工業(yè)設(shè)計(jì)中逆向設(shè)計(jì)思路初探

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摘要：隨著工業(yè)水平的不斷提高，人們的生活質(zhì)量以及審美的水平都隨之提高，互聯(lián)網(wǎng)的推廣，眾多的消費(fèi)者對(duì)于產(chǎn)品的要求不再局限于質(zhì)量的提高，對(duì)于產(chǎn)品的外在美觀以及品味的要求也在不斷的提高，人們已經(jīng)不再滿足于產(chǎn)品的基本的功能，這些因素的產(chǎn)生決定著產(chǎn)品在市場的競爭力以及銷售的曲線。對(duì)于如何的滿足市場的需求，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在外觀以及質(zhì)量上同時(shí)占據(jù)上位，逆向設(shè)計(jì)思路在工業(yè)設(shè)計(jì)中的出現(xiàn)無疑為最好的解決辦法，本文將通過對(duì)產(chǎn)品中的設(shè)計(jì)來分析逆向設(shè)計(jì)的思路以及在工業(yè)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計(jì)；逆向設(shè)計(jì)；思路；分析

事物都具有相對(duì)性，正反兩個(gè)方向來維持著平衡，對(duì)于逆向設(shè)計(jì)思路的存在，正向設(shè)計(jì)思路無疑是設(shè)計(jì)另一種存在。正向設(shè)計(jì)是一種從沒有到有的過程，一般的情況下，這種設(shè)計(jì)方法對(duì)產(chǎn)品的預(yù)見性比較的差，必須需要通過多次的實(shí)驗(yàn)來測試它的性能，成本比較的高。而逆向設(shè)計(jì)思路相對(duì)于正向設(shè)計(jì)而言，其是一種具有先進(jìn)性和創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)方法，是從實(shí)物到數(shù)字模型的一個(gè)方向的設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程。逆向設(shè)計(jì)思路的使用范圍比較的廣泛，尤其是在一些設(shè)計(jì)比較復(fù)雜的工業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，這種設(shè)計(jì)思路對(duì)于產(chǎn)品的開發(fā)速度以及美感的提升有著一定的推動(dòng)作用。

1逆向設(shè)計(jì)簡介以及應(yīng)用

逆向設(shè)計(jì)的過程是指產(chǎn)品的設(shè)計(jì)師從產(chǎn)品的實(shí)物的表面進(jìn)行相關(guān)的數(shù)字化的處理，例如一些數(shù)據(jù)的采集和數(shù)據(jù)的處理，并且利用可實(shí)現(xiàn)的逆向三維造型的設(shè)計(jì)的軟件來重新的構(gòu)造產(chǎn)品的三維的CAD模型，然后再進(jìn)一步的利用CAD等畫圖系統(tǒng)來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、再設(shè)計(jì)、編程、加工的過程。逆向設(shè)計(jì)的使用通常用于產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)。由于逆向的對(duì)象不同，逆向的設(shè)計(jì)可以分為三個(gè)類別：實(shí)物逆向設(shè)計(jì)、軟件逆向設(shè)計(jì)以及影像逆向設(shè)計(jì)。在工業(yè)的設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用到逆向設(shè)計(jì)思路的主要有以下幾個(gè)方面：1）新產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)，主要是用來對(duì)新產(chǎn)品的外形的創(chuàng)新設(shè)計(jì)以及外觀的改型設(shè)計(jì)；2）對(duì)原有的產(chǎn)品的復(fù)制，重新還原產(chǎn)品的相關(guān)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；3）對(duì)一些損壞或者磨損的產(chǎn)品進(jìn)行還原；4）在產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中必用比較復(fù)雜的一些設(shè)計(jì)，逆向設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)復(fù)雜的產(chǎn)品的特征進(jìn)行斷面的設(shè)計(jì)提取數(shù)據(jù)；5）用于數(shù)字化模型的相關(guān)檢測，例如可以檢測到產(chǎn)品的形變數(shù)據(jù)、焊接的質(zhì)量等問題，還可以進(jìn)行模型之間的比較；6）在美學(xué)以及工程的設(shè)計(jì)中擁有同等的重要地位，例如在對(duì)交通工具的設(shè)計(jì)領(lǐng)域當(dāng)中，就廣泛的采用了真實(shí)比例的模型來評(píng)估產(chǎn)品的美學(xué)和工程對(duì)于批量的生產(chǎn)是否符合，在此時(shí)，逆向設(shè)計(jì)就會(huì)在當(dāng)中起著重要的作用。

2逆向設(shè)計(jì)的硬件條件

在逆向設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)師需要對(duì)設(shè)計(jì)物進(jìn)行三維數(shù)據(jù)的采集。所以，硬件檢測設(shè)備是逆向設(shè)計(jì)實(shí)施的核心。目前為止所使用到的物體的三維測量方法主要分為兩大類：接觸式測量和非接觸式測量，其中接觸式測量比較的傳統(tǒng)，在對(duì)物體進(jìn)行測量的過程中，需要將測量的探頭和模型的表面進(jìn)行接觸，這種傳統(tǒng)的測試方法現(xiàn)在發(fā)展已經(jīng)比較的成熟，它的主要優(yōu)點(diǎn)就是測量的精度比較的高，對(duì)被測的模型在材料和外形方面沒有特殊的一些要求，如果對(duì)物體的表面特征的曲面進(jìn)行測量，采用這種測量方法非常的合適。但是，需要注意的是使用這種測量的方法需要接觸的模型的表面，有可能會(huì)出現(xiàn)模型表面劃傷或者探頭劃傷的問題，所以不能對(duì)一些比較薄或者軟材料的物體進(jìn)行測量，在測量的過程中需要注意測量的速度。非接觸式測量方法主要是在現(xiàn)代的測量的基礎(chǔ)上，將電子學(xué)、計(jì)算機(jī)、信息處理等科學(xué)技術(shù)結(jié)合為一體的測量技術(shù)。與傳統(tǒng)的接觸性測量方法相比較，非接觸型測量方法具有眾多的優(yōu)點(diǎn)：掃描的速度快、掃描的精度高等特點(diǎn)。目前比較具有代表性的非接觸型的測量方法主要有激光三角法以及投影光柵法。

3逆向設(shè)計(jì)的軟件條件

常見的CAD建模軟件主要是應(yīng)用到正向的設(shè)計(jì)當(dāng)中，與其相比，逆向的軟件條件需要具備數(shù)據(jù)處理、特征識(shí)別、曲線修改以及高級(jí)的幾何處理、CAD集成等優(yōu)點(diǎn)。到目前為止，主要運(yùn)用到逆向思維設(shè)計(jì)的專業(yè)軟件有四大類，一些比較大型的CAD軟件也會(huì)運(yùn)用到逆向的設(shè)計(jì)當(dāng)中。而對(duì)于一些學(xué)習(xí)工業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)生和設(shè)計(jì)師而言，使用比較多的是三維建模軟件是Rhino或者Alias，Rhino具有相應(yīng)的逆向設(shè)計(jì)的插件，Rhino的使用可以快速的在原有的模型基礎(chǔ)上快速的重新構(gòu)造出模型的曲面，并且高精度和光滑度。但是Alias是截止到目前最專業(yè)的設(shè)計(jì)軟件，它的主要特點(diǎn)是將正向設(shè)計(jì)和逆向設(shè)計(jì)結(jié)合在一起。雖然用于逆向設(shè)計(jì)的軟件非常的眾多，但是它們的本質(zhì)是相同的，利用現(xiàn)有的軟件提供的各種使用工具，按照一定的逆向思維，將建模的策略、結(jié)構(gòu)的分析以及設(shè)計(jì)的流程相結(jié)合，更好的完成曲面的設(shè)計(jì)。

4逆向設(shè)計(jì)的流程

在逆向的設(shè)計(jì)當(dāng)中數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的處理以及模型的重新構(gòu)造是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的三大關(guān)鍵：1）模型的數(shù)據(jù)采集是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)的第一步，一般的情況下，根據(jù)需要測量的模型的材料以及結(jié)構(gòu)主要有接觸式測量和非接觸式測量來完成的。2）數(shù)據(jù)的處理結(jié)果最終會(huì)影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，在數(shù)據(jù)處理階段一般會(huì)對(duì)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理、數(shù)據(jù)的分塊、數(shù)據(jù)的光順、數(shù)據(jù)優(yōu)化以及模型的特征提取等工作。3）模型的重新構(gòu)建主要有三種方案：a.以B-Spline或者NURBS曲面為構(gòu)造基礎(chǔ)的曲面構(gòu)造法；b.以三角Bezier曲面為構(gòu)造基礎(chǔ)的曲面構(gòu)造法；c.以多面體面為構(gòu)造基礎(chǔ)的曲面構(gòu)造法。

5總結(jié)

逆向設(shè)計(jì)方法在工業(yè)的設(shè)計(jì)當(dāng)中是一種先進(jìn)的技術(shù)，對(duì)工業(yè)的設(shè)計(jì)本身而言只是一種用于設(shè)計(jì)的手段，它和設(shè)計(jì)師的理念以及創(chuàng)意并沒有很大的關(guān)系，但是，不可忽視的是這種設(shè)計(jì)手段對(duì)設(shè)計(jì)師的理念以及創(chuàng)意的實(shí)施起到了重要的實(shí)現(xiàn)作用。相信在不久的將來，逆向設(shè)計(jì)會(huì)達(dá)到一個(gè)新的高度，為工業(yè)的設(shè)計(jì)帶來意想不到的效果，滿足市場不斷提高的需求。

作者:聞建強(qiáng) 單位:滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院

參考文獻(xiàn)：

[1]楊艷紅,鐘相強(qiáng).工業(yè)設(shè)計(jì)中產(chǎn)品的逆向設(shè)計(jì)方法研究.機(jī)械設(shè)計(jì),2013,10.

[2]李雄.基于Alias的逆向工業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐研究.工業(yè)設(shè)計(jì)工程,太原理工大學(xué),2012.