运用逆向设计的原理，以保时捷汽车模型车身为研究对象，利用激光扫描获得车身表面的点云数据；用Geomagic Wrap(原Studio)软件对点云数据进行体外孤点、噪声点的去除以及点云拼接与对齐；然后用软件进行由点—线—面的曲面重构过程，并对曲面进行连续性和光顺性分析，得到质量良好的汽车车身CAD模型，完成了逆向工程在车身设计中的应用初步研究。

逆向工程（又称反求工程），是一种产品设计技术再现过程，即对一项目标产品进行逆向分析及研究，从而演绎并得出该产品的处理流程、组织结构、功能特性及技术规格等设计要素，以制作出功能相近，但又不完全一样的产品。逆向工程的应用范围遍及大多数行业，从汽车、航空航天、艺术与科学到医疗等。目前国内外有关逆向工程的研究方向主要集中在几何外形的逆向，即重建产品实物的CAD模型，称为“实物逆向工程”。逆向工程系统主要包括3个方面：实物几何外形的数字化、CAD模型建立、产品的制造。

现代车身设计采用的都是传统的设计方法，然而，汽车外形结构复杂，曲面很多，要用一般的机械图纸把它完全表达出来需要大量的人力物力，相当浪费时间。不过，在逆向工程设计方法引进到汽车车身设计时，它改变了以前的设计理念，缩短了设计开发周期，获得高质量的车身结构。逆向工程的研究日益引人注目，在数据处理、曲面拟合、几何特征识别和坐标测量机的研究上已经取得了很大的成就。但是，在实际应用中，整个过程仍然不能完全保证曲面的光顺性。

针对这些特点，本文研究的关键有：1）曲面数据的获取以及后续的数据处理等；2）车身曲面的重构技术及质量检测等。

1. 点云数据的采集与处理

1.1 点云数据的采集

    点云数据的采集，如图1所示。

图1 测量设备

    为了获得质量较好的点云数据，首先进行一些前期处理，如确定模型参考位置、表面喷涂显像溶剂及软件的校核等。汽车模型由前、后、上、左、右侧面组成，由于不能一次性测量，因此要分别测量各个表面，对于侧面，只需要测量一侧就行，因为汽车是左右对称的产品，可以利用软件镜像。图2、图3为采集的未处理的车身点云数据。

图2 车身侧面和顶部的点云数据

图3 车身前部和尾部的点云数据

1.2 点云数据的处理

    在测量点云的时候，难免会有一些外界因素影响点云质量，如设备的震动、温度、湿度等，而且点云不能一次性测量，需要分为几步，最后把几部分拼接起来，这就要求在进行模型建立之前对点云进行处理。主要分为以下几步：体外孤点、噪声点的去除、点云拼接与对齐。利用Geomagic Wrap(原Studio)软件进行处理，处理拼接后的整车点云如图4所示。

图4 拼接后的整车

2. 车身模型曲面重构

    在逆向工程中，曲面重构有2种方法：一是直接由点云生成面；二是遵循由点—线—面的过程。第1种方法要求点云数据质量足够好，这样生成的曲面质量才会满足要求，它遵循点—多边形—曲面几个阶段，运用的是Geomagic Wrap(原Studio)软件；第2种方法是传统的方法，可以处理各种点云数据，得到的曲面精度也很高。本文主要采用的是第2种方法。数据处理主要有以下3个过程：点云数据处理、曲线处理、曲面处理。由于在Geomagic Wrap(原Studio)中已经对点云数据进行了处理，可以直接进行后面2个步骤。

2.1 点云直接生成曲面