历史选题

逆向工程(reverse engineering）也称反求工程，是相对正向设计而定义的一种设计方法，是从实物模型到电子模型或理论概念的一个反向推理、挖掘、优化的系统过程，在国内外各个领域被广泛应用。它的意义不仅仅在于消化吸收并改进国内外的先进技术，更体现在逆向反求的过程中接纳先进的设计思想和制造理念，进而实现理论和思想上的创新，这对于我国科技进步和制造业的发展具有十分重要的意义。
Pro/ENGINEER(以下简称Pro/E）是美国PTC公司于1988年开发出的参数化建模软件系统，它广泛应用于机械、电子、航天、模具、工业设计、汽车和玩具等行业。其所提供的独立几何、小平面特征和重新造型等模块都可完成逆向反求工作。
本书以Pro/ENGINEER Wildfire 4.0中文版本软件系统为平台，以典型实例操作为导向，详细讲述了利用Pro/ENGINEER Wildfire 4.0中文版软件系统完成逆向反求工作。通过学习本书，可以帮助读者更快、更轻松地完成CAD模型重构工作。
在Pro/ENGINEER Wildfire 4.0中文版系统中实现逆向反求的流程如下图所示：
知识专业性强，分析透彻：具有完整合理的知识结构，内容翔实，专业性强，信息量大。在
内容安排上，以实例讲解的方式介绍命令工具的应用，并结合典型实例，对Pro/E 的独立几何、小平面特征以及重新造型等逆向工程模块进行了全面详细的讲解。在讲解过程中都附有详细的图片说明和必要的提示，强调操作过程的详细化和具体化。
实例典型，可操作性强：选择的实例极具代表性，有很强的针对性和可研究价值，可达到举一反三、抛砖引玉的作用。实例的操作过程追求简单、细致，注重命令工具的运用和技巧，容易被读者理解和接受。随书附赠的光盘中包含了书中所有实例的点云数据、prt文件以及关键步骤的视频文件，以便读者更好、更快、更全面地理解和掌握逆向工程的原理和反求方法。

本书是根据国内外研究人员、技术人员及编者的研究成果并结合工程实际编写而成的，将理论与实践相结合，由浅入深、循序渐进地介绍了在Pro/ENGINEER Wildfire 4.0中文版系统中完成逆向反求的方法和过程。读者可根据自己的实际情况选择相应的章节进行学习。

? 第1～2章： 介绍逆向工程的定义、分类、应用领域以及发展状况等；以及逆向工程的关键技术——测量技术、数据处理、特征提取、曲面重构等技术特点和发展状况，使读者对逆向工程有更全面的认识。
? 第3～5章： 介绍Pro/ENGINEER Wildfire 4.0系统的逆向工程模块——独立几何、小平面特征和重新造型。

? 第6～11章： 通过实例对本书所学的知识进行总结、提高、融会贯通。

全书由刘晓宇编著，其中第7章由马小峰编写，第8章由吴文静编写，第9章由付强编写，其余章节由刘晓宇编写。在此，非常感谢恩师刘德平教授在学习和研究逆向工程理论的过程中给予的教诲和点拨；感谢刘明启高级工程师在工程实践中的支持和帮助；感谢大学生刘新亚和刘玉文对实例操作过程的验证；感谢妻子在生活中的支持和照顾；此外，参与编写和整理工作的人员还有蒋晶、潘军远、赵伟星、贾红雨和上官建林，在此同表谢意。
本书在编写过程中参考了很多宝贵的文献资料，在此向这些文献的作者表示衷心的感谢！由于编者年轻学浅，且时间仓促，书中疏漏和不足之处在所难免，恳请广大读者不吝赐教!
E-mail：Wayde82@gmail.com、laushineyee@tom.com

第1章 逆向工程概述 1
1.1 逆向工程 2
1.1.1 逆向工程的定义 2
1.1.2 逆向工程的分类 4
1.1.3 逆向工程的特点 5
1.1.4 逆向工程存在的问题 5
1.1.5 逆向工程设计过程中的注意事项 6
1.2 国内外逆向工程的发展状况 7
1.2.1 国外逆向工程的研究成果 7
1.2.2 国内逆向工程的研究机构及成果 8
1.2.3 逆向工程的发展趋势 9
1.3 逆向工程的应用 10
1.3.1 应用领域 10
1.3.2 在CAD/CAM体系中的作用 12
1.4 逆向工程的实现流程 12
1.4.1 逆向工程解决方案的类别 12
1.4.2 逆向工程解决方案的流程 14
1.5 同类逆向工程软件 15
1.5.1 Imageware 15
1.5.2 CopyCAD 17
1.5.3 RapidForm 17
1.6 Pro/ENGINEER逆向工程模块 18
1.6.1 逆向工程模块简介 19
1.6.2 独立几何模块 20
1.6.3 小平面特征模块 20
1.6.4 重新造型模块 21
1.7 技术总结 21
第2章 逆向工程的关键技术 22
2.1 数据测量技术 23
2.1.1 接触式数据测量方法 23
2.1.2 非接触式数据测量方法 24
2.2 数据点的预处理 25

2.2.1 噪声点的去除 25
2.2.2 数据的精简 26
2.2.3 数据点的平滑 28
2.3 特征提取 29
2.3.1 二次曲面 30
2.3.2 过渡曲面 30
2.3.3 圆柱面 30
2.3.4 回转面 30
2.3.5 复杂自由曲面 31
2.4 点云分割 31
2.4.1 基于边的方法 32
2.4.2 基于面的方法 32
2.4.3 聚类分割法 32
2.5 曲面重构技术 33
2.6 技术总结 33
第3章 独立几何逆向造型方法 34
3.1 独立几何逆向造型方法概述 35
3.2 扫描工具工作流程 35
3.2.1 造型前的准备 35
3.2.2 导入扫描线点云数据 36
3.2.3 修改扫描线 36
3.2.4 创建型曲线 37
3.2.5 创建型曲面 38
3.2.6 修改型曲面 39
3.3 原始数据的输入 39
3.3.1 直接插入数据 39
3.3.2 在特征中插入数据 40
3.3.3 点云原始数据简介 41
3.4 修改扫描曲线 46
3.4.1 删除 47
3.4.2 重组点 48
3.4.3 扫描点 51
3.5 创建型曲线 51
3.5.1 自示例数据 52
3.5.2 通过点 52
3.5.3 自曲线 53
3.6 修改型曲线 54
3.6.1 控制多边形 54
3.6.2 控制造型点 56
3.6.3 拟合到指定点 58
3.7 创建型曲面 59
3.7.1 创建边界混合型曲面 59
3.7.2 复制现有曲面创建型曲面 60
3.8 修改型曲面 61
3.8.1 控制多面体 62
3.8.2 栅格线 64
3.8.3 按参照点拟合 65
3.9 综合实例——马鞍面的绘制 67
3.9.1 设置工作目录 67
3.9.2 导入原始数据 68
3.9.3 修改扫描曲线 69
3.9.4 创建型曲线 70
3.9.5 修改型曲线 71
3.9.6 创建造型曲线 72
3.9.7 创建边界混合曲面 74
3.10 技术总结 77
第4章 小平面特征 78
4.1 小平面特征概述 79
4.2 小平面特征实现流程 79
4.2.1 造型前的准备 79
4.2.2 输入点云数据 80
4.2.3 点云数据处理 80
4.2.4 包络处理 81
4.2.5 小平面粗调 82
4.2.6 小平面精整 82
4.3 原始数据的操作 82
4.3.1 原始数据的输入 82
4.3.2 原始数据的显示 83
4.3.3 点云数据修剪与删除 86
4.4 点云预处理 87
4.4.1 点数据去噪处理 87
4.4.2 数据精简处理 88
4.4.3 点云修补和保存 90
4.5 包络特征操作 90
4.5.1 点云包络处理 91

4.5.2 小平面粗调 91
4.5.3 小平面精调 95
4.6 小平面处理 97
4.6.1 小平面选取 97
4.6.2 小平面操作 99
4.7 综合实例——玩具造型 105
4.7.1 造型前的准备 105
4.7.2 输入点云数据 106
4.7.3 点处理 106
4.7.4 移除腹板 107
4.7.5 小平面粗调 108
4.7.6 小平面精调 109
4.8 技术总结 112
第5章 重新造型 113
5.1 重新造型概述 114
5.2 重新造型环境界面 114
5.3 曲线创建 115
5.3.1 在小平面上创建曲线 115
5.3.2 在曲面上创建曲线 116
5.3.3 捕捉点创建曲线 116
5.3.4 剖面 117
5.3.5 使用曲面边缘创建曲线 117
5.3.6 小平面锐边创建曲线 118
5.3.7 投影曲线 118
5.4 曲线修改 119
5.4.1 控制多边形法 119
5.4.2 造型点 121
5.5 曲线编辑 122
5.5.1 曲线的约束 122
5.5.2 曲线对齐 123
5.5.3 曲线合并 123
5.5.4 曲线分割 124
5.5.5 曲线(曲面）复制 124
5.5.6 显示并修改约束 125
5.6 创建曲面 126
5.6.1 创建区域 126
5.6.2 添加环 126
5.6.3 合并区域 127
5.6.4 直接创建解析面 128
5.6.5 创建旋转和拉伸解析面 133
5.6.6 边方式创建多项式曲面 135
5.6.7 创建放样和网格多项式曲面 136
5.6.8 创建点或矩形多项式曲面 137
5.6.9 自动创建选定区域的样条曲面 139
5.6.10 自动创建样条曲面 140
5.6.11 修改样条曲面 141
5.7 曲面操作 142
5.7.1 曲面修改 142
5.7.2 编辑曲面数学属性 144
5.7.3 曲面约束 145
5.7.4 曲面延伸 146
5.8 综合实例——自行车座 147
5.8.1 提取边界线 147
5.8.2 创建轮廓线 148
5.8.3 创建曲面 150
5.8.4 曲面实体化 154
5.9 技术总结 154
第6章 回转面模型重构技术分析 155
6.1 回转面构成分析 156
6.2 回转面构成原理分析 156
6.3 回转面性质 158
6.3.1 基本概念 158
6.3.2 主要性质 159
6.4 回转型钣金件模型重构 159
6.4.1 造型前的准备 159
6.4.2 读入数据 160
6.4.3 确定回转面轴线 161
6.4.4 测量距离 162
6.4.4 确定回转母线 166
6.4.5 创建回转母线 167
6.4.6 回转面重构 170
6.4.7 曲面分析 171
6.5 灯泡玻璃体重构 173
6.5.1 造型前的准备 173
6.5.2 读入数据 175

6.5.3 修改截面线 177
6.5.4 重构回转面 180
6.6 技术总结 184
第7章 维纳斯石膏像模型重构 185
7.1 维纳斯石膏像简要说明 186
7.2 小平面特征实现流程 186
7.2.1 造型前的准备 186
7.2.2 输入点云数据 187
7.2.3 点云数据处理 188
7.2.4 数据保存 189
7.2.5 包络处理 189
7.2.6 小平面处理 190
7.2.7 重新造型 192
7.3 维纳斯模型流程 193
7.3.1 造型前的准备 193
7.3.2 输入数据 194
7.3.3 去除噪声点 195
7.3.4 破洞修补 196
7.3.5 数据精简处理 198
7.3.6 对小平面进行包络处理 200
7.3.7 小平面粗调 200
7.3.8 小平面精调、精整 201
7.3.9 多面几何的集管表示 205
7.3.10 重新造型 205
7.4 小结 210
第8章 红茶饮料瓶模型重构 211
8.1 案例分析与点数据输入 212
8.1.1 造型前的准备 212
8.1.2 输入点云数据 213
8.2 创建瓶体曲线 214
8.2.1 创建基准平面 214
8.2.2 创建瓶体纵向轮廓曲线一 215
8.2.3 创建瓶体纵向轮廓曲线二 217
8.2.4 创建瓶体横向轮廓曲线一 217
8.2.5 创建瓶体横向轮廓曲线二、三 219
8.2.6 创建横向轮廓曲线 220
8.2.7 创建瓶底及瓶口曲线 221
8.3 创建瓶体曲面结构 224
8.3.1 创建瓶体曲面 224
8.3.2 创建瓶体凹槽特征一 226
8.3.3 创建瓶体凹槽特征二 230
8.3.4 创建凹槽特征三、四 234
8.3.5 创建凹槽五 237
8.3.6 创建凹槽六 240
8.3.7 曲面镜像 244
8.3.8 修饰瓶底 246
8.4 实体操作 246
8.4.1 曲面加厚处理 247
8.4.2 修饰瓶嘴 248
8.5 技术总结 251
第9章 足球模型重构 252
9.1 足球相关知识分析 253
9.2 提取足球参数 253
9.2.1 造型前的准备 254
9.2.2 输入点云数据 254
9.2.3 提取五边形参数 255
9.3 足球建模Ⅰ 258
9.3.1 创建五边形草绘 258
9.3.2 创建六边形中的一条边线 261
9.3.3 创建六边形 262
9.3.4 创建混合曲面辅助线 265
9.3.5 创建混合曲面 266
9.3.6 创建球面 269
9.3.7 隐藏部分特征操作 271
9.3.8 合并特征 274
9.4 足球建模Ⅱ 275
9.4.1 旋转阵列六边形面 275
9.4.2 旋转阵列五边形面 276
9.4.3 镜像并阵列六边形面 278
9.4.4 镜像并阵列五边形面 280
9.4.5 旋转阵列六边形面 281
9.4.6 镜像五边形面 281
9.5 足球渲染 282


9.5.1 设置颜色球 283
9.5.2 设置贴花 284
9.6 小结 287
第10章 中国印模型重构 288
10.1 影像反求简介 289
10.2 模型分析 289
10.3 跟踪草绘 290
10.3.1 造型前的准备 290
10.3.2 在基准平面上插入图片 291
10.3.3 勾勒曲线 292
10.3.4 完成建模 292
10.3.5 模型渲染 293
10.4 中国印文“寿”模型重构 293
10.4.1 重构前的准备 293
10.4.2 插入图片 294
10.4.3 勾勒曲线 297
10.4.4 实体的生成 298
10.5 印章造型 300
10.5.1 创建拉伸实体 300
10.5.2 创建混合实体 302
10.5.3 创建其他部分混合实体 304
10.5.4 创建拉伸文字实体 305
10.6 模型渲染 306
10.6.1 设置颜色球 306
10.6.2 印章模型渲染 307
10.7 技术总结 309
第11章 电熨斗模型重构 310
11.1 重新造型 311
11.1.1 创建基准面 311
11.1.2 创建剖面曲线 312
11.1.3 创建小平面曲线 313
11.2 创建曲面 314
11.2.1 创建草绘1 314
11.2.2 创建造型1 315
11.2.3 创建其他造型曲线 317
11.2.4 创建边界混合曲面1 318
11.2.4 创建边界混合曲面2 319
11.2.5 创建拉伸曲面 321
11.2.6 创建造型2 322
11.2.7 创建边界混合曲面3 324
11.2.8 创建造型3 325
11.2.9 创建拉伸曲面 328
11.2.10 创建投影曲线 328
11.2.11 创建造型4 329
11.2.12 创建边界混合曲面4 330
11.2.13 曲面修剪镜像 331
11.3 创建实体 333
11.3.1 曲面实体化 333
11.3.2 创建拉伸实体 334
11.3.3 创建圆角特征 335
11.4 技术总结 336
附录A Pro/ENGINEER Wildfire 4.0简介 337
参考文献 346