基于 NX?UG 逆向设计的三维建模研究

摘要：随着市场经济的迅速发展及产品更新迭代速度的加快，逆向设计技术的应用为新产品开发提供了便利。UG软件基于其强大的功能，在逆向领域设计得到广泛应用。文章阐述了使用UG软件进行逆向设计的常见思路及方法，以及设计高质量曲面产品时的注意事项。

关键词：逆向工程;UG逆向设计;产品质量控制中图法分类号：TP391

文献标识码：A

Research on 3D modeling based on NX-UG reverse design

CHEN Xiaoyun

（Guangxi Technological College of Machinery and Electricity，Nanning 530007，China）

Abstract：With the rapid development of the market economy and the accelerated iteration of product updates，the application of reverse design technology has provided convenience for new product development. Based on its powerful functions，UG software is widely used in reverse engineering. The article expounds the common ideas and methods of reverse design using UG software， and the precautions when designing high-quality curved products.

Key words： reverse engineering， UG reverse design， product quality control

逆向设计是指将已有实物模型通过三维扫描的方式采集点云，并利用相关软件对点云进行处理，快速转化成三维数字模型的反求设计方式[1]。采用逆向设计可快速完成产品建模，并可对其进行创新设计。相较于正向设计，逆向设计大大缩短了产品研发周期，因此逆向工程技术在企业产品研发中得到广泛应用。本文主要介绍了使用 NX?UG 软件做逆向设计的思路、常用方法及注意事项。

1产品建模原则

产品开发前，应先对产品进行外形分析，根据形状特征将产品表面划分为不同区域。首先，判断产品是否存在对称关系，如有对称，建模时只需画出对称部分外形，往往是二分之一，四分之一甚至是八分之一外形。其次，采用镜像命令得到整个产品实体。基于此，将大大减少逆向工程的工作量。对称外形建模时，将细节特征忽略，以去圆角的思维方式对产品拆块，分析该产品由哪几大块构成。依据每一块外形选择合适的命令。建模顺序是：先把产品主体部分构建出来，再逐个对依附主体的其他特征进行建模。建模方式基于“先简单后复杂，先实体后片体”的原则。能做实体尽量做实体，实体创建不了再考虑片体建模的形式。如图1所示，对游戏机遥控手柄逆向设计时，根据以上原则，产品对称，将手柄拆半画。首先，创建中间基体1，使用旋转命令做出。其次，依据旋转基体1，在其上面或周围构线布面，画出复杂的操控杆2和3的曲面外形。

2产品建模方法

传统建模分为实体建模和片体建模。

实体建模大多采用拉伸、旋转、扫掠等基础命令。截面形状一致，考虑选用拉伸命令;回转类零件的构建适合采用旋转的方式;扫掠则应用在截面形状一致或相似，沿引导线扫掠形成的产品外形。

片体建模即曲面建模，随着 UG 软件不断更新换代，功能越来越强大，建模手段越来越丰富。曲面实体建模的方法大部分是先对整个曲面外形进行拆面，分析整个产品或产品部分曲面区域由哪几个面组成。拆面后首先做大面（图2），大面做完后，再根据实际情况决定相邻大面之间需不需要接面，如需要接面，应在两相邻面之间裁出一段过渡距离，使用合适的方法接面。创建出来的各个面最终缝合成一体，最后倒圆角，从而完成产品建模。

2.1大面创建方式

在 NX?UG 软件中，常用的大面创建方式为“拉伸+x 型”“扫掠或变化扫掠+x 型”“网格”“快速造面+扩大+x 型”“填充曲面（内加控制线）+扩大+x 型”“刷色+拟合曲面+扩大+x 型”。不同的命令做出来面的质量不一样。使用快速造面和拟合曲面方式做出来的面属于拟合面，其特点是做面便捷、快速。STL 上直接画线或刷色即可利用命令拟合的方式成面，其缺点是面不够光顺，一般使用在对曲面质量要求不高的产品逆向设计中。

网格命令是 UG 逆向做曲面最传统的手段。首先，根据曲面外形画出曲面的边界线，如曲面形状复杂，往往需要在中间添加控制线，通过由线构面的方式做出曲面。此构面方式需要逆向设计者有一定的设计经验，会对复杂曲面进行拆面接面，曲面质量的控制取决于逆向设计者对画线位置、线型走势的控制，在构造曲线时应该尽可能仔细、精确，其相较于逆向设计而言难度较大。特别对于某些外型线看不到曲面，需要凭空绘制出大概位置线后，初步做出面外形，然后根据曲面与 STL 的贴合度不断调整线，以达到逆向设计“既顺又贴”的目的。

x 型是 UG 逆向设计里使用相对简单、构面“既顺又贴”的便利工具，通常使用在对逆向产品不需做太多调整的逆向設计里。其创建方法为利用拉伸、扫掠、填充等技术，先大概绘制出一张与逆向曲面大小相近的面，再通过 x 型命令，将做出来的面调整成与 STL 贴合度很高、符合逆向要求的曲面。该做面方法的优点是创面简单，做出来的面通过调整 UV 阶数，可构建出高质量的曲面;缺点是曲面调整时间比较长，如逆向产品后续要改动，不太方便。如需要构建高质量曲面，X 型命令里 UV 次数少于5阶，补片数取1。

2.2曲面做面顺序

曲面逆向设计顺序通常为“大面→接面→倒 R 角”，面与面相接先后顺序以圆角为导向[2]。圆角为导向的判定原则如下：（1）圆角先大后小;（2）最光顺圆角或最长圆角最后倒;（3）如果圆角相连地方太多、太长、不好倒，可以先倒一截，剩下一截做网格连接。

如图3所示，该产品为摩托车座椅，因对称关系，只须画出一半。构建时先做出①②③④⑤⑥⑦⑧大面，然后進行大面与大面之间的过渡连接。连接顺序依次为：左半边，②大面和③大面倒圆角相接，倒圆角形成的区域再与①大面倒圆角相接，④大面和⑤大面倒圆角相接，而后与①②③大面相连的区域倒圆角相接;右半边，⑦大面和⑧大面相接，然后和⑥大面倒圆角相接。左右半边各自成型后，倒圆角相接。

2.3面与面之间的过渡方式

倒圆角（边倒圆、面倒圆、样式圆角、美学圆角等）根据不同的需要选择相应的圆角命令。两面切开一定距离，再桥接曲面相接。也可用网格相接，或用艺术曲面相接。

若能采用倒圆角的方式接面，则尽量采用倒圆角来将相邻面连接。此方式连接方便、过渡自然，而且能用圆角连接，证明之前拆面合理，容易做出高质量的大面。当所做大面质量不太好，圆角倒出来质量不好，走线扭曲，甚至倒不出圆角，或者圆角变形。此时，可将圆角区域裁空，用网格接面的方式做出圆角效果。如图4的第⑨大面，用圆角过渡不好做，则可改用网格接面的方式画出来。

3产品质量评估及调整

在构建产品外观的过程中，特别是构建曲面时，我们不可能一次性将全部产品面构建达到理想的效果。其中，理想的效果指的是逆向构建的曲面光顺而且贴点。所以，我们需要不断对各个曲面进行检查以及做相应处理，把曲面调整到最佳的视觉效果。在构建曲面的过程中，应结合软件提供的检查分析工具，调点、调线、调面，把曲面调整到最优状态。在传统由线构面的方式下，面的质量取决于线的走势及位置，曲面划分越合理，走线越自然，面的质量控制得越好。

产品曲面品质是指曲面本身是否光顺以及相邻曲面的连接是否自然、过渡连续。目前，行业定义中曲面品质最高级为 A。A 级曲面满足条件如下：相邻曲面间之间隙在0.005m 以下（部分大品牌汽车厂甚至要求达到0.001mm），面之间切率变化在0.16°以下，阶次与控制点数目不多，UV 方向在5个控制点左右;一个 A 级曲面在 UV 方向必须保证曲率的连续性及变化趋势的一致性，曲面之间的连接部分至少满足曲率连续，曲率改变在0.005以下。只有符合上述标准，才能确保曲面光顺饱满，不出现视觉上的瑕疵，满足产品的外观品质需求。因此，我们在构建高质量曲面产品时，画线用曲率梳检查走线的自然程度。在产品外观要求中，面与面相接至少满足 G1的过渡要求。对于汽车、飞机或外观要求高的产品，要达到 A 级曲面的品质，即至少须达到 G2的控制要求。

4结束语

通过利用常用的三维 CAD 软件对实物进行反求造型是近年来工业产品设计和开发的趋势，通过逆向设计，可大大缩短产品设计周期，提升产品的市场竞争力。在同一款软件上对产品进行建模、分析、分模及加工，可大大降低设计出错的可能性。UG 软件基于其丰富及强大的功能模块，在设计行业占据越来越重要的地位。

参考文献：

[1]何永喜.UG 曲面设计在逆向工程中的应用[ J].辽宁经济管理干部学院（辽宁经济职业技术学院学报），2011（5）：60?61.

[2]蒋青谷.工业设计中的高质量曲面设计[ J].装备制造技术，2010（12）：59?60+65.

作者简介：

陈晓云（1978—），本科，讲师，研究方向：产品逆向设计及加工。