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第1章 逆向工程CAD技术 1

1.1 现代设计方法 2

1.1.1 现代设计方法的历史和定义 2

1.1.2 现代设计方法的分类 4

1.2 正向设计 5

1.2.1 产品规划 6

1.2.2 方案设计 7

1.2.3 结构与技术设计 7

1.2.4 产品制造 8

1.3 逆向设计 9

1.3.1 逆向设计的工作流程 11

1.3.2 逆向设计的开发流程 13

1.3.3 逆向设计的应用前景 18

1.4 三维数字化建模CAD平台的选择 19

1.4.1 三维数字化建模与逆向工程 19

1.4.2 正向设计CAD建模软件选择要点 20

1.4.3 正向设计建模主流CAD软件 21

小结 24

习题 24

第2章 逆向工程的测量技术 25

2.1 先进检测技术 26

2.2 接触式测量 27

2.2.1 三坐标测量机 30

2.2.2 三坐标测量机软件分类 39

2.2.3 三坐标测量机测量过程 42

2.3 非接触测量 45

2.3.1 三维光学测量技术 45

2.3.2 三维光学测量设备 48

2.4 断层数据测量方法 53

2.5 测量中的问题 56

2.5.1 三维数据测量方法的选择 56

2.5.2 数据测量的误差分析 58

2.6 三维测量技术的应用 60

小结 64

习题 64

第3章 工业近景摄影测量技术 65

3.1 数字摄影测量 68

3.1.1 数字摄影测量的定义和分类 68

3.1.2 数字摄影测量要解决的主要问题 69

3.1.3 数字摄影测量系统的作业过程 69

3.2 数字影像的获取与重采样 70

3.2.1 光学影像与数字影像 70

3.2.2 影像的数字化 71

3.2.3 数字影像的重采样 72

3.3 数字影像解析基础 74

3.3.1 数字影像的内定向 74

3.3.2 同名核线的确定 75

3.4 数字影像匹配原理 78

3.4.1 数字影像相关原理 78

3.4.2 数字影像匹配基本算法 81

3.4.3 基于物方的影像匹配法 84

3.5 最小二乘影像匹配 85

3.5.1 最小二乘影像匹配原理 85

3.5.2 单点最小二乘影像匹配 87

3.6 基于特征的影像匹配 88

3.6.1 特征提取 89

3.6.2 基于特征点的影像匹配 90

3.7 数字影像纠正 91

3.7.1 像片纠正的基本思想 91

3.7.2 中心投影影像的数字影像纠正 92

3.8 数字摄影测量系统 94

3.8.1 数字摄影测量系统的主要产品 94

3.8.2 数字摄影测量系统的主要功能 95

3.8.3 数字摄影测量系统的工作流程 95

3.8.4 JX-4C数字摄影测量系统 96

3.9 近景摄影测量 98

3.9.1 近景摄影测量的摄影方法和基本公式 99

3.9.2 近景摄影测量的量测用摄影机 103

3.9.3 量测用立体摄影机 105

3.9.4 非量测摄影机 107

3.9.5 直接线性变换解法 110

3.9.6 近景摄影测量中相对控制的应用 118

3.9.7 XJTUDP系统简介 122

小结 124

习题 124

第4章 结构光扫描测量技术 125

4.1 结构光测量 127

4.1.1 结构光视觉原理 127

4.1.2 点结构光视觉传感器数学模型 128

4.1.3 线结构光视觉传感器数学模型 129

4.1.4 多线结构光视觉传感器数学模型 130

4.1.5 光栅投影传感器数学模型 131

4.1.6 结构光视觉传感器标定方法 132

4.2 立体视觉测量 136

4.2.1 双目立体视觉测量模型 136

4.2.2 双目立体视觉传感器标定方法 137

4.3 单摄像机测量 139

4.3.1 单摄像机测量数学模型 139

4.3.2 控制点空间坐标求解的多义性 141

4.4 光束平差测量 142

4.4.1 光束平差测量数学模型 142

4.4.2 平差初值的获取 143

4.5 数字化视觉精密测量系统 145

4.5.1 测量系统的构成 145

4.5.2 测量原理及工作流程 149

4.6 相机成像基站的外部方位 152

4.6.1 初始绝对方位 152

4.6.2 相机成像基站的相对方位 159

4.7 空间特征点匹配 170

4.7.1 基于外极线约束的特征点匹配法 170

4.7.2 基于外极平面角的特征点匹配方法 171

4.8 三角测量与反推投影 172

4.8.1 空间特征点三角测量原理 173

4.8.2 空间特征点反推投影 176

4.9 空间优化平差及后处理 177

4.9.1 基于共线方程的光束优化平差 177

4.9.2 快速优化平差和后处理 179

小结 183

习题 184

第5章 点云处理关键技术 185

5.1 测量数据前期修补技术 187

5.1.1 点云预处理流程 187

5.1.2 点云采样 189

5.1.3 噪声识别与去除 190

5.1.4 数据压缩，精简 192

5.1.5 数据补全 196

5.1.6 数据平滑 197

5.2 测量数据的多视配准技术 198

5.2.1 ICP匹配技术 198

5.2.2 基于统计特征的模型匹配初值获取技术 199

5.2.3 基于扩展高斯球的模型匹配初值获取技术 202

5.2.4 层次聚类法 208

5.3 测量数据可视化分析技术 213

5.3.1 曲率分析 213

5.3.2 点云网格化 219

5.4 测量数据分割技术 221

5.4.1 散乱数据的自动分割 222

5.4.2 基于点云几何属性的特征区域自动分割方法 226

5.4.3 交互分割方法 227

5.5 应用实例 227

小结 229

习题 229

第6章 逆向工程软件简介 230

6.1 逆向软件简介 232

6.2 Imageware 233

6.2.1 Imageware简介 233

6.2.2 主要模块 234

6.2.3 主要特点 235

6.3 Geomagic Studio 236

6.3.1 将实物零部件转化为可制造的数字模型的唯一全面的解决方案 236

6.3.2 主要功能 237

6.3.3 主要优势 237

6.3.4 应用方式 238

6.3.5 CAD系统扩展 239

6.3.6 软件优势 242

6.4 CopyCAD 245

6.4.1 概述 245

6.4.2 CopyCAD的主要特性 246

6.4.3 Delcam CopyCAD Pro软件特点 248

6.5 RapidForm 256

6.5.1 概述 256

6.5.2 主要特性 256

6.5.3 RapidForm发布逆向工程软件的最新版本 257

6.5.4 关于Shiningform 258

小结 258

习题 258

第7章 实例应用分析 260

7.1 基于近景摄影测量和结构光测量的测量方法 261

7.1.1 检测新方法的程序 262

7.1.2 检测新方法的步骤 264

7.1.3 近景摄影测量系统的组成及程序界面 264

7.1.4 三维光学面扫描测量系统 265

7.2 应用实例 267

7.2.1 大型水轮机叶片检测 267

7.2.2 某门外壳成形回弹量检测的实例分析 268

7.2.3 皮带轮三维建模 277

7.2.4 汽车驾驶室曲面建模 279

7.2.5 某汽车后地板纵梁成形回弹值及其精度评价 280

参考文献 287