3D测量与3D打印在文创中的应用与研究开题报告

1. 研究目的与意义

研究的背景：近年来，随着计算机存储技术、人机互动技术的快速发展，出现了以三维激光扫描仪和影像全站仪为代表的3d测量仪器，与传统测量技术截然不同的是，3d测量技术可以通过点云与大量的三角面片来构建物体的三维模型，而传统测量只能用点与线表达物体的投影面。而3d测量的最关键的核心就是逆向技术（又称逆向工程），而随着近十年来3d打印技术的飞速发展，使得3d测量的成果实体化成为可能，一下段落将详细介绍这两种技术。

（1）逆向工程技术：　

①逆向工程发展：

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

1、充分理解3d测量的原理、方法以及应用；

2、通过搜集资料和实地探查对苏州现有的文物、古建进行一定的了解，并确定3d测量所研究的对象；

3. 研究的方法与步骤

研究方法：

1、三维扫描技术

三维扫描技术能实现非接触测量，且具有速度快、精度高的优点。而且其测量结果能直接与多种软件接口，这使它在CAD、CAM、CIMS等技术应用日益普及的今天很受欢迎。在发达国家的制造业中，三维扫描仪作为一种快速的立体测量设备，因其测量速度快、精度高，非接触，使用方便等优点而得到越来越多的应用。用三维扫描仪对样品、模型进行扫描，可以得到其立体尺寸数据，这些数据能直接与CAD/CAM软件接口，在CAD系统中可以对数据进行调整、修补、再送到加工中心或快速成型设备上制造，可以极大的缩短产品制造周期。

2、逆向工程技术

逆向工程技术是在没有产品原始图纸、文档的情况下，对产品实物进行测量和工程分析，经CAD／CAM／CAE 软件进行数据处理、重构几何模型，并生成数控程序，由数控机床重新加工复制出产品的过程。

逆向工程系统主要由三部分组成: 产品实物几何外形的数字化、CAD 模型重建、产品或模具制造。逆向工程中的关键技术是据采集、数据处理和模型的重建。 (1) 数据采集：数据采集是逆向工程的第一步,其方法的得当直接影响到是否能准确、快速、完整地获取实物的二维、三维几何数据, 影响到重构的 CAD 实体模型的质量, 并最终影响产品的质量。

(2) 数据处理：对于获取的一系列点数据在进行 CAD 模型重建前, 必须进行格式转换、噪声滤除、平滑、对齐、归并、测头半径补偿和插值补点等处理。

(3) 模型重建：将处理过的测量数据导入 CAD 系统, 依据前面创建的曲线、曲面构建出原型的CAD模型。

3、数据处理软件——Geomagic Studio

Geomagic Studio 可根据任何实物零部件自动生成准确的数字模型。作为全球首选的自动化逆向工程软件，Geomagic Studio 还为新兴应用提供了理想的选择，如定制设备大批量生产、即定即造的生产模式以及原始零部件的自动重造。只有 Geomagic Studio 具有下述所有特点：

确保完美无缺的多边形和NURBS模型处理复杂形状或自由曲面形状时，生产率比传统CAD软件提高十倍自动化特征和简化的工作流程可缩短培训时间，并使用户可以免于执行单调乏味、劳动强度大的任务可与所有主要的三维扫描设备和CAD/CAM 软件进行集成能够作为一个独立的应用程序运用于快速制造，或者作为对CAD软件的补充。

Geomagic Studio的优点

　　简化了工作流程-- Geomagic Studio 软件简化了初学者及经验工程师的工作流程。自动化的特征和简化的工作流程减少了用户的培训时间，避免了单调乏味、劳动强度大的任务。

提高了生产率--Geomagic Studio是一款可提高生产率的实用软件。与传统计算机辅助设计(CAD)软件相比，在处理复杂的或自由曲面的形状时生产效率可提高十倍。 　　 实现了即时定制生产-制同样的生产模型，利用传统的方法（CAD）可能要花费几天的时间，但Geomagic软件可以在几分钟内完成，并且该软件还具有高精度和兼容性的特点。 Geomagic Studio 是唯一可以实现简单操作、提高生产率及允许提供用户化定制生产的一套软件。 　　

兼容性强--可与所有的主流三位扫描仪、计算机辅助设计软件(CAD)、常规制图软件及快速设备制造系统配合使用。Geomagic 是完全兼容其它技术的软件，可有效的减少投资。　　

曲面封闭-- Geomagic Studio 软件允许用户在物理目标及数字模型之间进行工作，封闭目标和软件模型之间的曲面。你可以导入一个由CAD软件专家制作的表面层作为模板，并且将它应用到对艺术家创建的泥塑模型（油泥模型）扫描所捕获的点。结果在物理目标和数字模型之间没有任何偏差。整个改变设计过程只需花费极少的时间。　　

支持多种数据格式-- Geomagic Studio 提供多种建模格式，包括目前主流的3D格式数据：点，多边形及非均匀有理B样条曲面(NURBS) 模型。数据的完整性与精确性确保可以生成高质量的模型。

4、研究的技术路线：

制定项目方案，选择数个实体对象，利用手持式三维激光描测量仪、三维激光扫描仪、影像全站仪进行三维数据采集，采集的数据格式是.stl文件，利用Geomagic Studio强大的软件功能进行对数据的处理，结合目前的市场潮流与文物自身的特点，对模型进行适当的修改，以满足使其既承载了文化价值又能迎吸引费者的眼球。再利用XYZware对数据进行模型重构，最后利用3D打印机完成实体模型的打印。

技术流程图

实现步骤的流程框图

4. 参考文献

[1] 张序，李兆堃，袁铭，朱威.苏州虎丘塔三位数字化表达研究与应用.北京：测绘通报,2012，（12），51-53

[2] 张序，李兆堃，朱威.苏州古城控保建筑三维数字化研究与应用.南京：现代测绘，2012年12月

[3]杨蔚青,李永强,王阁,白丁. 三维激光扫描技术在土遗址保护中的应用——以隋唐洛阳城定鼎门遗址唐代道路遗址保护为例[j]. 中原文物,2012,04:98-101.

5. 计划与进度安排

1、2022年3月14日至2022年3月22日：

阅读相关国内外文献，学习image master软件、launch vxelements软件、geomagic软件、cyclone软件三维建模设计平台软件的使用，了解论文的研究内容，明确论文目标，弄清工作流程，完成开题报告的撰写。

2、2022年3月23日至2022年3月27日：