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概要
把機器拆了重裝，可以讓我們深入了解機器的內在結構。而這正是逆向工程的工作原理。拆解重裝能讓我們看到設備的制造工藝，從而找到替換、優化、分析零部件的方法，但其中，重中之重是如何精準測量這些部件。這時，就需要三維掃描出場了。那么，哪種方式才是三維掃描數據制作CAD模型的可靠方式？答案自然就是逆向工程軟件。根據這一考量，我們精心挑選了數款優秀工具。
軟件
Artec Studio, Meshmixer, Artec計量套件, Design X, Geomagic for SOLIDWORKS, SpaceClaim
平臺
Windows, macOS, Linux
價格區間
免費 - €18000
簡介
如何才能分析現有的零件或工具，了解它們的制作工藝？如何才能清晰了解機器或系統運行的方式？答案就是——逆向工程。通過該技術，我們可以拆解物體，找到改進方式，也可以直接找到替代部件。通常，逆向工程需要為真實物體的幾何快速完成精準的幾何數字化采集。得益于今天的科技創新，我們幾乎可以為任何物體完成逆向工程，從微型工業零件到大型建筑設備。
逆向工程應用場景多樣，這對產品優化、定制、重構而言至關重要。該技術被廣泛應用于制造、航空航天、汽車等行業。逆向工程可以完成各類任務，例如重新制作或復制已停產的部件，進行產品質量檢驗，也能評估競品性能。
逆向工程具體如何進行？典型的逆向工程工藝包括物體測量，并采集數據，隨后進行數據處理和CAD工序。今天的逆向工程師能利用的工具十分豐富，可協助他們輕松完成整個流程，其中一項工具就是逆向工程軟件。
下面，我們具體介紹幾款優秀的逆向工程工具，并探索逆向工程流程的設計步驟。
逆向制作中的數據采集和處理
逆向工程中的數據采集及其過程十分復雜。在本篇測評中，我們將側重介紹當前主流的操作方式——三維掃描、攝影測量、三坐標測量、CT掃描。選擇何種方式取決于應用的具體行業和場景。此外，我們還會羅列需要您重視的一些時間和預算限制。
要點
逆向工程中的數據采集既可手動完成，也能采用數字化方式，常見的方法就是三維掃描、計量級攝影測量、三坐標測量儀、CT掃描。
如果要對成品產品或部件完成逆向工程，三維掃描或許是好的選擇，可以將實物快速變成CAD模型，且速度快，操作方便。由于三維掃描儀不能直接生成CAD模型（掃描儀輸出數據為點云或網格數據），您需要通過建模軟件完成下一步工序，即掃描至CAD工作流，這是一個半自動工藝，專業軟件可以把三維數據轉換成可編輯、可設計的CAD文件。
三維掃描儀提供的精準表面測量值在逆向工程中發揮極為重要的作用。事實上，三維掃描數據能幫我們從現實世界中獲得有用的認識，并將其轉換后精準體現為數字形式。專業三維掃描儀采集的數據將以可操作的3D模型形式呈現，對物體或場景的完整幾何進行渲染。
CT掃描儀和三坐標測量儀往往價格不菲，難以移動，培訓所耗時間久，而三維掃描儀剛好相反：逆向工程非常需要三維掃描儀的速度、適用廣度和便捷度。
三維掃描技術采集點云有多種方式，其中光學三維掃描法受歡迎。光學三維掃描法采用無損處理，通過投射結構光和激光束至物體，來采集并復制物體。
如今，掃描軟件也多種多樣，從智能手機到智能3D成像程序，它們適合不同的操作系統，難易度、價格也不盡相同。但無論何種情況，一款優秀軟件的標志之一，就是應當讓用戶快速上手。歸根結底，用戶投入的精力要和產出成正比，數據準確，分辨率高，質量上乘。
計量級攝影測量法是另一款測量工具，可以將各個角度拍攝的照片合成為3D點云。計量級攝影測量套件應配備標記點（粘性貼或磁貼）、比例尺、參考十字和一臺性能強大的相機。三維掃描儀配合這樣一款套件，就搖身變成了制作高精度3D模型的優秀解決方案。攝影測量法制作的3D點云可以和三維掃描生成的3D網格對齊，結合兩種技術強項，成就更高精度。
要點
任何一種測量技術，都需要一款用戶友好的軟件，這是順利完成制作工藝的關鍵。
軟件工具
Artec Studio
價格
· 30天免費試用
· 年度訂閱 US $1200
· 終身許可，免費更新 US $2900
操作系統
Windows
優勢
· 算法強大，追求極致的掃描精度與速度
· 紋理與幾何追蹤算法十分優秀
· 掃描和擬合CAD基本圖元
缺陷
· 或需要完整軟件包，提供更多逆向工程軟件
流暢的三維掃描體驗必然簡潔明了，省時省力。使用Artec Studio處理數據時，既可選擇為您分憂解難的智能自動模式，也可選擇靈活度更高、可全權掌控的手動模式。自動模式將主導整個流程并提示下一步操作，而手動模式更適合經驗豐富的用戶，操作更靈活。Artec Studio配備布爾算法等高級功能，可借助CAD實體和網格修改模型，簡化逆向工程流程。同時，先進的自動曲面工具能將有機形狀轉換成CAD實體模型。
要點
Artec Studio配備逆向工程掃描至CAD的全部關鍵功能，還能與Geomagic Design X等全套軟件包配合使用，解鎖更多逆向工程工具。
一站式解決方案Artec Studio工具一應俱全，可創建網格基本圖元，并調節大小，重新定位。利用CAD基本圖元是掃描至CAD中的一個關鍵環節。這些兼容CAD的對象能擬合至模型幾何，加快CAD文件的轉換過程。直接在采集數據的軟件中為3D模型擬合基元，大幅提升了工程速度。Artec Studio的CAD基本圖元工具也大幅優化了逆向工程流程：提取關鍵幾何數據并保存為常見的CAD格式，便于將網格與CAD對象一鍵導出至Design X或Geomagic for SOLIDWORKS。
Autodesk Meshmixer
價格
· 免費
操作系統
Windows, macOS
優勢
· 豐富的教程與用戶資料
· 編輯面廣，用戶友好
· 快速調整格式
· 挖空功能穩定可靠
缺陷
· 對初學者而言過于高階
· 需要性能強勁的顯卡和新的顯卡驅動程序
Meshmixer原本只是3D打印圈的一款“業余愛好者工具”，但現在已搖身變成處理網格文件的前沿軟件。無論是需要清理三維掃描，準備文件進行3D打印，還是逆向工程過程中需要對模型進行其他操作，Meshmixer都能搞定。稍加練習，就能熟練運用多款工具操作模型。只需將文件拖入編輯區，就能繼續調整、切割、清理、修復、合并3D模型。
無需專業技術知識，也不用理解軟件中每個細節，就能學會使用Meshmixer。但是，您仍然需要花一些時間，來熟悉軟件的基本功能，發揮軟件潛能。您可在網上找到Meshmixer教程， 快速了解修改網格相關操作的異同。
Artec計量套件
價格
· 入門版 US $27,400，專業版 US $42,700
操作系統
Windows
優勢
· 兼容Geomagic Control X、PolyWorks 等頂級軟件
· 精度高達2微米
缺陷
· 需要對計量級攝影測量工作流程有基本了解
Artec計量套件是一款光學坐標測量系統，能輕松集成至逆向工程、測試、檢驗工作流程。計量套件一個出彩之處就在于可以配合Artec 3D掃描儀，將套件的攝影測量結果與掃描儀數據合并。體積精度可提升至15 μ/m。對于機械零件、飛機部件、船只、車輛、甚至風力渦輪機等物體而言，無論是追求高精度的測量值，還是對比3D網格或CAD實體，計量套件都是一項完美的測量工具。
CAD設計：小妙招
下一步操作取決于逆向工程的目標。您可以直接將模型用于制造，也可以在CAD工程軟件中繼續分析和轉換。下面，我們來了解能完成逆向工程工序的幾款優秀軟件。
Geomagic Design X
價格
· US $19950
操作系統
Windows
優勢
· 結合參數化CAD和三維掃描數據處理功能的獨特軟件
· 可通過導出至SOLIDWORKS、Siemens NX、Autodesk Inventor、PTC Creo、Pro/Engineer，為首選的CAD系統添加組件。
缺陷
· 軟件價格不菲，但效果好
Geomagic Design X是將三維掃描數據轉換成CAD特征模型的解決方案。無論是要掃描實體來設計新零件和部分組件，還是要將某個零件改造成參數化模型，該程序的諸多功能都能幫您順利搞定。Geomagic Design X能輕松（自動）根據掃描數據創建平面、草圖、特征。
Design X的用戶界面基于SOLIDWORKS界面而設計，一樣簡單好用。橫跨頂部的圖標包含您需要的所有任務：點、多邊形、區域、對齊、草圖、精確表面處理。左側為創建的數據列表：點、多邊形、面、草圖。2022年發布的Geomagic Design X新增了幾項全新功能，如各種草圖工具、放樣和精確表面建模工具優化、代替標記點網格。
要點
Geomagic Design X是一款功能全面、廣受業界好評的逆向工程軟件。特征CAD和三維掃描處理功能的疊加，意味著您可以輕松創建兼容頂尖CAD軟件的可編輯實體模型。
Geomagic for SOLIDWORKS
價格
· 按需
操作系統
Windows, macOS
優勢
· 自動化向導輕松創建精準草圖、表面和可編輯的特征模型
· 可直接在SOLIDWORKS中打開
· 3D對比輕松快捷（例如CAD對象和網格對象）
缺陷
· 對新手而言過于高階
這款專業插件由3D Systems研發，目的是幫助您將3D掃描輕松轉換成可編輯的CAD對象。Geomagic for SOLIDWORKS配備多款得力工具，例如網格編輯、點云處理、自動特征提取，能為逆向工程迅速創建3D模型。
要點
Geomagic for SOLIDWORKS是Design X的精簡版，支持一系列主流三維掃描儀，能快速創建草圖、表面或可編輯的特征型實體零件，縮短復雜3D建模的時間。
許多三維掃描儀兼容Geomagic for SOLIDWORKS，可輕松導入已有掃描數據。無論是導入的網格和點云，都能用Geomagic的逆向工程算法進行下游工作。在設計數據丟失、缺乏舊部件CAD圖紙，或必須重做一個磨損部件時，這款插件都能輕松解決。
SpaceClaim
價格
· 按需
操作系統
Windows, Linux
優勢
· 模擬準備時間縮短
· 輕量級3D建模軟件，適合逆向制作全新部件
缺陷
· 模擬需要大量處理能力，軟件需占用大量內存
圖片來源：Ansys/YouTube
SpaceClaim是一款獨立軟件，旨在協助工程師從零開始創建實體模型。SpaceClaim能高效處理STL文件，輕松優化高噪點掃描，修復不滿意的掃描元素。對于沒有充裕時間來全面學習傳統CAD系統的用戶而言，SpaceClaim是一款完美的解決方案，軟件有蒙皮曲面等好用的工具，可根據棱鏡或真實形狀自動創建實體幾何。同時，這也意味著用戶可以根據不同掃描重建表面數據，無論掃描完整與否。您還可以縮短模擬準備時間，從而專注于模擬結果。軟件將為您加快幾何準備速度，更快進入分析環節，節省模擬前的寶貴時間。
質的飛躍
沒什么能像三維掃描一樣助推逆向工程的速度。借助三維掃描，分分鐘就能為任何物體完成數字化，構建出一個猶如相片般細膩的3D模型，甚至制造出更優化的實物。精度飆升，分析速度飛快，還可進行必要的改動，這使三維掃描成為逆向工程不可或缺的得力工具。逆向工程軟件配上工業級三維掃描儀，將賦予產品設計師和制造商無窮力量。
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