及几种测量方式的比较
• 2.3 三维测量方法分析
• 2.3.1 复杂曲面产品的特点
• 2.3.2 所选文物测量方法策略
• 2.3.3 文物测量方法的选择
• 2.4 文物的数据采集
• 2.4.1 所选的测量仪器
• 2.4.2 数据的采集
• 第三章 文物点云数据的处理
• 3.1 点云数据处理中的关键技术
• 3.1.1 坐标变换
• 3.1.2 数据对齐
• 3.1.3 数据滤波
• 3.1.4 特征提取
• 3.1.5 数据精简
• 3.1.6 数据分割
• 3.2 文物点云数据处理选用的软件
• 3.2.1 目前几种流行的逆向软件介绍
• 3.2.2 本课题研究软件的选用
• 3.3 文物点云数据处理的过程
• 3.3.1 对点云的质量和数量的处理——Point Phase
• 3.3.2 对点云的质量和数量的处理——Wrap Phase
• 3.3.3 对点云的质量和数量的处理——Polygon Phase
• 第四章 文物的曲面重构
• 4.1 曲面重构基本概念
• 4.2 曲面重构理论基础及基本技术
• 4.2.1 几种基本曲面的介绍
• 4.2.2 曲面拟合技术
• 4.2.3 逆向工程中曲面重构技术
• 4.2.4 CAD建模过程中曲面重构现状及存在的问题
• 4.3 文物曲面重构的过程
• 4.3.1 文物曲面重建的特点
• 4.3.2 文物曲面重构的过程
• 第五章 重构的文物曲面模型评价
• 5.1 重建曲面模型的精度和光顺度评价方法概述
• 5.2 重构曲面的模型评价
• 5.2.1 文物曲面模型的精度评价
• 5.2.2 重构的文物曲面模型的光顺度评价
• 5.3 控制误差和提高精度的策略
• 第六章 文物CAD实体模型重建
• 6.1 概述
• 6.2 实体建模过程
• 6.2.1 建模软件的选用
• 6.2.2 建模过程
• 第七章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录I