逆向工程軟件

比如你看到別人寫的某個exe程序能夠做出某種漂亮的動畫效果，你通過反彙編、反編譯和動態跟蹤等方法，分析出其動畫效果的實現過程，這種行為就是逆向工程；不僅僅是反編譯，而且還要推倒出設計，並且文檔化，逆向軟件工程的目的是使軟件得以維護。

反求技術包括影像反求、軟件反求及實物反求等三方面。目前相對最多人研究的是實物反求技術。它是研究實物CAD模型的重建和最終產品的製造。狹義來説，三維反求技術是將實物模型數據化成設計、概念模型，並在此基礎上對產品進行分析、修改及優化等技術。

逆向工程軟件功能通常都是集中於處理和優化密集的掃描點雲以生成更規則的結果點雲，通過規則的點雲可以應用於快速成型，也可以根據這些規則的點雲構建出最終的NURBS曲面以輸入到CAD軟件進行後續的結構和功能設計工作。

目前主流應用的四大逆向工程軟件：Imageware、Geomagic Studio、CopyCAD、RapidForm。

Imageware 由美國 EDS 公司出品，是最著名的逆向工程軟件，正被廣泛應用於汽車、航空、航天、消費家電、模具、計算機零部件等設計與製造領域。該軟件擁有廣大的用户羣，國外有 BMW、Boeing、GM、Chrysler、Ford、raytheon、Toyota 等著名國際大公司，國內則有上海大眾、上海交大、上海 DELPHI、成都飛機制造公司等大企業。

以前該軟件主要被應用於航空航天和汽車工業，因為這兩個領域對空氣動力學性能要求很高，在產品開發的開始階段就要認真考慮空氣動力性。常規的設計流程首先根據工業造型需要設計出結構，製作出油泥模型之後將其送到風洞實驗室去測量空氣動力學性能，然後再根據實驗結果對模型進行反覆修改直到獲得滿意結果為止，如此所得到的最終油泥模型才是符合需要的模型。如何將油泥模型的外形精確地輸入計算機成為電子模型，這就需要採用逆向工程軟件。首先利用三座標測量儀器測出模型表面點陣數據，然後利用逆向工程軟件(例如：Imageware surfacer)進行處理即可獲得 class 1 曲面。

隨着科學技術的進步和消費水平的不斷提高，其它許多行業也開始紛紛採用逆向工程軟件進行產品設計。以微軟公司生產的鼠標器為例，就其功能而言，只需要有三個按鍵就可以滿足使用需要，但是，怎樣才能讓鼠標器的手感最好，而且經過長時間使用也不易產生疲勞感卻是生產廠商需要認真考慮的問題。因此微軟公司首先根據人體工程學製作了幾個模型並交給使用者評估，然後根據評估意見對模型直接進行修改，直至修改到大家都滿意為止，最後再將模型數據利用逆向工程軟件 Imageware 生成 CAD 數據。當產品推向市場後，由於外觀新穎、曲線流暢，再加上手感也很好，符合人體工程學原理，產品的市場佔有率大幅度上升。

Imageware 逆向工程軟件的主要產品有：

Surfacer——逆向工程工具和 class 1 曲面生成工具

Verdict——對測量數據和CAD數據進行對比評估

Build it——提供實時測量能力，驗證產品的製造性

RPM——生成快速成型數據

View——功能與 Verdict 相似，主要用於提供三維報告

它的版本順序是:

.....

.....

surfacer V9

surfacer V10 /10.5/10.6

Freeform 8m3

Imageware V9

Imageware V10/10.1

Imageware V11/11.1

Imageware V12.0

Imageware 採用 NURB 技術，軟件功能強大，易於應用。Imageware 對硬件要求不高，可運行於各種平台：UNIX 工作站、PC 機均可，操作系統可以是 UNIX、NT、Windows95 及其它平台。

Imageware 由於在逆向工程方面具有技術先進性，產品一經推出就佔領了很大市場分額，軟件收益正以 47% 的年速率快速增長。

Imageware 處理數據的流程遵循點——曲線——曲面原則，流程簡單清晰，軟件易於使用。其流程如下

1、點過程

讀入點陣數據。

Imageware 可以接收幾乎所有的三座標測量數據，此外還可以接收其它格式，例如：STL、VDA 等。

將分離的點陣對齊在一起(如果需要)。

有時候由於零件形狀複雜，一次掃描無法獲得全部的數據，或是零件較大無法一次掃描完成，這就需要移動或旋轉零件，這樣會得到很多單獨的點陣。Imageware可以利用諸如圓柱面、球面、平面等特殊的點信息將點陣準確對齊。

對點陣進行判斷，去除噪音點(即測量誤差點)。

由於受到測量工具及測量方式的限制，有時會出現一些噪音點，Imageware有很多工具來對點陣進行判斷並去掉噪音點，以保證結果的準確性。

通過可視化點陣觀察和判斷，規劃如何創建曲面。

一個零件，是由很多單獨的曲面構成，對於每一個曲面，可根據特性判斷用用什麼方式來構成。例如，如果曲面可以直接由點的網格生成，就可以考慮直接採用這一片點陣；如果曲面需要採用多段曲線蒙皮，就可以考慮截取點的分段。提前作出規劃可以避免以後走彎路。

根據需要創建點的網格或點的分段。

Imageware能提供很多種生成點的網格和點的分段工具，這些工具使用起來靈活方便，還可以一次生成多個點的分段。

2、曲線創建過程

判斷和決定生成哪種類型的曲線。

曲線可以是精確通過點陣的、也可以是很光順的(捕捉點陣代表的曲線主要形狀)，或介於兩者之間。

創建曲線。

根據需要創建曲線，可以改變控制點的數目來調整曲線。控制點增多則形狀吻合度好，控制點減少則曲線較為光順。

診斷和修改曲線。

可以通過曲線的曲率來判斷曲線的光順性，可以檢查曲線與點陣的吻合性，還可以改變曲線與其它曲線的連續性(連接、相切、曲率連續)。Imageware提供很多工具來調整和修改曲線。

3、曲面創建過程

決定生成那種曲面。

同曲線一樣，可以考慮生成更準確的曲面、更光順的曲面(例如 class 1 曲面)，或兩者兼顧，可根據產品設計需要來決定。 .

創建曲面。

創建曲面的方法很多，可以用點陣直接生成曲面(Fit free form)，可以用曲線通過蒙皮、掃掠、四個邊界線等方法生成曲面，也可以結合點陣和曲線的信息來創建曲面。還可以通過其它例如園角、過橋面等生成曲面。

診斷和修改曲面。

比較曲面與點陣的吻合程度，檢查曲面的光順性及與其它曲面的連續性，同時可以進行修改，例如可以讓曲面與點陣對齊，可以調整曲面的控制點讓曲面更光順，或對曲面進行重構等處理。

正是由於 Imageware 在計算機輔助曲面檢查、曲面造型及快速樣件等方面具有其它軟件無可匹敵的強大功能，使它當之無愧的成為逆向工程領域的領導者。

由美國 Raindrop (雨滴)公司出品的逆向工程和三維檢測軟件 Geomagic Studio 可輕易地從掃描所得的點雲數據創建出的多邊形模型和網格，並可自動轉換為 NURBS 曲面。該軟件也是除了 Imageware 以外應用最為廣泛的逆向工程軟件。

Geomagic Studio 主要包括 Qualify、Shape、Wrap、Decimate、Capture 五個模塊。主要功能包括：

自動將點雲數據轉換為多邊形(Polygons)

快速減少多邊形數目(Decimate)

把多邊形轉換為 NURBS 曲面

曲面分析(公差分析等)

輸出與 CAD/CAM/CAE 匹配的文件格式(IGS、STL、DXF等)

1.從CAD數模得到的產品模型

2.將CAD模型讀入 Geomagic Studio

3.CAD 設計模型與從實際模型掃描所得的點雲數據(不同座標系)

4.掃描數據與CAD模型的自動對合

5.掃描數據與CAD模型的自動對齊

6.誤差以彩色圖形直觀顯示

7.用户可標出任意點誤差

8. Qualify 的結果可以輸出為 HTML 格式

CopyCAD 是由英國 DELCAM 公司出品的功能強大的逆向工程系統軟件，它能允許從已存在的零件或實體模型中產生三維CAD模型。該軟件為來自數字化數據的 CAD 曲面的產生提供了複雜的工具。CopyCAD 能夠接受來自座標測量機牀的數據，同時跟蹤機牀和激光掃描器。

CopyCAD 簡單的用户界面允許用户在儘可能短的時間內進行生產，並且能夠快速掌握其功能，即使對於初次使用者也能做到這點。使用 CopyCAD 的用户將能夠快速編輯數字化數據，產生具有高質量的複雜曲面。該軟件系統可以完全控制曲面邊界的選取，然後根據設定的公差能夠自動產生光滑的多塊曲面 ，同時，CopyCAD 還能夠確保在連接曲面之間的正切的連續性。

該軟件的主要功能如下：

數字化點數據輸入

DUCT 圖形和三角模型文件

CNC 座標測量機牀

分隔的 ASCII 碼和 NC 文件

激光掃描器、三維掃描器和 SCANTRON

PC ArtCAM

Renishaw MOD 文件

點操作

能夠進行相加、相減、刪除、移動以及點的隱藏和標記等點編輯

能夠為測量探針大小對模型的三維偏置進行補償

能夠進行模型的轉換、縮放、旋轉和鏡像等模型轉換

能夠對平面、多邊形或其它模型進行模型裁剪

在用户定義的公差和選項內的數字化模型的三角測量，包括：

① 原始的——法線設置

② 尖鋭——尖鋭特徵強化

③ 特徵匹配——來自點法線數據的特徵

④ 關閉三角測量——為了快速繪圖可以關閉模型

特徵線的產生

邊界——轉換模型外邊緣為特徵線

間斷——為找到簡單的特徵(如凸出和凹下)而探測數據裏的尖鋭邊緣能夠轉換數字化掃描線為特徵線

輸入的數據——能夠從點文件中摘錄多線條和樣條曲線

曲面構造

通過在三角測量模型上跟蹤直線產生多樣化曲面

在連接的曲面之間，用已存在的曲面定義帶有選項的正切連續性的邊界

使用特徵線指導和加快曲面定義

曲面錯誤檢查

比較曲面與數字化點數據

報告最大限、中間值和標準值的錯誤背離

錯誤圖形形象地顯示變化

輸出

IGES、CADDS4X

TL ASCII 碼和二進制

DUCT 圖形、三角模型和曲面分隔的

ASCII 碼

RapidForm 是韓國 INUS 公司出品的全球四大逆向工程軟件之一，RapidForm 提供了新一代運算模式，可實時將點雲數據運算出無接縫的多邊形曲面，使它成為 3D Scan 後處理之最佳化的接口。RapidForm 也將使您的工作效率提升，使 3D 掃描設備的運用範圍擴大，改善掃描品質。

多點雲數據管理介面

高級光學 3D 掃描儀會產生大量的數據(可達 100,000 ～ 200,000點)，由於數據非常龐大，因此需要昂貴的電腦硬件才可以運算，現在 RapidForm 提供記憶管理技術(使用更少的系統資源)可縮短您處理數據的時間。

多點雲處理技術

可以迅速處理龐大的點雲數據，不論是稀疏的點雲還是跳點都可以輕易地轉換成非常好的點雲， RapidForm 提供過濾點雲工具以及分析表面偏差的技術來消除 3D 掃描儀所產生的不良點雲。

快速點雲轉換成多邊形曲面的計算法

在所有逆向工程軟件中，RapidForm 提供一個特別的計算技術，針對 3D 及 2D 處理是同類型計算，軟件提供了一個最快最可靠的計算方法，可以將點雲快速計算出多邊形曲面。RapidForm 能處理無順序排列的點數據以及有順序排列的點數據。

彩色點雲數據處理

RapidForm 支持彩色 3D 掃描儀，可以生成最佳化的多邊形，並將顏色信息映像在多邊形模型中。在曲面設計過程中，顏色信息將完整保存，也可以運用 RP 成型機製作出有顏色信息的模型。RapidForm 也提供上色功能，通過實時上色編輯工具，使用者可以直接對模型編輯自己喜歡的顏色。

點雲合併功能

多個點掃描數據有可能經手動方式將特殊的點雲加以合併，當然，RapidForm 也提供一技術，使用者可以方便地對點雲數據進行各種各樣的合併。

注：Roland 模具加工機隨機所附的 PixForm 軟件為 RapidForm 的 OEM 軟件。 ^[1] 

RapidformXO Redesign允許工程師捕捉實際物體的設計意圖和設計參數，這些東西可能在製造過程中失去他們的定義特徵或根本沒有CAD模型。三維掃描技術和RapidformXO Redesign給製造者提供了抽取實際物體的設計參數的自由和彈性，這包括了稜柱特徵和自由曲面。因為RapidformXO Redesign裏生成的CAD模型是完全參數化的，設計者和工程師可以在RapidformXO Redesign或另一個下游CAD系統中修改實際物體的設計參數，從而完善這個模型，使它能被批量生產。

RapidformXO Redesign是一個創新的軟件方案，它能夠幫助工程師利用3D掃描資料和多邊形資料創作出參量CAD立體圖。XOR使用的是標準立體和平面造型工作流程和工程師所熟悉的用户界面，因而這種軟件方案只需要很少的培訓，並且還能夠降低處理3D掃描資料所需要的時間，它還能製作出使用當今工程軟件所無法制作的最高質量的產品。任何人，只要會使用SolidWorks, CATIA, Pro/ENGINEER 或Unigraphics都可以開始馬上使用XOR進行造型處理。