前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的逆向工程技術在坭興陶器形傳承的應用，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。

摘要：逆向工程是一門先進的制造技術，它是CAD應用技術里面的一個重要分支。文章運用逆向工程技術，以某坭興陶器形為研究對象，重點闡述了如何通過激光掃描、點云處理、曲面重構、三維實體建模四大步驟構建產品三維模型數據庫的流程及關鍵技術點。通過三維模型數據庫的重構，可實現產品三維數據的永久保存，縮短產品的開發周期，實現產品標準化與信息化，具有一定的現實意義與實用價值。

關鍵詞：坭興陶；逆向工程；數據采集；實體建模

1坭興陶器形發展現狀及存在的問題

1.1坭興陶器形發展現狀

坭興陶作為中國的四大名陶之一，素有“萬年桂陶，千年傳奇”之說。它以濃厚的地域風情，豐富的民俗文化而享譽國內外。作為一個有明顯地理標志的產品，它以紫紅陶土為原料制成陶器?料，在坯體上雕刻詩文和繪畫，經過坭興陶燒制技藝燒制后形成，象征著人民的形態意識，精神追求和藝術情趣。其發展歷史悠久，鼎盛于清末民初年間，100多年來，多次參加國際和國家級展覽會評比并獲得大獎40多項，坭興陶產品遠銷東南亞、東歐、美洲以及港澳臺等30多個國家和地區，馳名海內外。但隨著歷史的變遷，歲月的流逝，及人們的不夠重視與保護，一些優秀作品已消失在時光長河中。

1.2坭興陶器形傳承中存在的問題

據相關資料顯示，坭興陶作為一種工藝品在其保護與發展過程中，存在著以下問題：一是隨著時間的流逝，歷史上一些優秀的作品不可避免慢慢地劣化；二是早年的一些優秀工藝作品受到科技的限制，沒有形成相關的設計圖紙；三是伴隨著商品經濟的發展，市場對新產品開發的速度與質量要求更高[1]。近年來在政府的重視與引領下，坭興陶產業又贏來了發展高潮。與此同時對已出土產品的保護，對樣品的再創造要求也日益提高，但目前無論保護方面還是再開發過程基本上都采取傳統的方式，即實物保存，二維圖像存貯、人工復制，正向設計，其缺點是費用成本高，人力成本大，對工匠技藝要求高，且無法避免其劣化，設計周期長。如何應用現代科技手段完整真實地保存其三維形態與數據，并實現產品的再創造是一個時展迫切需要解決的問題[2]。

2逆向工程

逆向工程（ReverseEngineering，RE），也稱為反向工程，即以實物樣件為基礎，通過三維測量設備對產品進行數據采集，獲取其真實有效的三維幾何信息，并對其進行點云處理，曲面構建，實體造型，建立樣件的三維模型，并以此為依據加工出產品的一種先進技術，它能將已有產品或實物模型轉換為工程設計模型，并在些基礎上對已有產品進行解剖，深化和再創造[3]。其流程如圖1所示。其關鍵的技術有兩點：一是數據的采集，它是能否完整正確清晰反應樣件真實面貌的關鍵，一般使用三坐標測量機或激光掃描測量裝置來獲取物體表面的特征數據。二是逆向建模，逆向專用軟件有Surfacer，geomagicstudio，實體建模軟件有solidwork、pro/e、UG，一般在進行逆向工程時將兩種軟件結合使用，即采用逆向專用軟件對數據進行點云處理，再用建模軟件進行曲線構造與實體造型。

3坭興陶器形傳承在逆向工程的應用

3.1坭興陶樣件的選取

銅鼓作為一種打擊樂器，是中國古代悠久而燦爛文化的結晶，是中國少數民族先民智慧的象征，它具有東方藝術的特色，是世界文化藝術寶庫之珍藏，至今在廣西河池的瑤族都流傳銅鼓舞。茶有著悠久的發展歷史，它起源于中國，茶文化常常代表中國精神的象征。文章選用融入銅鼓元素與茶藝元素的坭興陶銅鼓茶罐為研究對象，如圖2所示，它由罐身和罐蓋組成，具有少數民族文化的特色，具有濃郁的地方風情，具有一定的代表性。

3.2點云數據的采集

點云數據的采集是逆向工程的第一步，數據采集的是否完整、快速、正確是樣件3D模型能否高精度重構的第一步。通常數據采集的方式是三維數據坐標采集法，它根據產品的精度、外觀、周期、經濟等要求不同又可采用接觸式測量方法與非接觸式測量方法。接觸式測量方法會根據樣件的形狀不一需要制造專用夾具，且掃描過程為逐點掃描，從而引起成本過高，周期過長等問題，此處對樣件采用非接觸式測量方法。文章選的樣件在罐身和罐蓋上都存在著大量的細小花紋，它由較為復雜的自由曲面組成，在對這些曲面進行數字化處理時，尺寸精度要求相對弱化，工藝性、美觀性、可制造性、經濟性是它相對需要考慮的主要因素，也是掃描的重點與難點。綜合以上因素，文章采用非接觸式測量方法中的激光三角形測量法。具體掃描儀器選用PRINCE系列手持式三維激光掃描儀，其掃描精度為0.03mm，掃描分辨率為0.05mm，掃描速率為480000次測量/s，掃描時將模式設為R標準掃描模式，首先在樣件上取幾個固定視覺標記點，以方便確定儀器在掃描過程中的空間位置，再手持探測頭，利用7束交叉紅色激光，對樣件進行快速掃描和超精細掃描，為了保證掃描數據的完整性，掃描時需要變換不同的掃描角度，同時為了保證掃描數據的準確性及精度，掃描時還需保證激光垂直于花紋的縫。

3.3點云數據的預處理

測量的點云數據通常在排列上是無序的、沒有規律的。在進行數據采集時，為了獲取大量而足夠多的數據以保證掃描的準確性，打描精度參數通常會設得比較高，從而使數據不可避免地出現冗余點；測量方法，系統誤差，隨機誤差等因素使數據出現明顯或不明顯的噪音點；人為測量方法的錯誤，從而使數據出現雜點，對點云數據的預處理是逆向工程中的關鍵步驟。目前比較流行的逆向專用軟件有Surfacer，geomagicstudio，文章選用geomagicstudio軟件對點云數據進行預處理。在進行點云數據預處理時按四大步驟來進行：刪除雜點，去除噪音點，點云數據精減，構建擬合線。其關鍵技術點在于識別有用的數據，把多余的點刪除掉，將無序的點云進行區域分割，剖切。點云數據預處理完成后，導出*.igs格式文件保存。

3.4曲面重構

曲面重構是逆向工程中最難的部分，它能構建正向設計CAD軟件能夠識別的曲面，以方便實體建模及進一步的編輯與處理。在逆向工程中比較成熟的曲面重構方法有二種：一是基于三角Bezier的三角曲面構建法；二是以Bezier曲面、B-Spline、NURBS曲面為基礎的四邊域曲面構建法。三角形曲面構建法不符合產品描述標準，不能反映零件的高層次幾何特征，在曲線的光滑度與精度上不太理想，故常采用四邊域曲面構建法，文章采用四邊域曲面構建法。在構建時需根據曲率的不同劃分網格，調整同一網格中所有曲線的起始點并保證其相同，調整起點終點連接的光滑度，調整曲線的切向方向等，并需不斷地嘗試不同的構建方式，以保證曲面的光滑度與精度，最終形成許多形狀與大小不一的NURBS曲面。在構建曲面的過程最關鍵的技術在于對花紋形狀、花紋深度及花紋分布的把握。構建完成后導出*stl格式文件保存，如圖4所示。該文件可直接用于3D打印，以方便快速成型，減少開發周期。

3.5CAD三維實體建模

CAD三維實體建模是實現產品數據數字化，產品數據信息化，產品三維模型永久保存的最后步驟，是產品再設計，產品快速成型，產品批量生產的基礎[4]。常用的CAD正向設計軟件有SolidWork、Pro/e、UG、FreeForm，樣件整體外形簡單且規則，其上的花紋細小復雜，故采用FreeForm與UG兩種軟件結合對其進行三維實體造型。FreeForm主要生成花紋實體部分，UG用于生成其他實體部分。主要步驟：將*.stl格式的文件導入軟件；調整坐標系使兩軟件中的坐標系保持一致；采用旋轉、縫合曲面、生成實體、放樣切除等生成罐身罐蓋主體；采用樣條掃描生成罐蓋手柄部分；采用掃描面畫線，投影曲線生成字體部分；最后倒圓檢查是否有重合體。在此過程需要注意罐身與罐蓋的大小是否契合，是否滿足裝配要求。完成后導出*stp格式文件保存。

4結束語

文章利用逆向工程思維，以具有民族特色和地方風情的坭興陶銅鼓茶罐為研究對象，采用手持式三維激光掃描儀來獲取樣件外形的真實點云數據，運用逆向工程軟件geomagicstudio對點云數據進行預處理和NURBS曲面重構，運用正向設計軟件FreeForm與UG來構建三維實體模型。通過運用逆向工程構建坭興陶器形的三維數據，有利于產品三維數據的永久保存，有利于縮短產品的開發周期，有利于實現產品標準化、系列化與信息化，希望為坭興陶器形的研究與傳承提供一些新的現代化思路。

參考文獻：

[1]張榮強.逆向工程技術在古典家具保護方面的應用與研究[J].機械設計，2013，30(1):101-103.

[2]王剛.欽州坭興陶產業數字化發展對策研究[J].開封教育學院報，2016，36(11):283-284.

[3]王海南.逆向工程技術在貴州少數民族文化遺產保護中的應用研究[D].貴州:貴州大學，2008.

[4]公丕平，劉武強，周付明.工程裝備逆向建模中的點云配準技術研究[J].機械管理開發，2019，34(6):239-242+280.

作者:黃善厚 龍燕燕 單位:廣西英華國際職業學院