实验名称：三维数据测量与预处理
专业：数控技术 班级：10数控2 日期2012/08/26
小组成员：闫秋实 尤学伟 喻星 臧梦达 张玉其 郑北 周杰 邹剑泉
一、实验目的：1、主要介绍测量数据预处理流程的基本原理和方法；
2、学习掌握测量数据预处理方法。学习柯尼卡美能达VIVUD910扫描仪的使用方法及Geomagic Studio逆向设计软件的操作方法。
二、实验要求：完成实物的三维数据测量及数据预处理，注册合并为一个模型数据。
三、实验方法及条件：
采用三维测量设备对实物进行测量，将测量的数据导入逆向设计软件进行点阶段的数据预处理，注册合并生成完整的扫描数据模型。
本实验所需的设备、仪器、工具或材料:
1、 扫描实物
2、 柯尼卡美能达VIVID910扫描仪
3、 Geomagic Studio逆向设计软件
4、 电脑
四、实验步骤及结果：
（一）数据的测量
1.测量件的准备。如被扫描物体反光效果不佳，则应喷涂上显像剂；为了以后数据拼合的方便与准确，应在被扫描物表面上做上点标记。由于所选实物是纯白和各处轮廓较分明，因而无需做以上操作。如图1所示：
图1
2、启动Konica Minolta VIVID 910三维扫描仪，再启动电脑，打开Geomagic Studio 10.0。点击工具栏上的“插件”按钮出现对话框。如图2所示：
3、调整扫描仪与实物之间的距离（由于扫描仪镜头是中镜，所以距离应在600到800之间）与视角，保证实物在显像框的中心位置。
4、点击对话框中的 Scan按钮，开始扫描。根据出现的点的色谱，分析数据的质量，偏红表示太近，偏蓝表示实物离扫描仪稍远。呈现黄绿色较好。 图2 插件对话框
5、点击对话框的“确定”按钮，完成一个视角的扫描。
6、将扫描物选择一个角度，重复步骤4、5，直至所有的面都被扫描到。
（二）数据的预处理
1．将扫描数据导入Geomagic Studio软件，删除每片点云数据体外孤点。如图3所示：
图3
2.改变显示参数。在屏幕左侧单击有电脑图标的属性页，在下拉式菜单中设置显示%（静态/动态）值为25%.
该操作对大量点云数据非常有效，因为可以通过改变选择过程中显示的百分比来提高运行和显示的效率。
3．进行点云手动注册。注册方式分为1点注册和n点注册，1点注册要求固定和浮动窗口的视角要保持相近，才能保证一定的精度，比较难以控制；n点注册规定n大于或等于3，且3点不能在一条直线上，以便形成一个面在注册。此模型较难把握两面中的一个精确的点，因而选择n点注册，精度会更好。注册的平均距离和标准偏差应保持在百分之五之下，才能获得一个完整而理想的点云数据。如图4所示：
图4
4.重复以上的操作步骤，将若干个点云数据注册成一个完整和精度较高的图像，如图5所示：
图5
5.进行全局注册，检查以上操作后各视角数据点的对齐情况，直到平均距离与标准偏差恒定。另外调整显示中的静态/动态比例为2：1。如图6：
图6
6.合并点对象并进行着色，如图7所示：
图7
7.修改模型数据：分别改动选择【非连接项】、【选择体外孤点】、【减少噪音】、【统一采样】、【计算封装】的一些数据。其中比较主要的是【选择体外孤点】和【减少噪音】。在【体外孤点】中，敏感性越多，精度越高。选择合适的敏感性，删除多余的小红点，即零件外部孤点。在【减少噪音】中，因为轮廓较分明，参数选择棱柱形（积极）；平滑级别则根据偏差来选择，调整平滑级别，令标准偏差在5%以下。从而使模型具有可视化和多性能的效果，完成点到多边形的过程。
（1）选择非连接项，如图8所示:
图8
（2）选择体外孤点，如图9所示:
图9
（3）减少噪音，如图10所示:
图10
平滑级别的比较：如图11-1,11-2所示:
图11-1
图11-2
（4）统一采样，如图12所示:
图12
（5）计算封装，如图13所示:
图13
五、思考题：
1.试分析三坐标接触式测量和非接触式光学测量的特点和应用场合。
（1）三坐标接触式测量：
特点：精确度高；可直接测量工件的特定几何特性但是其速度慢；需半径补偿；接触力大小影响测量值；接触力会造成工件及探头表面磨损。
应用场合：机械制造业、汽车工业、电子工业、航空航天行业和国防工业等各部门。
（2）非接触式光学测量：
特点:速度快；不必作探头半径补偿；无接触力，不伤害精密表面，可测量柔软工件等但是其精度一般；陡峭面不易测量，激光无法照射到的地方便无法测量；工件表面的明暗程度会影响测量的精度。
应用场合：在线质量控制检查、样品检查，工具和模具检查、工业设计、逆向工程、机器视觉、医疗应用、数字化档案、计算机图形图像等。
2.分析数据测量阶段和预处理阶段产生误差的因素。
因为实际扫描过程中多多少少都会受到一些人为的或外界的原因所带来的影响，因此在测量过程中就会产生许多误差。例如：标记点的覆盖、显影剂喷的不均匀、外界光线的影响、噪音的影响等等。另外，在数据处理时因为是手工删除体外孤点所以有些靠近物体的点没有删除掉，再取出标记点再重新构造曲面时也会造成误差，并且在尖锐的边和边界附近的数据中有许多的坏点，这些是去除不掉的这样就会造成曲面偏离原来的位置及造成误差。
3.注册的方式有哪几种？在使用不同的注册方式时，应注意哪些问题？
注册的方式分为：“1点注册”和“n点注册”
“1点注册”：可以通过在固定窗口和浮动窗口的模型上各选择一个对应点，即可实现两个模型的注册。在执行该命令时，两个窗口的视角必须相近，才能保持一定的精度，否则注册不能正确工作。要尽量选择好地点是获得好的对齐的关键，以使它们几乎正确地在零件的相同位置。
“n点注册”：是在固定窗口和浮动窗口各选择3个及以上的对应点，进行模型的注册。3点不能在一条直线上。对各模型的方位没有严格的要求。一般情况下，选择的点数越多，注册精度越高。
第二篇：三维数据测量与处理
三维数据测量与处理
专业 数控技术 班级 09数控（1）班 姓名 学号 095305103
工作小组 第一组 日期 20##-9-13 成绩
一、工作任务
完成实物的三维数据测量及数据处理，生成多边形模型。
二、工作方法
采用三维测量设备对实物进行测量，将测量的数据导入逆向设计软件进行点阶段的数据处理及多边形阶段的数据处理，生成完整的较光顺的多边形模型。
三、工作所需的设备、仪器、工具或材料
1、 扫描实物
2、柯尼卡美能达VIVID910扫描仪
3、Geomagic Studio逆向设计软件
4、电脑
四、工作步骤及数据、现象记录 (数据记录、处理主要过程、处理结果以截图表述)
（一）数据的测量
1. 测量件的准备。如被扫描物体反光效果不佳，则应喷涂上显像剂；为了以后数据拼合的方便与准确，应在被扫描物表面上做上点标记。
2. 启动Konica Minolta VIVID 910三维扫描仪，再启动电脑，打开Geomagic Studio 10.0。点击工具栏上的“插件”按钮出现图1所示的对话框。
3. 调整扫描仪与实物之间的距离与视角，保证实物在显像框的中心位置
4. 点击图 1所示对话框中的 Scan按钮，开始扫描。根据出现的点的色谱，分析数据的质量，偏红表示太近，偏蓝表示实物离扫描仪稍远。呈现绿色最好。
5. 点击图 1所示对话框的“确定”按钮，完成一个面的扫描。
6．将扫描物选择一个角度，重复步骤4）5），直至所有的面都被扫描到。
（二）数据的处理
1．将扫描数据导入Geomagic Studio软件，删除每片点云数据体外点、非连接项点。
2．进行点云注册合并、减少噪音、简化，得到一个完整而理想的点云数据，并封装成可用的多边形数据模型。
3．进行多边形阶段的基本处理，去除标记点、填充孔。
4.进行精简多边形、编辑边界、光顺处理，实现多边形网格的规则化，使物体变得光滑平坦。
五、项目工作总结
思考题
1. 试分析三坐标接触式测量和非接触式光学测量的特点和应用场合。
三坐标接触式测量：
特点：精确度高；可直接测量工件的特定几何特性但是其速度慢；需半径补偿；接触力大小影响测量值；接触力会造成工件及探头表面磨损。
应用场合：机械制造业、汽车工业、电子工业、航空航天行业和国防工业等各部门。
非接触式光学测量：
特点:速度快；不必作探头半径补偿；无接触力，不伤害精密表面，可测量柔软工件等但是其精度一般；陡峭面不易测量，激光无法照射到的地方便无法测量；工件表面的明暗程度会影响测量的精度。
应用场合：在线质量控制检查、样品检查，工具和模具检查、工业设计、逆向工程、机器视觉、医疗应用、数字化档案、计算机图形图像等。
2.分析从实物到重构的多边形曲面模型产生误差的原因。
因为实际扫描过程中多多少少都会受到一些人为的或外界的原因所带来的影响，因此在测量过程中就会产生许多误差。例如：标记点的覆盖、显影剂喷的不均匀、外界光线的影响、噪音的影响等等。另外，在数据处理时因为是手工删除体外孤点所以有些靠近物体的点没有删除掉，再取出标记点再重新构造曲面时也会造成误差，并且在尖锐的边和边界附近的数据中有许多的坏点，这些是去除不掉的这样就会造成曲面偏离原来的位置及造成误差。
3.减少噪声时，参数选项中自由曲面形状、菱柱形对应哪种模型作选择?
自由曲面形：曲面较光滑，多数用于工艺品
状菱柱形：具有小的锐边或小的细节特征并且需要保留的物体。多用于机械零件
实验报告总结
通过这几周的学习我对于逆向工程这门课有了一些了解。大概的知道它是一门将实物的模型转变为CAD模型的相关数字化测量技术、几何模型重建技术和产品制造技术。它的应用范围非常广泛在新品开发、产品仿制、快速磨具制造、医学应用等。在数据测量学习中我学习了Geomajic Studio软件就如做这个报告就是运用这个软件。在做这个报告中我做了数据点的处理及合并，以及曲面重构。在做这份报告时从遇到问题到解决问题的过程中加深了对已学知识的了解并对所学知识的应用更加得心应手。因此，做这份实训报告我受益匪浅。