常影　张亚杰佟沐霖杨珊珊

1、吉林农业科技学院机械工程学院　2、吉林农业科技学院水利与土木工程学院

Geomagic Studio软件在点云数据处理中的应用

常影1张亚杰1佟沐霖1杨珊珊2

1、吉林农业科技学院机械工程学院2、吉林农业科技学院水利与土木工程学院

由于当今社会产品更新换代快，快速掌握新型产品对一个企业的发展起着关键作用。有很多图纸不全或者难以正向建模的零部件，都可以应用逆向建模技术，快速地得到零件的模型，缩短了模型建立周期，节约了成本，同时也可以对其模型进行优化。本文介绍了Geomagic Studio软件在点云数据处理中的应用。

Geomagic Studio；逆向建模；点云数据

引言

模型建立对于产品的创新或其性能的改进都有很大的影响，在科技飞速发展的当代，掌握了新产品就占有了很大优势，因此很多企业、研究所和国家都在致力于创新研究。创新的基础是拥有强大的知识和技术作为支撑，在技术和研发发展较落后，却又想快速学习并建立自己产品的情况下，逆向建模技术走入了人们的视野。应用逆向建模技术，可以快速地得到产品的模型，并在三维模型基础上进行创新优化［1-2］。同时一些损坏产品的模型恢复，更需要应用逆向建模技术。比如一些古董，在数量少、图纸又不健全的情况下，如果通过正向建模法则无法获得数据，这时就需要结合逆向建模技术进行建模［3-4］。逆向建模技术可以快速得到产品的模型，缩短了产品的建模周期，同时解决了部分零部件损坏无法修复的情况。因此，目前很多研究人员致力于逆向建模技术的研究工作。相应的逆向建模软件也有很多，比如Geomagic Studio、imageware、CATIA、Pro/E等软件。其中Geomagic Studio主要针对采集到的数据进行处理。

1　获取点云数据

Geomagic Studio软件主要是对点云数据的处理，因此如何获得所需要的点云数据是非常重要的。数据并不是越多越好，获得的点云数据过多，还需要进行精简，但是获得的数据必须可以精确地表达零件的特征，这样便可减少模型重建过程中的误差。目前，点云数据获取分接触和不接触两种扫描仪［5］。接触式扫描仪主要的优点就是精度高，并且噪音低，但是由于通过接触获取点云数据，对于表面材料硬度不高的零件来说很容易被磨损或划伤。所以当表面材料硬度较低时，尽量选用非接触式扫描仪获取数据点，以减少对零件的破坏，而且非接触式扫描仪扫描速度快，扫描获得的数据点信息量大，但是精度较接触式的差［6］。所以，在选择扫描仪的时候要根据需求选择最优的仪器，且对于零件尺寸较大的零部件，可以进行多次数据扫描，最后应用Geomagic Studio软件对其进行对齐，整合成一个最完整的点云数据。

2　应用Geomagic Studio软件进行点云数据处理

Geomagic Studio软件因其有强大的点云数据处理功能，因此在逆向建模中应用非常广泛。从零件实体到三维模型的重现，首先是对零件点云数据的获取，这就要求所使用的三维扫描仪精度足够高，其次在应用Geomagic Studio软件进行点云数据处理的时候尽量多地删除无用点，尽量多地保留或者是添加有用点。Geomagic Studio软件点云数据处理功能主要有噪音处理、点云对齐、填充、偏差分析等功能。

2.1噪音处理

在获取零件点云数据的时候，不可避免地会受到周围环境的影响，获得的点云数据就有一些多余点，这些点会影响逆向建模的模型，所以就需要删除这些多余点。在Geomagic Studio软件中选中要删除的多余点，即可点击删除去掉多余点。最终得到的点云数据都是有用的数据，如图1所示。

图1　噪音处理

2.2点云对齐

当零件尺寸较大时，为了获得较全面的数据点，就需要多次测量数据并拟合在一起，这样可以把多组的测量数据综合在一个零件上，得到完整的点云数据。在Geomagic Studio软件中有多组数据对齐功能，可以通过拟合操作，完成多个扫描数据拟合。通过合并操作不仅可以将多组数据拟合成一组，同时可以降低噪音，并选择适当的点云数据配合成最新的点云数据。点云对齐分为手动注册和自动注册两种，如图2所示为手动注册。

图2　手动注册

2.3填充孔

由于扫描过程存在误差，因此会出现部分数据点没有扫描到，为了获得较好的研究模型，这个时候就需要通过适当的方式填充孔，在Geomagic Studio软件中应用填充孔功能填充丢失的数据孔，这个时候就可以对整体点云数据进行分析了。

2.4偏差分析

在没有获得模型前，需要对所得到的拟合点云数据进行分析，应用Geomagic Studio软件中的偏差分析功能对所得数据点进行检测，如果所得数据点与原来模型点的误差在允许的范围内，则所得拟合对齐数据即为合理的数据。

3　结论

本文结合当前的三维模型建立周期长和零部件修复困难等问题，引出了逆向建模的优势，介绍了逆向建模软件Geomagic Studio在逆向建模中的应用。Geomagic Studio软件具有强大的、快速的点云数据处理能力。通过对Geomagic Studio软件在点云数据处理中的研究，为后续零部件的逆向建模研究提供一定基础。

［1］付伟，张海.基于Geomagic Studio软件的逆向工程设计 ［J］.工具技术，2007，12：54～57.

［2］黄曼慧，成思源.基于Geomagic的 CAD模型重建技术研究［J］.机床与液压，2008，36（9）：57-60.

［3］郭培闪，杜黎明.运用Geomagic Studio实现点云数据的曲面重建及误差分析［J］.地理信息世界，2015，22（1）：57-60.

［4］林希玲，饶锡新，曹俊华.基于Geomagic的曲面重构方法研究［J］.组合机床与自动化加工技术，2013，7：28-30.

［5］张军，梁楚华.基于Geomagic的实体模型逆向重构 ［J］.机械工程与自动化，2010，5：192～194.

［6］李燕，黄凯.基于Geomagic的三维人体建模急速 ［J］.纺织学报，2008，29（5）：130～133.

常影，1988年出生，吉林省长春市人，助教，研究方向：模具设计、数控加工及逆向建模等。

吉林农业科技学院青年基金项目（吉农院合字［2015］第212号）。