逆向工程

軟件逆向工程有多種實現(xiàn)方法，主要有三：

1.分析通過信息交換所得的觀察。

最常用于協(xié)議逆向工程，涉及使用總線分析器和數(shù)據(jù)包嗅探器。在接入計算機總線或網(wǎng)絡(luò)的連接，并成功截取通信數(shù)據(jù)后，可以對總線或網(wǎng)絡(luò)行為進行分析，以制造出擁有相同行為的通信實現(xiàn)。此法特別適用于設(shè)備驅(qū)動程序的逆向工程。有時，由硬件制造商特意所做的工具，如JTAG端口或各種調(diào)試工具，也有助于嵌入式系統(tǒng)的逆向工程。對于微軟的Windows系統(tǒng)，受歡迎的底層調(diào)試器有SoftICE。

2.反匯編，即使用反匯編器，把程序的原始機器碼，翻譯成較便于閱讀理解的匯編代碼。這適用于任何的計算機程序，對不熟悉機器碼的人特別有用。流行的相關(guān)工具有OllyDebug和IDA。

3.反編譯，即使用反編譯器，嘗試從程序的機器碼或字節(jié)碼，重現(xiàn)高級語言形式的源代碼。

逆向工程能在擁有現(xiàn)有物理部件之上，利用激光掃描儀、結(jié)構(gòu)光源轉(zhuǎn)換儀或X射線斷層成像之類3D掃描儀技術(shù)進行尺寸測量，再通過CAD、CAM、CAE或其他軟件構(gòu)筑3D虛擬模型的方法。逆向工程經(jīng)常被用于軍事上，在二戰(zhàn)和冷戰(zhàn)中經(jīng)常被用到。

隨著計算機輔助設(shè)計的流行，逆向工程變成了一種能根據(jù)現(xiàn)有的物理部件通過CAD、CAM、CAE或其他軟件構(gòu)筑3D虛擬模型的方法。逆向工程的過程采用了通過丈量實際物體的尺寸并將其制作成3D模型的方法，真實的對象可以通過如CMMs，激光掃描儀，結(jié)構(gòu)光源轉(zhuǎn)換儀或者X射線斷層成像這些3D掃描技術(shù)進行尺寸測量。這些測量數(shù)據(jù)通常被認作是點集，缺乏拓撲信息并且同時通常會被制作成更有用格式，例如多邊形網(wǎng)格，NURBS曲線或者CAD模型。由于頂點云本身并不像3D軟件里的模型那樣直觀，所以如同3-matic、Imageware、PolyWorks、Rapidform或者Geomagic，這些軟件都提供了將頂點云變成能可視圖像或者被其他應(yīng)用軟件，如3D CAD、CAM、CAE識別的格式的功能。

逆向工程同時會被需要將真實的幾何體應(yīng)用在虛擬的數(shù)字開發(fā)環(huán)境中的商業(yè)活動中應(yīng)用，比如將自己產(chǎn)品或者競爭者的三維數(shù)據(jù)數(shù)字化。通過這種手段可以分析出產(chǎn)品的運作方式，部件構(gòu)成，估計預(yù)算和識別潛在的侵權(quán)行為等。

價值工程也是商業(yè)中應(yīng)用的類似手段。不過價值工程的目的是通過反構(gòu)造和分析產(chǎn)品來找到節(jié)省開銷的辦法。

需要逆向工程的原因如下：

●接口設(shè)計。由于互操作性，逆向工程被用來找出系統(tǒng)之間的協(xié)作協(xié)議。

●軍事或商業(yè)機密。竊取敵人或競爭對手的最新研究或產(chǎn)品原型。

●改善文檔。當原有的文檔有不充分處，又當系統(tǒng)被更新而原設(shè)計人員不在時，逆向工程被用來獲取所需數(shù)據(jù)，以補充說明或了解系統(tǒng)的最新狀態(tài)。

●軟件升級或更新。出于功能、合規(guī)、安全等需求更改，逆向工程被用來了解現(xiàn)有或遺留軟件系統(tǒng)，以評估更新或移植系統(tǒng)所需的工作。

●制造沒有許可/未授權(quán)的副本。

●學術(shù)/學習目的。

●去除復(fù)制保護和偽裝的登錄權(quán)限。

●文件丟失：采取逆向工程的情況往往是在某一個特殊設(shè)備的文件已經(jīng)丟失了（或者根本就沒有），同時又找不到工程的負責人。完整的系統(tǒng)時常需要基于陳舊的系統(tǒng)上進行再設(shè)計，這就意味著想要集成原有的功能進行項目的唯一方法，便是采用逆向工程的方法，分析已有的碎片進行再設(shè)計。

●產(chǎn)品分析：用于調(diào)查產(chǎn)品的運作方式，部件構(gòu)成，估計預(yù)算，識別潛在的侵權(quán)行為。

●制作游戲外掛：通過逆向工程了解游戲運行機制，進而繞過保護機制并通過修改內(nèi)存數(shù)值、修改內(nèi)存中的代碼、調(diào)用內(nèi)部函數(shù)等方式來實現(xiàn)外掛功能。

逆向工程被廣泛地應(yīng)用到新產(chǎn)品開發(fā)和產(chǎn)品改型設(shè)計、產(chǎn)品仿制、質(zhì)量分析檢測等領(lǐng)域，它的作用是：

1、縮短產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)周期，加快產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度；

2、降低企業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品的成本與風險；

3、加快產(chǎn)品的造型和系列化的設(shè)計；

4、適合單件、小批量的零件制造，特別是模具的制造，可分為直接制模與間接制模法。直接制模法：基于RP技術(shù)的快速直接制模法是將模具CAD的結(jié)果由RP系統(tǒng)直接制造成型。該法既不需用RP系統(tǒng)制作樣件，也不依賴傳統(tǒng)的模具制造工藝，對金屬模具制造而言尤為快捷，是一種極具開發(fā)前景的制模方法；間接制模法：間接制模法是利用RP技術(shù)制造產(chǎn)品零件原型，以原型作為母模、模芯或制模工具(研磨模)，再與傳統(tǒng)的制模工藝相結(jié)合，制造出所需模具。

逆向工程（又名反向工程，Reverse Engineering-RE）是對產(chǎn)品設(shè)計過程的一種描述。在2007年初，我國相關(guān)的法律為逆向工程正名，承認了逆向技術(shù)用于學習研究的合法性。

在工程技術(shù)人員的一般概念中，產(chǎn)品設(shè)計過程是一個從設(shè)計到產(chǎn)品的過程，即設(shè)計人員首先在大腦中構(gòu)思產(chǎn)品的外形、性能和大致的技術(shù)參數(shù)等，然后在詳細設(shè)計階段完成各類數(shù)據(jù)模型，最終將這個模型轉(zhuǎn)入到研發(fā)流程中，完成產(chǎn)品的整個設(shè)計研發(fā)周期。這樣的產(chǎn)品設(shè)計過程我們稱為“正向設(shè)計”過程。逆向工程產(chǎn)品設(shè)計可以認為是一個從產(chǎn)品到設(shè)計的過程。簡單地說，逆向工程產(chǎn)品設(shè)計就是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品，反向推出產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)（包括各類設(shè)計圖或數(shù)據(jù)模型）的過程。從這個意義上說，逆向工程在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用已經(jīng)很久了。比如早期的船舶工業(yè)中常用的船體放樣設(shè)計就是逆向工程的很好實例。

隨著計算機技術(shù)在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，特別是軟件開發(fā)技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于某個軟件，以反匯編閱讀源碼的方式去推斷其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、體系結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計信息成為軟件逆向工程技術(shù)關(guān)注的主要對象。軟件逆向技術(shù)的目的是用來研究和學習先進的技術(shù)，特別是當手里沒有合適的文檔資料，而你又很需要實現(xiàn)某個軟件的功能的時候。也正因為這樣，很多軟件為了壟斷技術(shù)，在軟件安裝之前，要求用戶同意不去逆向研究。

逆向工程的實施過程是多領(lǐng)域、多學科的協(xié)同過程。

比較流行的逆向工程技術(shù)便是PCB抄板與芯片解密了。PCB抄板，又稱為電路板抄板，電路板克隆、復(fù)制，PCB逆向設(shè)計或PCB反向研發(fā)，即在已經(jīng)有電子產(chǎn)品實物和電路板實物的前提下，利用反向研發(fā)技術(shù)手段對電路板進行逆向解析，將原有產(chǎn)品的PCB文件、物料清單(BOM)文件、原理圖文件等技術(shù)文件以及PCB絲印生產(chǎn)文件進行1：1的還原，然后再利用這些技術(shù)文件和生產(chǎn)文件進行PCB制板、元器件焊接、飛針測試、電路板調(diào)試，完成原電路板樣板的完整復(fù)制。芯片解密，又稱為IC解密，單片機解密，就是通過一定的設(shè)備和方法，直接得到加密單片機中的燒寫文件，可以自己復(fù)制燒寫芯片或反匯編后自己參考研究。單片機攻擊者借助專用設(shè)備或者自制設(shè)備，利用單片機芯片設(shè)計上的漏洞或軟件缺陷，通過多種技術(shù)手段，從芯片中提取關(guān)鍵有用信息，獲取單片機內(nèi)程序，這就叫芯片解密。

逆向工程研究發(fā)展

研究

1980年始歐美國家許多學校及工業(yè)界開始注意逆向工程這塊領(lǐng)域。1990年初期包括臺灣在內(nèi)，各國學術(shù)界團隊大量投入逆向工程的研究并發(fā)表成果。 逆向工程的硬件最早是運用仿制加工設(shè)備，制作出來的成品品質(zhì)粗糙。后來有接觸式掃瞄設(shè)備，運用探針接觸工件取得產(chǎn)品外型。再來進一步開發(fā)非接觸式設(shè)備，運用照相或激光技術(shù)，計算光線反射回來的時間取得距離。

逆向工程軟件部分品牌包括Surfacer(Imageware)、ICEM、CopyCAD、Rapid Form等。逆向軟件的演進約略可區(qū)分為三個階段。十一年前在逆向工程上，只能運用CATIA等CAD/CAM高階曲面系統(tǒng)。市場發(fā)展出兩套主流產(chǎn)品技術(shù)日漸成熟，廣為業(yè)界引用。發(fā)展出不同以往的逆向工程數(shù)學邏輯運算，速度快。

發(fā)展

逆向工程在臺灣的發(fā)展軌跡持續(xù)在進行，工研院曾寫過一套逆向工程軟件，學術(shù)界不少研究團隊也將逆向工程領(lǐng)域作為研究主題，開發(fā)出具不同功能的系統(tǒng)軟件，但是最后這些軟件都沒有真正落實到產(chǎn)業(yè)界應(yīng)用。工研院的團隊后來也結(jié)束逆向工程研究，轉(zhuǎn)而開發(fā)其它主題。原有的研發(fā)成果后繼無人，殊為可惜。

1998年，NEWPOWER啟動了逆向工程的一些項目，要求是把客戶的現(xiàn)有源代碼轉(zhuǎn)變成設(shè)計， 如果需要的話，進一步轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品需求規(guī)約。這恰恰與類似于V模型的標準開發(fā)過程模型相逆。這樣一來，客戶就可以容易地維護他們的產(chǎn)品（需求，設(shè)計，源代碼等等），而不需要想以前那樣，每次改動產(chǎn)品都需要直接修改源代碼。

是指從實物上采集大量的三維坐標點，并由此建立該物體的幾何模型，進而開發(fā)出同類產(chǎn)品的先進技術(shù)。逆向工程與一般的設(shè)計制造過程相反，是先有實物后有模型。仿形加工就是一種典型的逆向工程應(yīng)用。逆向工程，逆向工程的應(yīng)用已從單純的技巧性手工操作，發(fā)展到采用先進的計算機及測量設(shè)備，進行設(shè)計、分析、制造等活動，如獲取修模后的模具形狀、分析實物模型、基于現(xiàn)有產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計、快速仿形制造等。

通俗說，從某種意義上說，逆向工程就是仿造。這里的前提是默認我們傳統(tǒng)的設(shè)計制造為“正向工程（當然，沒有這種說法）”。

軟件的逆向工程是分析程序，力圖在比源代碼更高抽象層次上建立程序的表示過程，逆向工程是設(shè)計的恢復(fù)過程。逆向工程工具可以從已存在的程序中抽取數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、體系結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計信息。

逆向工程系統(tǒng)

研究或應(yīng)用中的系統(tǒng)可分以下幾類：

(1)針對具體應(yīng)用開發(fā)的系統(tǒng)開發(fā)了一種針對機械零件識別的逆向工程系統(tǒng)，此系統(tǒng)只能識別由平面組成的零件。開發(fā)了基于微機的逆向工程系統(tǒng)主要用于仿制空軍部門淘汰的零件。

(2)專用曲面擬合軟件系統(tǒng)曲面擬合是逆向工程的關(guān)鍵過程，開發(fā)了擬合3D激光掃描數(shù)據(jù)的軟件包，數(shù)據(jù)點被交互的劃分區(qū)域，擬合曲面輸入通用CAD系統(tǒng)進行相交、延伸、過渡、建立完整的CAD模型。此系統(tǒng)只處理標準的二次曲面。

(3)與商用CAD系統(tǒng)的結(jié)合有些系統(tǒng)直接把數(shù)字化系統(tǒng)與商用CAD系統(tǒng)結(jié)合，Kwok開發(fā)的系統(tǒng)將CMM與AutoCAD結(jié)合起來，每測一個點的坐標，自動轉(zhuǎn)化為IGES格式，系統(tǒng)具有實時可視化功能。

(4)測量與擬合的集成

以上系統(tǒng)中數(shù)字化與曲面擬合是兩個分離的過程，為了提高測量精度，用擬合結(jié)果指導(dǎo)測量，減少測量數(shù)據(jù)，出現(xiàn)了測量與擬合的集成系統(tǒng)。Liang-Chia提出的集成系統(tǒng)，首先由用戶交互地劃分測量邊界，每個面片的測量中實時進行B2樣條曲面擬合，用擬合結(jié)果進行下一個測量點的位置預(yù)測，用實測值與預(yù)測值的誤差控制測量精度和擬合精度。

(5)與快速原形制造的結(jié)合

縮短產(chǎn)品制造的周期是逆向工程的目的之一，出現(xiàn)了數(shù)字化系統(tǒng)直接用子制造的逆向工程與快速制造的集成系統(tǒng)，Jones C開發(fā)了由激光掃描結(jié)果產(chǎn)生螺旋線數(shù)控加工路徑的系統(tǒng)。

逆向工程關(guān)鍵技術(shù)

當前使用的逆向工程系統(tǒng)存在以下不足之處：

(1)大多數(shù)系統(tǒng)是針對具體的應(yīng)用而開發(fā)，數(shù)據(jù)處理往往針對特定的測量設(shè)備、測量對象，通用性差。

(2)曲面擬合系統(tǒng)大多是對于代數(shù)二次曲面，對自由曲面，特別是由大數(shù)據(jù)量散亂點擬合自由曲面，系統(tǒng)一般沒有此功能

(3)數(shù)據(jù)區(qū)域分割往往要交互操作，降低了CAD建模的速度，自動化程度低；

(4)系統(tǒng)集成化程度低，有些系統(tǒng)只側(cè)重與曲面的擬合，有些系統(tǒng)只側(cè)重于與特定制造技術(shù)的結(jié)合，系統(tǒng)只包含簡單幾何數(shù)據(jù)，不符合現(xiàn)代設(shè)計制造的并行思想。

3.2發(fā)展方向及關(guān)鍵技術(shù)

幾何建模是逆向工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時也是影響逆向工程速度的瓶頸問題，因此，提高逆向工程幾何建模的自動化程度和通用性是逆向工程研究的一個重點方向。這是一種逆向工程幾何建模自動化系統(tǒng)，具有體現(xiàn)設(shè)計意圖的特征建模的特點，數(shù)據(jù)點的組織方式不限，輸出的B-rep模型與現(xiàn)有商用CAD系統(tǒng)完全兼容。系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于特征的自動提取、組合自由曲面的光滑連接。

提高系統(tǒng)的集成性，有些情況CAD 模型并不是必需的，或者為了最快的制造產(chǎn)品，需要數(shù)字化系統(tǒng)與CMM 的直接結(jié)合；另外，有些產(chǎn)品(例如注塑模、注塑件的設(shè)計)需要多次進行CAE 分析，由數(shù)據(jù)點直接產(chǎn)生CAE 模型，可極大地提高產(chǎn)品的設(shè)計、分析過程，在上一節(jié)已有一些集成系統(tǒng)的應(yīng)用實例，大多是根據(jù)具體情況的部分集成，邢淵提出了完整的逆向工程集成系統(tǒng)框架，具有CAD、CAE、CAM 多個數(shù)據(jù)接口，采用了面向?qū)ο蟮募煞椒?。關(guān)鍵技術(shù)是通用、開放的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。

三坐標測量可分為接觸式測量和非接觸式測量兩大類。接觸式測量方法通過傳感測量頭與樣件的接觸而記錄樣件表面的坐標位置，可以細分為點觸發(fā)式和連續(xù)式數(shù)據(jù)采集方法。對于航空航天、汽車等行業(yè)，大型樣件的測量一般可以選用接觸式測量，以滿足精度要求。因為，接觸式測量中的點觸發(fā)式測量可以通過人為規(guī)劃，使得在大曲率或曲率變化劇烈的區(qū)域獲得較多的測量點，而在相對平坦的區(qū)域則可以測量較少的點。結(jié)合造型方法，人工對被測物體進行區(qū)域規(guī)劃，測量對物體形狀起關(guān)鍵作用的特征線和曲線網(wǎng)格，數(shù)據(jù)點可以根據(jù)需要組織成模型重建軟件所需要的形式，然后根據(jù)特征線及曲線網(wǎng)格重建物體的CAD模型，減少了數(shù)據(jù)處理的難度和工作量。其唯一的缺點是測量效率較低。

非接觸式測量方法主要是基于光學、聲學、磁學等領(lǐng)域中的基本原理，將一定的物理模擬量通過適當?shù)乃惴ㄞD(zhuǎn)化為樣件表面的坐標點。例如：聲納測量儀利用聲音遇到被測物體產(chǎn)生回聲的時間計算點與聲源間的距離；激光測距法是將激光束的飛行時間轉(zhuǎn)化為被測點與參考平面間的距離。非接觸式測量使測量效率得到了極大提高，某些光學測量機可以在數(shù)秒鐘內(nèi)得到幾十萬個數(shù)據(jù)點，因而在測量過程中可以大大減少人工測量規(guī)劃，在整個樣件表面快速采集大量的密集點集。由于操作簡便，以激光測距法為代表的非接觸式測量技術(shù)近兩年來，發(fā)展迅速，應(yīng)用普及面越來越廣。不過，非接觸測量獲得的海量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量非常龐大，常有幾十萬、上百萬，甚至更多。必須配合較強功能的逆向軟件和高性能的計算機設(shè)備，才能順利使用。不過，根據(jù)摩爾定律，計算機硬件的性能迅速提高，軟件技術(shù)也今非昔比，基于光學的非接觸式測量方法和三坐標測量設(shè)備在逆向工程中得到了更為廣泛的應(yīng)用。

Imageware

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(yīng)用于汽車、航空、航天、消費家電、模具、計算機零部件等設(shè)計與制造領(lǐng)域。該軟件擁有廣大的用戶群，國外有 BMW、Boeing、GM、Chrysler、Ford、raytheon、Toyota 等著名國際大公司，國內(nèi)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(yè)。

以前該軟件主要被應(yīng)用于航空航天和汽車工業(yè)，因為這兩個領(lǐng)域?qū)諝鈩恿W性能要求很高，在產(chǎn)品開發(fā)的開始階段就要認真考慮空氣動力性。常規(guī)的設(shè)計流程首先根據(jù)工業(yè)造型需要設(shè)計出結(jié)構(gòu)，制作出油泥模型之后將其送到風洞實驗室去測量空氣動力學性能，然后再根據(jù)實驗結(jié)果對模型進行反復(fù)修改直到獲得滿意結(jié)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，這就需要采用逆向工程軟件。首先利用三坐標測量儀器測出模型表面點陣數(shù)據(jù)，然后利用逆向工程軟件(例如：Imageware surfacer)進行處理即可獲得 class 1 曲面。

隨著科學技術(shù)的進步和消費水平的不斷提高，其它許多行業(yè)也開始紛紛采用逆向工程軟件進行產(chǎn)品設(shè)計。以微軟公司生產(chǎn)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(jīng)過長時間使用也不易產(chǎn)生疲勞感卻是生產(chǎn)廠商需要認真考慮的問題。因此微軟公司首先根據(jù)人體工程學制作了幾個模型并交給使用者評估，然后根據(jù)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，最后再將模型數(shù)據(jù)利用逆向工程軟件 Imageware 生成 CAD 數(shù)據(jù)。當產(chǎn)品推向市場后，由于外觀新穎、曲線流暢，再加上手感也很好，符合人體工程學原理，因而迅速獲得用戶的廣泛認可，產(chǎn)品的市場占有率大幅度上升。

Imageware 逆向工程軟件的主要產(chǎn)品有：

Surfacer——逆向工程工具和 class 1 曲面生成工具

Verdict——對測量數(shù)據(jù)和CAD數(shù)據(jù)進行對比評估

Build it——提供實時測量能力，驗證產(chǎn)品的制造性

RPM——生成快速成型數(shù)據(jù)

View——功能與 Verdict 相似，主要用于提供三維報告

Imageware 采用 NURBS技術(shù)，軟件功能強大，易于應(yīng)用。Imageware 對硬件要求不高，可運行于各種平臺：UNIX 工作站、PC 機均可，操作系統(tǒng)可以是 UNIX、NT、Windows95 及其它平臺。

Imageware 由于在逆向工程方面具有技術(shù)先進性，產(chǎn)品一經(jīng)推出就占領(lǐng)了很大市場分額，軟件收益正以 47% 的年速率快速增長。

Surfacer 是 Imageware 的主要產(chǎn)品，主要用來做逆向工程，它處理數(shù)據(jù)的流程遵循點——曲線——曲面原則，流程簡單清晰，軟件易于使用。其流程如下：

一、點過程

讀入點陣數(shù)據(jù)。

Surfacer 可以接收幾乎所有的三坐標測量數(shù)據(jù)，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)。

有時候由于零件形狀復(fù)雜，一次掃描無法獲得全部的數(shù)據(jù)，或是零件較大無法一次掃描完成，這就需要移動或旋轉(zhuǎn)零件，這樣會得到很多單獨的點陣。Surfacer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)。

由于受到測量工具及測量方式的限制，有時會出現(xiàn)一些噪音點，Surfacer 有很多工具來對點陣進行判斷并去掉噪音點，以保證結(jié)果的準確性。

通過可視化點陣觀察和判斷，規(guī)劃如何創(chuàng)建曲面。

一個零件，是由很多單獨的曲面構(gòu)成，對于每一個曲面，可根據(jù)特性判斷用用什么方式來構(gòu)成。例如，如果曲面可以直接由點的網(wǎng)格生成，就可以考慮直接采用這一片點陣；如果曲面需要采用多段曲線蒙皮，就可以考慮截取點的分段。提前作出規(guī)劃可以避免以后走彎路。

根據(jù)需要創(chuàng)建點的網(wǎng)格或點的分段。

Surfacer 能提供很多種生成點的網(wǎng)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。

二、曲線創(chuàng)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)，或介于兩者之間。

創(chuàng)建曲線。

根據(jù)需要創(chuàng)建曲線，可以改變控制點的數(shù)目來調(diào)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(xù)性(連接、相切、曲率連續(xù))。Surfacer 提供很多工具來調(diào)整和修改曲線。

三、曲面創(chuàng)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(jù)產(chǎn)品設(shè)計需要來決定。

創(chuàng)建曲面。

創(chuàng)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(jié)合點陣和曲線的信息來創(chuàng)建曲面。還可以通過其它例如圓角、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(xù)性，同時可以進行修改，例如可以讓曲面與點陣對齊，可以調(diào)整曲面的控制點讓曲面更光順，或?qū)η孢M行重構(gòu)等處理。

英國 Triumph Motorcycles 有限公司的設(shè)計工程師 Chris Chatburn 說：“利用 Surfacer 我們可以在更短的時間內(nèi)完成更多的設(shè)計循環(huán)次數(shù)，這樣可以讓我們減少 50% 的設(shè)計時間?！?

最新發(fā)布的 Surfacer 10.6 軟件將以下工作流程的高性能工具完整的集成到一起：

【彈性的曲面創(chuàng)建工具】：可以在一個彈性的設(shè)計環(huán)境里非常方便的直接從曲線、曲面、或測量數(shù)據(jù)創(chuàng)建曲面，支持貝茨爾(Bezier)和非均勻有理 B 樣條(NURBS)曲面兩種方法。用戶可以選擇適合的曲面方法，通過結(jié)合兩種方法的優(yōu)點來獲益。

【動態(tài)的曲面修改工具】：允許用戶在交互的方式下試探設(shè)計主題，立刻就可以看到是否美觀和思路是否符合工程觀念。設(shè)計、工程分析、制造的標準都通過精心的構(gòu)造過程考慮進去，所以當每次修改曲面時不需要再重新校核標準。

【實時的曲面診斷工具】：可以提供諸如任意截面的連續(xù)性、曲面反射線情況、高亮度線、光譜圖、曲率云圖和園柱型光源照射下的反光圖等多種方法，在設(shè)計的任何時候都可以查出曲面缺陷。

【有效的曲面連續(xù)性管理工具】：在復(fù)雜的曲面縫補等情況下，即使曲面進行了移動修改等操作，也能保證曲面同與之相連的曲面間的曲率連續(xù)，避免了乏味的手工再調(diào)整過程。

【強大的處理掃描數(shù)據(jù)能力】：根據(jù) Rainbow 圖法(相當于假設(shè)雨水從上面落下，由于形狀差異導(dǎo)致雨水流速差異)、曲率大小變化云圖法(對于一個完全光順的 class 1 曲面，相當于曲率大小變化為零，對于兩個不同曲面，此值會不同)將掃描數(shù)據(jù)分開，這樣可以很快地捕捉產(chǎn)品的主要特征，并迅速建立各個相應(yīng)曲面，避免了費事的分析和處理。

正是由于 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(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。

Geomagic Studio

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云數(shù)據(jù)創(chuàng)建出完美的多邊形模型和網(wǎng)格，并可自動轉(zhuǎn)換為 NURBS 曲面。該軟件也是除了 Imageware 以外應(yīng)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：

自動將點云數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多邊形(Polygons)

快速減少多邊形數(shù)目(Decimate)

把多邊形轉(zhuǎn)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(shù)模得到的產(chǎn)品模型

2.將CAD模型讀入 Geomagic Studio

3.CAD 設(shè)計模型與從實際模型掃描所得的點云數(shù)據(jù)(不同坐標系)

4.掃描數(shù)據(jù)與CAD模型的自動對合

5.掃描數(shù)據(jù)與CAD模型的自動對齊

6.誤差以彩色圖形直觀顯示

7.用戶可標出任意點誤差

8. Qualify 的結(jié)果可以輸出為 HTML 格式

CopyCAD

CopyCAD 是由英國 DELCAM 公司出品的功能強大的逆向工程系統(tǒng)軟件，它能允許從已存在的零件或?qū)嶓w模型中產(chǎn)生三維CAD模型。該軟件為來自數(shù)字化數(shù)據(jù)的 CAD 曲面的產(chǎn)生提供了復(fù)雜的工具。CopyCAD 能夠接受來自坐標測量機床的數(shù)據(jù)，同時跟蹤機床和激光掃描器。

CopyCAD 簡單的用戶界面允許用戶在盡可能短的時間內(nèi)進行生產(chǎn)，并且能夠快速掌握其功能，即使對于初次使用者也能做到這點。使用 CopyCAD 的用戶將能夠快速編輯數(shù)字化數(shù)據(jù)，產(chǎn)生具有高質(zhì)量的復(fù)雜曲面。該軟件系統(tǒng)可以完全控制曲面邊界的選取，然后根據(jù)設(shè)定的公差能夠自動產(chǎn)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(xù)性。

該軟件的主要功能如下：

數(shù)字化點數(shù)據(jù)輸入

DUCT 圖形和三角模型文件

CNC 坐標測量機床

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(zhuǎn)換、縮放、旋轉(zhuǎn)和鏡像等模型轉(zhuǎn)換

能夠?qū)ζ矫?、多邊形或其它模型進行模型裁剪

三角測量

在用戶定義的公差和選項內(nèi)的數(shù)字化模型的三角測量，包括：

① 原始的——法線設(shè)置

② 尖銳——尖銳特征強化

③ 特征匹配——來自點法線數(shù)據(jù)的特征

④ 關(guān)閉三角測量——為了快速繪圖可以關(guān)閉模型

特征線的產(chǎn)生

邊界——轉(zhuǎn)換模型外邊緣為特征線

間斷——為找到簡單的特征(如凸出和凹下)而探測數(shù)據(jù)里的尖銳邊緣

能夠轉(zhuǎn)換數(shù)字化掃描線為特征線

輸入的數(shù)據(jù)——能夠從點文件中摘錄多線條和樣條曲線

曲面構(gòu)造

通過在三角測量模型上跟蹤直線產(chǎn)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(xù)性的邊界

使用特征線指導(dǎo)和加快曲面定義

曲面錯誤檢查

比較曲面與數(shù)字化點數(shù)據(jù)

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

STL ASCII 碼和二進制

DUCT 圖形、三角模型和曲面

分隔的 ASCII 碼

RapidForm

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，可實時將點云數(shù)據(jù)運算出無接縫的多邊形曲面，使它成為 3D Scan 后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(shè)備的運用范圍擴大，改善掃描品質(zhì)。

多點云數(shù)據(jù)管理介面

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

多點云處理技術(shù)

可以迅速處理龐大的點云數(shù)據(jù)，不論是稀疏的點云還是跳點都可以輕易地轉(zhuǎn)換成非常好的點云， RapidForm 提供過濾點云工具以及分析表面偏差的技術(shù)來消除 3D 掃描儀所產(chǎn)生的不良點云。

快速點云轉(zhuǎn)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(shù)，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，可以將點云快速計算出多邊形曲面。RapidForm 能處理無順序排列的點數(shù)據(jù)以及有順序排列的點數(shù)據(jù)。

彩色點云數(shù)據(jù)處理

RapidForm 支持彩色 3D 掃描儀，可以生成最佳化的多邊形，并將顏色信息映像在多邊形模型中。在曲面設(shè)計過程中，顏色信息將完整保存，也可以運用 RP 成型機制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。

點云合并功能

多個點掃描數(shù)據(jù)有可能經(jīng)手動方式將特殊的點云加以合并，當然，RapidForm 也提供一技術(shù)，使用者可以方便地對點云數(shù)據(jù)進行各種各樣的合并。

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

大腦逆向工程：在一個小房間的黑色帷幕后面，鈦藍寶石激光器瞄準目標：用外科手術(shù)植入到活老鼠頭骨中的一個半厘米大的玻璃窗口。當這只老鼠在一個類似跑步機的白色球狀體上奔跑，并看著一塊電腦屏幕時，激光器會發(fā)射千兆分之一秒鐘的激光。如果老鼠用到了某些腦細胞，特殊的染料會讓這些細胞發(fā)出綠光，它們的圖像會被足以偵測出單個光子的相機捕捉下來。老鼠頭骨中的那一小團組織把來自老鼠眼部的神經(jīng)沖動變成了一個相互作用。如果可以揭開了這個過程的秘密，科學家們就能了解哺乳動物的大腦是如何體驗世界。

在美國及其他許多國家，制品或制法都受商業(yè)秘密保護，只要合理地取得制品或制法就可以對其進行逆向工程。專利需要把你的發(fā)明公開發(fā)表，因此專利不需要逆向工程就可進行研究。逆向工程的一種動力就是確認競爭者的產(chǎn)品是否侵權(quán)專利或侵犯版權(quán)。

為了互用性（例如，支持未公開的文件格式或硬件外圍），而對軟件或硬件系統(tǒng)進行的逆向工程被認為是合法的，雖然專利持有者經(jīng)常反對并試圖打壓以任何目的對他們產(chǎn)品進行的逆向工程。

為了獲取一個有版權(quán)的計算機程序中隱含的思想和功能元素且有合法的理由要獲取，當只有拆解這一種方法時，根據(jù)法律判定，拆解是對有版權(quán)作品的公平使用。

逆向工程（ Reverse Engineering ）是對產(chǎn)品設(shè)計過程的一種描述。在工程技術(shù)人員的一般概念中，產(chǎn)品設(shè)計過程是一個從無到有的過程，即設(shè)計人員首先在大腦中構(gòu)思產(chǎn)品的外形、性能和大致的技術(shù)參數(shù)等，然后通過繪制圖紙建立產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型，最終將這個模型轉(zhuǎn)入到制造流程中，完成產(chǎn)品的整個設(shè)計制造周期。這樣的產(chǎn)品設(shè)計過程我們稱為 “ 正向設(shè)計 ” 過程。逆向工程產(chǎn)品設(shè)計可以認為是一個 “ 從有到無 ” 的過程。簡單地說，逆向工程產(chǎn)品設(shè)計就是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品模型，反向推出產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)（包括設(shè)計圖紙或數(shù)字模型）的過程。從這個意義上說，逆向工程在工業(yè)設(shè)計中的應(yīng)用已經(jīng)很久了。早期的船舶工業(yè)中常用的船體放樣設(shè)計就是逆向工程的很好實例。隨著計算機技術(shù)在制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，特別是數(shù)字化測量技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于測量數(shù)據(jù)的產(chǎn)品造型技術(shù)成為逆向工程技術(shù)關(guān)注的主要對象。通過數(shù)字化測量設(shè)備（如坐標測量機、激光測量設(shè)備等）獲取的物體表面的空間數(shù)據(jù)，需要利用逆向工程技術(shù)建立產(chǎn)品的三維模型，進而利用 CAM 系統(tǒng)完成產(chǎn)品的制造。因此，逆向工程技術(shù)可以認為是將產(chǎn)品樣件轉(zhuǎn)化為三維模型的相關(guān)數(shù)字化技術(shù)和幾何建模技術(shù)的總稱。逆向工程的實施過程是多領(lǐng)域、多學科的協(xié)同過程。2100433B

在早上的文章提到了一個詞“逆向工程 ”，很多人在聽到它時都會有點不知所云，只是根據(jù)原文猜測可能和復(fù)制有關(guān)的技術(shù)吧。現(xiàn)在就讓我們來簡單了解一下它吧。

長久以來，工業(yè)產(chǎn)品的傳統(tǒng)開發(fā)方式是從產(chǎn)品需求的構(gòu)思、功能與規(guī)格預(yù)期指標的確定，到各個組件的設(shè)計、制造、組裝、性能測試等。每個組件都保留有原始的設(shè)計圖，此開發(fā)模式稱為“正向工程”(Forward Engineering)。

然而，隨著工業(yè)技術(shù)水平的提升以及生活水準的提高，任何通用性產(chǎn)品在消費者對于高品質(zhì)的要求下，功能上的需求已不再是贏得市場競爭力的唯一條件。所以新產(chǎn)品開發(fā)過程中的另一條重要路線就是樣件的反求。反求工程技術(shù)又稱逆向工程技術(shù)（ Reverse Engineering, RE） 。

RapidForm

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，可實時將點云數(shù)據(jù)運算出無接縫的多邊形曲面，使它成為 3D Scan 后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(shè)備的運用范圍擴大，改善掃描品質(zhì)。

多點云數(shù)據(jù)管理介面

高級光學 3D 掃描儀會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)(可達 100,000 ～ 200,000點)，由于數(shù)據(jù)非常龐大，因此需要昂貴的電腦硬件才可以運算，現(xiàn)在 RapidForm 提供記憶管理技術(shù)(使用更少的系統(tǒng)資源)可縮短您處理數(shù)據(jù)的時間。

多點云處理技術(shù)

可以迅速處理龐大的點云數(shù)據(jù)，不論是稀疏的點云還是跳點都可以輕易地轉(zhuǎn)換成非常好的點云， RapidForm 提供過濾點云工具以及分析表面偏差的技術(shù)來消除 3D 掃描儀所產(chǎn)生的不良點云。

快速點云轉(zhuǎn)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(shù)，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，可以將點云快速計算出多邊形曲面。RapidForm 能處理無順序排列的點數(shù)據(jù)以及有順序排列的點數(shù)據(jù)。

彩色點云數(shù)據(jù)處理

RapidForm 支持彩色 3D 掃描儀，可以生成最佳化的多邊形，并將顏色信息映像在多邊形模型中。在曲面設(shè)計過程中，顏色信息將完整保存，也可以運用 RP 成型機制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。

點云合并功能

多個點掃描數(shù)據(jù)有可能經(jīng)手動方式將特殊的點云加以合并，當然，RapidForm 也提供一技術(shù)，使用者可以方便地對點云數(shù)據(jù)進行各種各樣的合并。

CopyCAD

CopyCAD 是由英國 DELCAM 公司出品的功能強大的逆向工程系統(tǒng)軟件，它能允許從已存在的零件或?qū)嶓w模型中產(chǎn)生三維CAD模型。該軟件為來自數(shù)字化數(shù)據(jù)的 CAD 曲面的產(chǎn)生提供了復(fù)雜的工具。CopyCAD 能夠接受來自坐標測量機床的數(shù)據(jù)，同時跟蹤機床和激光掃描器。

CopyCAD 簡單的用戶界面允許用戶在盡可能短的時間內(nèi)進行生產(chǎn)，并且能夠快速掌握其功能，即使對于初次使用者也能做到這點。使用 CopyCAD 的用戶將能夠快速編輯數(shù)字化數(shù)據(jù)，產(chǎn)生具有高質(zhì)量的復(fù)雜曲面。該軟件系統(tǒng)可以完全控制曲面邊界的選取，然后根據(jù)設(shè)定的公差能夠自動產(chǎn)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(xù)性。

該軟件的主要功能如下：

數(shù)字化點數(shù)據(jù)輸入

DUCT 圖形和三角模型文件

CNC 坐標測量機床

分隔的 ASCII 碼和 NC 文件

激光掃描器、三維掃描器和 SCANTRON

PC ArtCAM

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(zhuǎn)換、縮放、旋轉(zhuǎn)和鏡像等模型轉(zhuǎn)換

能夠?qū)ζ矫妗⒍噙呅位蚱渌Ｐ瓦M行模型裁剪

三角測量

在用戶定義的公差和選項內(nèi)的數(shù)字化模型的三角測量，包括：

① 原始的--法線設(shè)置

② 尖銳--尖銳特征強化

③ 特征匹配--來自點法線數(shù)據(jù)的特征

④ 關(guān)閉三角測量--為了快速繪圖可以關(guān)閉模型

特征線的產(chǎn)生

邊界--轉(zhuǎn)換模型外邊緣為特征線

間斷--為找到簡單的特征(如凸出和凹下)而探測數(shù)據(jù)里的尖銳邊緣

能夠轉(zhuǎn)換數(shù)字化掃描線為特征線

輸入的數(shù)據(jù)--能夠從點文件中摘錄多線條和樣條曲線

曲面構(gòu)造

通過在三角測量模型上跟蹤直線產(chǎn)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(xù)性的邊界

使用特征線指導(dǎo)和加快曲面定義

曲面錯誤檢查

比較曲面與數(shù)字化點數(shù)據(jù)

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

STL ASCII 碼和二進制

DUCT 圖形、三角模型和曲面

分隔的 ASCII 碼

Geomagic Studio

Geomagic Studio 可根據(jù)任何實物零部件自動生成準確的數(shù)字模型。作為全球首選的自動化逆向工程軟件，Geomagic Studio 還為新興應(yīng)用提供了理想的選擇，如定制設(shè)備大批量生產(chǎn)、即定即造的生產(chǎn)模式以及原始零部件的自動重造。只有 Geomagic Studio 具有下述所有特點：確保完美無缺的多邊形和 NURBS 模型處理復(fù)雜形狀或自由曲面形狀時，生產(chǎn)率比傳統(tǒng) CAD 軟件提高十倍自動化特征和簡化的工作流程可縮短培訓(xùn)時間，并使用戶可以免于執(zhí)行單調(diào)乏味、勞動強度大的任務(wù)可與所有主要的三維掃描設(shè)備和 CAD/CAM 軟件進行集成能夠作為一個獨立的應(yīng)用程序運用于快速制造，或者作為對 CAD 軟件的補充這就難怪世界各地有 3,000 人以上的專業(yè)人士使用 Geomagic 技術(shù)定制產(chǎn)品、 促使流程自動化以及提高生產(chǎn)能力。

Imageware

Imageware產(chǎn)品提供了獨特、綜合的自由曲面構(gòu)造及檢測工具，這樣的三維工具應(yīng)用范圍從早期的概念開發(fā)直到產(chǎn)品及制造的檢測。產(chǎn)品將向模塊化發(fā)展并專注四項關(guān)鍵的核心競爭力：三維檢測、高級曲面、多邊形造型及逆向工程。

下面一些關(guān)鍵技術(shù)將是逆向工程主要發(fā)展方面：

(1)數(shù)據(jù)測量方面：發(fā)展面向逆向工程的專用測量設(shè)備，能夠高速、高精度的實現(xiàn)產(chǎn)品幾何形狀的三維數(shù)字化，并能進行自動測量和規(guī)劃路徑；

(2)數(shù)據(jù)的頂處理方面：針對不同種類的測量數(shù)據(jù)，開發(fā)研究一種通用的數(shù)據(jù)處理軟件，完善改進目前的數(shù)據(jù)處理算法；

(3)曲面擬合：能夠控制曲面的光順性和能夠進行光滑拼接；

(4)集成技術(shù)：發(fā)展包括測量技術(shù)、模型重建技術(shù)、基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同設(shè)計和數(shù)字化制造技術(shù)等的逆向工程技術(shù)。2100433B