工艺品（貔貅）的逆向造型研究

李敏

(苏州技师学院，江苏 苏州215009)

逆向工程技术是将产品样品转化为CAD模型的相关数字化技术和几何模型重建技术的总称[1]。针对物理模型，利用3D数字化测量设备，准确、快速地获取点云数据，随后经过三维重构建模处理，以获得相应的模具及产品。逆向工程技术广泛运用于模具制造、工业设计、动漫设计、汽车行业、航空航天、医学医疗、文物考古、科研教学等领域。

逆向工程技术同样可以应用在工艺品设计生产中。以玉雕为例，传统的玉雕都是采用师傅带徒弟的手工方式加工的。加工周期长，人力成本高，生产效率低下。本文以玉雕（貔貅）的逆向造型为例，研究利用逆向工程技术进行玉雕（貔貅）设计生产以提高生产效率的可能。

1 何为逆向工程

“逆向工程”(Reverse Engineering，RE)，也称反求工程、反向工程。它是将实物转化为CAD模型相关的数字化技术，几何模型重建技术和产品制造技术的总称，是将已有产品或实物模型转化为工程设计模型和概念模型，在此基础上对已有产品进行解剖，深化和再创造的过程。

逆向工程一般可分为四个阶段：数据获取、数据处理、原型CAD模型的重建、重建CAD模型的检验与修正。

2 玉雕（貔貅）的逆向造型流程

玉雕一般都采用传统的手工雕刻方式，加工周期长，生产成本高。以图1所示的貔貅为例，玉雕师傅加工这样一个工艺品大概需要十天左右的时间，生产效率较低。对于这种造型比较常见，需要大量生产的工艺品，我们是否可以找到一种快速的加工方式呢？

本文中利用逆向工程技术来对这一问题进行研究。大致分下面几步：

（1）通过逆向工程技术得到玉雕（貔貅）的三维数字模型；

（2）对三维数字模型进行修改与再设计；

（3）将数字模型导入雕刻机加工玉雕（貔貅）；

（4）对玉雕（貔貅）的人工精雕，加工完成。

图1 玉雕（貔貅）原型

3 玉雕（貔貅）的逆向造型

3.1 玉雕（貔貅）的数据采集

图2 玉雕（貔貅）的数据采集

由于玉雕（貔貅）是由复杂的曲线曲面组成，采用非接触扫描的方式采集数据比较合适。本文中使用REV Scan手持式激光扫描仪，视扫描对象而言，扫描精度最高可达0.05mm。扫描时在玉雕（貔貅）表面喷涂反差增强剂（图2），以提高扫描数据的质量。

扫描时分两面进行，分别得到玉雕（貔貅）的正反面扫描数据（图3）。

图3 玉雕（貔貅）的扫描数据

3.2 玉雕（貔貅）的数据处理

在逆向造型软件Geomagic Studio中将正反两面数据进行拼接，得到玉雕（貔貅）的三角网格面片数据，如图4所示。经过一系列处理生成玉雕（貔貅）的CAD模型（图5）。

图4 拼接后的数据

图5 处理后的CAD模型

从图5可以看出，在逆向造型软件中生成的CAD模型很多细节部分（牙齿、胡须等）都已经不是很清楚了。这是由扫描以及逆向造型过程中不可避免的误差所引起的。实际应用中可根据需要在三维软件中对生成的CAD模型进行再设计，直至达到自己满意的效果为止。

3.3 玉雕（貔貅）的快速成型

为了快速验证玉雕（貔貅）逆向造型的直观效果，将CAD模型转化为STL格式导入快速成型机中加工。本文所选用的快速成型机是由北京殷华公司生产的GI-A快速成型机，它的成型工艺是丝状材料选择性熔融沉积(FDM)。图6所示为玉雕（貔貅）在快速成型机的加工过程。

图6 玉雕（貔貅）的快速成型加工过程

3.4 玉雕（貔貅）的加工

通过快速成型加工验证玉雕（貔貅）逆向造型结果后，可将CAD数模导入雕刻机加工玉雕（貔貅）。加工完成的玉雕产品只需玉雕师傅根据实际要求进行简单的细节修改与雕刻即可。与传统的人工雕刻相比，CAD数模导入雕刻机加工与对产品细节的简单修改耗费的时间要短很多。而玉雕大部分结构的机器加工也会极大的减少出错率，提高玉雕产品的加工效率，降低生产成本。

4 结论

本文中研究了逆向工程技术在传统工艺品加工行业的应用。通过研究我们发现，将逆向工程技术运用到玉雕行业，结合三维设计、数字加工及人工雕刻，可减小玉雕产品的加工周期，提高生产效率，降低生产成本。由此类推，逆向工程技术可以推广应用到整个工艺品行业，对缩短工艺品的设计生产周期，提高工艺品的生产效率有很好的推动作用。

［1］何叶松，杨华哲，等.逆向工程在重构髋关节骨CAD模型中的应用[J].中国医科大学基础医学院生物物理学教研室.中国医学物理学杂志，2011(01).