逆向工程与快速成型技术应用 第4版 思考题及答案 项目三 数据处理及数模重构

P35：请思考：若通过“着色点”和取消“显示顶点颜色”操作后，模型颜色仍无法改变，应如何操作？请大家查找资料，并以小组形式进行讨论总结。参考答案：若通过“着色点”和取消“显示顶点颜色”操作后，模型颜色仍无法改变，则可以执行“着色”→“删除法线”命令，之后再执行“着色点”和取消“显示顶点颜色”操作。请思考：此处为了提高数据的选择效率，对于石膏头像有效数据的选取，应选用直线、画笔、矩形、套索等选择方式中的哪种？以小组形式进行讨论并对各种常用选择方式的特点做一总结。参考答案：由于石膏头像的有效扫描数据较多，且分布比较集中，通过套索方式选择比较快速，且选择范围比较灵活易操作。对于小范围且比较分散的数据选择可通过直线或画笔方式逐一选取；对于区域较大且分布规则的数据选择，可通过矩形等选择方式。P38：请思考：采样后的石膏头像数据，能否采用联合点对象和封装命令将其转为三角面片数据？与采用全局注册和合并命令相比，操作结果有何区别？请大家实际操作对比上述两种方法，并以小组形式进行讨论总结。参考答案：若采用联合点对象和封装命令，则生成的三角面片模型表面孔洞较多，对后续多边形阶段的数据处理带来很大不便，且模型的处理效率和质量都会收到影响。P42：请思考：在多边形数据处理中，经常需要对数据进行平滑处理。平滑命令除了上述的减少噪音和去除特征外，松弛和砂纸也可以进行平滑处理，请大家实际操作对比上述四种方法，并就以下问题以小组形式进行讨论总结。模型表面的局部平滑处理有哪些命令？有什么区别和特点？模型表面的整体平滑处理常用哪些命令？有什么区别和特点？模型表面平滑处理的原则是什么？如何结合模型特点，合理选择有效的平滑方法？参考答案：1.模型表面的局部平滑处理可通过砂纸和去除特征命令，砂纸命令平滑效果和参数的设置及平滑次数等有关，对操作者的经验有一定要求；去除特征命令则根据所选区域周边特征的曲率，插入一个更有秩序且与周边三角形连接更好的多边形网格，执行效果更好。2.模型表面整体平滑处理命令主要有松弛、减少噪音、快速光顺等命令。松弛和减少噪音平滑时都需要设置相关参数，平滑效果与参数设置及平滑次数有关，但一般来讲，在相同的平滑度水平下，减少噪音比平滑命令的平滑程度更明显。快速光顺命令不需要设置参数，系统自动执行运行。对于松弛、减少噪音、快速光顺等平滑命令，也可在执行命令前选中需平滑区域，将执行局部平滑效果。3.模型表面平滑处理的原则是：在保证模型不失真的前提下尽可能对模型表面进行平滑，改善其表面质量。平滑处理时，一般首先对模型上局部质量较差的区域（去除特征命令需先选中区域）执行局部平滑处理，再对整个模型执行整体平滑处理。P47：请思考：石膏头像的坐标对齐是否可以采用“3-2-1”对齐方式？坐标对齐的两种方法中，“X-Y-Z”和“3-2-1”所需要的参照要素有何区别？请大家实际操作对比上述两种方法，并以小组形式进行讨论总结。参考答案：可以选择“3-2-1”对齐方式，即分别选择“平面1”（或平面2）为“面”参照，选择图3-72中的“轴线1”为“线”参照，选择“草图圆1”（或草图圆2）的圆心为“位置”参照。所以“3-2-1”对齐方式也称为面-线-点法，而“X-Y-Z”对齐方式需要确定三个坐标轴及坐标圆点位置（一般确定两个坐标轴位置即可）。P52：请思考：若处理后的石膏头像采用3D打印进行快速成型，为方便模型切片处理，应保存为哪种格式类型？如何操作？请大家上网查找资料，并以小组形式进行讨论总结。参考答案：若模型重构后进行3D打印成型，则需保存为STL格式文件，以便于切片处理。操作方法：单击菜单栏“多边形”→“变换为面片”，在“变换为面片”对话框中，选择“石膏头像”实体特征为“体”要素，单击按钮，在模型树上“面片”特征中找到“面片1”，单击鼠标右键，选择“输出”，保存为二进制的.stl文件即可。P55：请思考：若数据处理中只需观察某一视角的数据，该如何操作？若只需观察某一特定区域的数据时，又该如何操作？请大家思考并以小组形式进行讨论总结。参考答案：若只需观察某一视角的数据，可在模型管理器中将其它视角数据选中，单击右键，快捷菜单选择“隐藏”即可。若只需要观察某一特定区域的数据，可以通过鼠标左键选中一片点云数据，执行F2快捷键即可，以便更好地观察模型。P63：请思考：填充孔洞操作程中，如何查询模型上孔洞的数量及孔洞位置，以便快速高效的进行孔洞处理？请大家思考并以小组形式进行讨论总结。参考答案：单击“多边形”→“填充单个孔”命令，在视图窗口的左下方位置将显示当前孔的数量信息。通过单击填充孔面板上的图标，在上一个和下一个孔之间进行切换，可以快速查看并对孔洞进行处理。P67：请思考：花洒坐标对齐所需的基准创建，除了上述方法之外，还有没有其它创建方式？请大家实际操作对比上述两种方法，同时完成模型的坐标对齐，并以小组形式进行讨论总结。参考答案：也可以通过面片草图方式创建坐标对齐所需的参照基准，进行模型的坐标对齐。P68：请思考：若采用上述拓展中所创建的参照基准，采用3-2-1方式对花洒模型进行坐标对齐，该如何操作？请大家实际操作对比两种坐标对齐方法，并以小组形式进行讨论总结。参考答案：可以采用3-2-1方式对花洒模型进行坐标对齐，即分别选择面-线-点参照。P70：请思考：如何对采用“放样向导”方式生成的曲面质量进行编辑？对于花洒上表面的曲面构建，能否采用其它曲面构建方式？操作方式及曲面质量有何区别？请大家实际操作对比各种曲面构建方法，并以小组形式进行讨论总结。参考答案：“放样向导”方式生成的曲面质量可通过对领域区域、引导线编辑，或者对放样后生成的3D断面草图进行编辑。花洒上表面的曲面构建还可以通过境界拟合方式。P88：请思考：风扇坐标对齐的几何参照能否通过“回转精灵”命令创建？如何操作？请大家查找资料，借助软件的“帮助”文件，学习了解“回转精灵”命令的使用方法，并以小组形式进行讨论总结。参考答案：风扇坐标对齐的几何参照可以通过“回转精灵”命令创建。回转精灵命令执行前，需先创建基座的领域特征，通过提取领域创建基座的回转实体特征，同时系统自动生成基座的回转轴和截面草图特征。P90：请思考：能否采用“回转精灵”命令进行风扇基座的实体特征创建？对比两种方法所创建的基座偏差情况，分析其原因，并以小组形式进行讨论总结。参考答案：此案例中可以通过“回转精灵”命令进行风扇基座的实体特征创建。而且相比于通过“提取领域”方法创建基座的回转轴，“回转精灵”命令所创建的轴位置精度更好，主要是“提取领域”法受领域创建精度影响，应尽可能多的将基座的外表面选为领域区域。P94：思考与探索请思考：若采用“回转精灵”命令进行风扇基座的实体特征创建，并由“回转精灵”命令所生成的轴线进行叶片的阵列，与前述方法生成的模型精度有无区别？对比两种方法体偏差分析结果，并以小组形式进行讨论总结。参考答案：相比于采用创建回转轴参照作为叶片阵列的方式，通过“回转精灵”命令所生成的轴线进行叶片的阵列的精度更高。因为通过提取领域创建回转轴的精度，很大程度上取决于领域创建的精度。P95：思考与探索请思考：由图3-199左图可看出，四个风扇叶片中，通过面片拟合和拉伸所创建的叶片（左下方叶片）特征，其重构精度较高，但阵列后的其它三个叶片的精度相对偏低。请大家查找资料，并以小组形式进行讨论，分析可能的原因，尝试找到改善的方法并加以实施验证。参考答案：阵列后的叶片精度相较于基体叶片，其精度相对偏低，主要与回转轴的创建精度有关。因此关键在尽量提高回转轴的位置精度，可通过回转精灵命令自动创建参照轴，阵列后的叶片精度会有所改善。P111：思考与探索请思考：图3-223(a)中还有哪些尺寸是实现花洒的顺利放入、平稳可靠固定所设计的装配尺寸？与图3-222中所测量的花洒哪些截面尺寸相关联？请大家以小组形式进行讨论并总结。参考答案：图3-223(a)中的尺寸B也是考虑了花洒尾部的截面宽度尺寸24.9289mm而设计的关联尺寸，保证花洒的可靠固定。思考题3-1逆向设计中，扫描数据处理和数模重构的主要流程是什么？参考答案：扫描数据预处理的主要流程是点云阶段和多边形（三角面片）阶段，如果扫描数据为三角面片类型，则直接在多边形阶段进行相关处理。扫描数据预处理主要是对采集数据进行杂点删除、噪音减少、数据拼合、孔洞填充、模型表面平滑和数据简化等处理，数模重构则是在数据处理的基础上，通过各种曲面或实体建模方法进行模型特征重构。3-2GeomagicWrap软件中数据处理的目标和要求是什么？参考答案：Wrap软件中数据处理的目标和要求是获得特征清晰完整、表面质量理想的三角面片特征，并保存为STL格式文件，为后续的模型数模重构提供良好的模型数据。3-3将点云数据转换为三角面片数据时，封装和合并命令有何区别？参考答案：点云阶段的封装和合并命令都可以实现将点云数据转为三角面片数据。合并命令用于将两个或多个点云数据合并为一个整体，并自动执行点云减噪、采样、封装，生成可视化的多边形模型，多用于注册后的多块点云之间的合并，合并后的三角面片表面质量较好，孔隙或孔洞少。封装命令用于将点云数据按照所设定的参数转化为多边形模型，但封装之后的模型表面孔隙较多，质量较差，也可以封装后在多边形阶段通过“合并”命令进一步处理。3-4GeomagicWrap软件数据处理过程中，模型表面平滑的方法有哪些？各有什么特点？参考答案：Wrap软件数据处理过程中，模型表面平滑的方法有局部平滑和整体平滑两种主要应用。局部平滑处理可通过砂纸和去除特征命令，砂纸命令平滑效果和参数的设置及平滑次数等有关，对操作者的经验有一定要求；去除特征命令则根据所选区域周边特征的曲率，插入一个更有秩序且与周边三角形连接更好的多边形网格，执行效果更好。整体平滑处理命令主要有松弛、减少噪音、快速光顺等命令。松弛和减少噪音平滑时都需要设置相关参数，平滑效果与参数设置及平滑次数有关，但一般来讲，在相同的平滑度水平下，减少噪音比平滑命令的平滑程度更明显。快速光顺命令不需要设置参数，系统自动执行运行。对于松弛、减少噪音、快速光顺等平滑命令，也可在执行命令前选中需平滑区域，将执行局部平滑效果。3-5请思考GeomagicWrap软件的点处理阶段中，手动注册和全局注册命令有什么区别？参考答案：手动注册命令用于对目标点云进行注册合并，主要有“1点注册”和“n点注册”两种方法。采用“1点注册”时，浮动窗口和固定窗口模型的方位接近很重要，否则可能无法达到理想的注册效果。“n点注册”要分别在固定窗口和浮动窗口上分别选择3个及以上公共特征点，对两个窗口模型的放置方位没有要求。全局注册命令是对手动注册后的点云进行更进一步的全面、整体的位置调整，可以对手动注册的模型重新定位，使模型按照相交区域将不同的对象以更完好的方式进行注册。3-6GeomagicWrap软件进行三角面片数据处理过程中，填充孔操作一般有哪些方法？每一种方法适合的条件和特点？参考答案：填充孔的操作主要有孔洞填充方式和填充模式两种。孔洞填充模式有平面、切线和基于曲率三种。曲率：填充时主要考虑匹配孔洞周围的曲率，并根据曲率过渡进行填充。切线：填充时主要考虑与周围的切线匹配，并根据切线额过渡进行填充。平面：填充时主要用平面特性进行填充。如果孔洞处于曲率一致的平面上，可以采用基于平面的填充模式，一般多采用基于曲率的填充方式。孔洞填充方式主要有完整孔、边界孔和搭桥三种。完整孔：系统采用填充内孔的方式，用来填充由完整的封闭边界线构成的孔。边界孔：系统将填充部分孔，包括边界缺口或圆周孔的一部分。操作时，首先指定孔边界的第一个点，然后指定第二个点，软件将以红色显示填充的边界，最后单击红色边界线所围成的区域，完成不完整孔的填充。搭桥：指定一个通过孔的桥梁，该方法通过生成跨越孔的桥梁将长窄孔分割成多个更小的孔，以便更精确地进行填充。操作时，只需在孔边缘上单击一点，将其拖至孔边缘的另一点，然后松开以创建桥的另一端。另外，孔的填充还可以通过“去除特征”命令，同时执行特征平滑操作，但有时会出现失败现象，需要合理选择填充孔的区域。3-7GeomagicWrap软件中，投影边界到平面和平面裁剪命令有何区别？对数据处理有什么作用？参考答案：平面裁剪命令可以裁剪掉在参照平面一侧的所有多边形，并且可以有选择地利用所裁剪处的截面线，构建一个有界平面。常用于扫描模型边界数据缺失、不完整时，可通过平面裁剪整齐后，再通过投影边界到平面，从而改善数据缺失或锯齿形问题。3-8GeomagicDesignX软件模型重构中，对模型进行坐标对齐的作用是什么？常用的坐标对齐方法有哪些？参考答案：坐标系是一切模型的基础，若没有坐标，模型将无法进行建模，DX软件的逆向建模亦是如此。使用DX软件逆向建模过程中，经常需要借助参照平面进行面片草图截取或其它建模操作。如果所导入面片文件的模型坐标系和软件坐标系不一致，则会对后续的建模造成一定的影响和不便，因此需要进行模型坐标系对齐，使模型坐标和软件坐标重合。坐标对齐的方法有手动对齐和对齐向导两种。对齐向导常用于规则几何模型，或模型的几何参照不易创建时使用。手动对齐有3-2-1和X-Y-Z两种方法，一般需要先创建所需的几何参照，再进行对齐操作。采用3-2-1对齐时，可以选择三个正交平面分别作为“面、线、点”对象，系统会将两个平面的交线作为“线”参照，同时将线与面的交点作为“点”参照。实际使用中，常用手动对齐方式进行坐标对齐操作，具有更大的灵活性和自主性，当自动划分领域结果不符合建模需求时，可通过手动方式插入领域。3-9GeomagicDesignX软件中，曲面重构的方法有哪些？在模型重构精度和质量上有何区别？参考答案：常用的曲面你重构方法如下表所示。表1曲面的创建方法及应用曲面创建方法构面条件特点及应用基础曲面创建领域可快速构建规则曲面，但存在尺寸误差和位置误差拉伸、旋转、扫描等绘制2D草图采用正向设计思路，所创建的规则曲面在精度和质量上能得到保障面片拟合创建领域曲面拟合的表面质量高、曲面连续性较好，但对于曲率变化较大的区域，拟合的表面质量较差。适合大部分为非几何规则，且曲率变化不大的曲面构建，但对领域的划分要求较高。境界拟合创建曲面的创建效率较高，但曲面的质量和连续较差。适合于面片特征变化明显、其它构面方法不易实现和对表面质量要求不高的场合。放样向导创建领域（也可结合3D草图）通过领域（也可结合3D草图曲线）快速构建曲面，适合变管径类的曲面创建，但曲面质量不太高。放样创建3D样条曲线或借助轮廓线创建的曲面质量较高，可进行G1或G2约束。面填补创建3D样条曲线或借助轮廓线创建的曲面质量较高，可进行G1或G2约束。但对填充的轮廓线质量要求较高。对于不规则曲面，面片拟合、境界拟合和放样向导是比较有效的曲面重构方法。其中，曲面拟合的表面质量高、曲面连续性较好，但对领域的划分要求较高；境界拟合的创建效率较高，但曲面的质量和连续较差，且与四边形网格的划分质量密切相关。3-10GeomagicDesignX软件中，3D草图和3D面片草图命令有何区别？参考答案：3D面片草图可根据点云或面片来绘制和编辑3D曲线，绘制或编辑的曲线会投影到点云或面片上，常用于创建境界拟合曲面所需要的草图曲线。3D面片草图绘制时，不需要选取基准面作为参照，直接在模型表面绘制空间草图，即空间曲线。3D草图功能与3D面片草图功能基本相同，可在空间或任意特征上自由绘制3D曲线，不同的是3D草图创建的曲线并不是投影到面片上。即3D草图绘制的图元特征可以不受面片或点云数据的影响，可以偏离模型表面。创建的曲线可用于获取管道的中心或创建放样、扫描的路径。提示：3D草图和3D面片草图的区别在于：3D面片草图模式中创建的曲线始终位于面片上，但在3D草图中的曲线可以在空间中任意存在。3-11GeomagicDesignX软件数模重构中，常用的创建参照平面有哪些方法？各适用什么情况？参考答案：参照平面创建方法及功能如下表所示。 表2参照平面的创建方法序号方法功能描述1定义通过指定的位置和法线创建参照平面2提取通过拟合运算，根据选定的要素提取平面，如面片、领域等。3投影通过将平面要素投影为直线要素的方法来创建参照平面4选择多个点通过选择3个以上的点来创建平面5选择点和法线轴通过选择一个点（位置）和一条法线轴来创建平面6选择点和圆锥轴利用圆锥轴创建平面7变换利用已选择的要素创建平面8N等分通过等分所选的要素，来创建与选定要素垂直且平均分布的多个面9偏移通过指定距离对选定的平面要素进行偏移来创建平面10回转通过一指定角度旋转平面要素，以创建指定数量的参照平面。11平均通过对两个选择要素平均的方式创建一个参照平面12视图方向在当前的视图方向上创建参照平面13相切创建与选择要素相切的参照平面14正交创建与面片上所选点要素正交的平面，也可选择一个点和两个实体面。15绘制直线创建通过且与绘制直线垂直的参照平面16镜像参照选定的平面要素，自动创建面片的对称平面17极端位置捕捉对象的极限位置并定义方向来创建参照平面常用的创建参照平面的方法主要有以下几种：提取：这种平面创建方法多用于在“领域”中提取相应的参照平面。偏移：多用于将选定平面要素按指定距离进行偏移的情况。绘制直线：多用于创建面片的对称平面，和“镜像”方法联合使用。镜像：以模型数据和一个已有平面为参照，创建和已有平面关联的模型对称参照面。多用于创建面片模型的对称平面，要求面片模型具有对称特征，且对称平面两侧的面片数据扫描较完整。N等分：多用于放样等操作中所需的轮廓面片草图创建。视图方向：在当前视图上创建参照平面，绘制所需的草图曲线等，多用于特征较复杂的曲面模型中，其所需视图的参照平面不易创建时可选用该方法。⑦选择多个点：在面片上选择三个及以上特征点来创建参照平面，特征点最好选择面片上质量较好的位置，利于参照平面精度的提高。3-12GeomagicDesignX软件中，剪切曲面、切割和布尔运算命令有何区别？