逆向工程學(xué)逆向工程介紹

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?，F(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(biāo)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(zhǔn)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） 。

從廣義講，逆向工程可分以下三類：

(1)實物逆向：它是在已有產(chǎn)品實物的條件下，通過測繪和分折，從而再創(chuàng)造；其中包括功能逆向、性能逆向、方案、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等多方面的逆向。實物逆向的對象可以是整機、零部件和組件。

(2)軟件逆向：產(chǎn)品樣本、技術(shù)文件、設(shè)計書、使用說明書、圖紙、有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)、管理規(guī)范和質(zhì)量保證手冊等均稱為技術(shù)軟件。軟件逆向有三類：既有實物，又有全套技術(shù)軟件；只有實物而無技術(shù)軟件；沒有實物，僅有全套或部分技術(shù)軟件。

(3)影像逆向：設(shè)計者既無產(chǎn)品實物，也無技術(shù)軟件，僅有產(chǎn)品的圖片、廣告介紹或參觀后的印象等，設(shè)計者要通過這些影像資料去構(gòu)思、設(shè)計產(chǎn)品，該種逆向稱為影像逆向。

目前，國內(nèi)外有關(guān)逆向工程的研究主要集中在幾何形狀的逆向，即重建產(chǎn)品實物的CAD，稱為“實物逆向工程”。

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(xué) 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(dāng)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(biāo)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(biāo)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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

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(rèn)了逆向技術(shù)用于學(xué)習(xí)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(rèn)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(xué)習(xí)先進的技術(shù)，特別是當(dāng)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(xué)科的協(xié)同過程。

逆向工程RE（Reverse Engineering）俗稱三維激光掃描抄數(shù)。就是利用三維激光掃描儀或者三坐標(biāo)測量儀對物體表面進行三維掃描或測量，獲得物體的三維點數(shù)據(jù)，再利用逆向工程軟件對獲得的三維掃描數(shù)據(jù)進行整理、編輯、獲取所需的三維特征曲線，最終通過三維曲面表達出物體的外形，為后續(xù)的設(shè)計或是加工做準(zhǔn)備。