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在工程和産品設計意義上講，如果把傳統的從「構思設計産品」這個過程稱為「正嚮工程」，那麼從「産品數位元模型電腦輔助製造或快速原型件」這個過程就是「逆嚮工程」。 也有稱之為「反嚮工程」或「還原工程」。

　　但是實際上，逆嚮工程源於商業及軍事領域中的軟硬體分析。其主要目的是，在無法輕易獲得必要的生産資訊下，直接從成品的分析，推導産品的設計原理。逆嚮工程非常廣義，在科技領域中幾乎無所不在。比如軟體的逆嚮工程（Decoding）；積體電路和智慧卡的逆嚮工程；逆嚮工程在軍事上的應用都有非常驚人的例子。更有甚者，基因工程不就是浩瀚的逆嚮工程嗎？

　　本書涉及的僅為逆嚮工程一個部分：對3D實體模型進行掃描取得點雲資料，然後利用電腦軟體進行前置處理與麯麵重建，進而得到精確的數位元模型。此項技術在工業産品開發與改進、醫療、考古等眾多領域有著非常廣泛的應用。

　　隨著科學技術的飛速發展，應用於逆嚮掃描的硬體設備日新月異，但是要對點雲資料進行精準及美觀的麯麵重建則是需要非常多的手段及技巧。

　　初學者對於使用逆嚮工程軟體進行3D模型編輯及麯麵重建時，往往有不同程度的望而生畏感。而筆者具有近十八年逆嚮工程教學和運用經驗，因此在教學中提綱攜挈領，應材施教，僅利用一個學期的18週54學時（包括考試）就能夠使學生基本上融會貫通，運用自如，效果顯著。

　　根據多年教學經驗，本書圖文並茂，盡量省略不十分必要的長篇纍述；並將各項指令的具體介紹融入實作範例之中，以達到事倍功半之效果。本書在實際軟體操作部分盡量詳細，使讀者逐漸體驗到能夠「無師自通」的感受。此外在主要操作步驟的敘述部分還加入瞭英語翻譯，可供本籍或外籍讀者參考。
 

作者簡介

王鬆浩

　　現職：
　　崑山科技大學機械係教授

　　學曆：
　　美國匹茨堡大學機械工程學博士

　　經曆：
　　崑山科技大學機械係任教十數年；任教前已具數十年國外業界實際經驗

　　專長：
　　電腦輔助設計/製造/工程分析，逆嚮工程/快速原型，機電整閤及創意産品設計

　　獲得奬項：
　　世界各國發明專利25件，專利轉讓三件，國際發明展金牌十數枚，銀銅牌十數枚，並榮獲：
　　2008颱灣區機器工業同業公會機械業産學貢獻奬
　　2011國傢發明奬
　　2012第七屆颱灣十大傑齣發明傢奬
　　2012教育部産業先進設備人纔培育計畫優良教材奬

莊昌霖

　　現職：
　　崑山科技大學産品開發技術研發中心主任

　　學曆：
　　美國紐約大學藝術與科學博士
　　崑山科技大學電子工程係（所）
　　崑山科技大學視訊傳播設計係暨媒體藝術研究所

　　經曆：
　　工業研究院
　　紐約州立高科技中心
　　紐約州立生物科技中心CASM
　　紐約州立大學石溪分校

熊效儀

　　學曆：
　　崑山科技大學數位生活科技所碩士

　　經曆：
　　崑山科技大學資訊傳播係兼任教師
　　創科互動有限公司前端視覺設計工程師
 

1. 緒 論（Introduction）
1.1 逆嚮工程簡述
1.2 逆嚮工程的原理及種類
1.3 逆嚮工程的發展
1.4 逆嚮工程的應用

2. AutoDesk PowerShape®軟體使用入門（Basics of AutoDesk PowerShape®）
2.1 AutoDesk PowerShape®軟體練習版下載連結
2.2 視窗主要介麵介紹
2.3 一些常用的捷徑鍵組閤（Some useful shortcuts）
2.4 滑鼠左、中、右三鍵的作用
2.5 本書所附的原始檔案（Attached original models）

3. 範例一：自行車座墊（Bicycle seat）
3.1 輸入原始掃描檔案（Import scanned model）
3.2 編輯修補模型（Edit and repair the model）
3.3 産生麯綫（Create curves）
3.4 産生智慧麯麵（Create smart surface）
3.5 將麯麵模型轉化成實體模型並加厚（Convert in to a solid shell）
3.6 將實體轉化成8節點元素模型（Convert into 8 nodes solid）
3.7 輸齣CAD模型（Export CAD Model）
3.8 在CAD軟體開啓模型（Open the model in CAD software）
3.9 Autodesk PowerShanpe 2018版介麵操作範例（Autodesk PowerShanpe 2018 version introduction）

4. 範例二：麯麵技巧（Surfacing techniques）
4.1 輸入原始掃描檔案（Import original model）
4.2 繪製麯綫（Create curves）
4.3 産生智慧麯麵（Smart surface）
4.4 量取凹陷部分的幾何參數（Measure cross section parameters）
4.5 截取凹陷部分剖麵麯綫（Create cross section curve）
4.6 産生凹陷部分的錐形麯麵（Create the conical surface）
4.7 産生上沿凸圓角（Create fillet）
4.8 製作底部平麵（Create the flat surface at the bottom）
4.9 産生底部凹形圓角（Create the bottom fillet）
4.10 同樣方法完成另一邊的凹陷麯麵（Same method to complete the other side）
4.11 將麯麵轉換成實體，加厚並轉換成8節點元素的實體（Convert surface into solid, thicken into 2mm and transform into 8-node solid model）
4.12 輸齣模型（Export the model）
4.13 在CAD軟體中開啓模型（Open the model in CAD software）

5. 範例三：風扇葉片（Fan blades）
5.1 輸入原始掃描檔案（Import the scanned point cloud）
5.2 從掃描點雲資料生成三角網格（Create mesh from point cloud ）
5.3 在原點處産生座標（Create a coordinate at (0, 0, 0)）
5.4 産生一個圓柱體（Create a cylinder）
5.5 將網格模型與圓柱定位（Align the fan to the cylinder）
5.6 將網格模型上的葉片部分切割齣來（Separate the blade from the hub）
5.7 清理網格模型（Clean the mesh）
5.8 産生麯麵（Create surface）
5.9 麯麵轉換成實體厚麵（Convert surface into solid）
5.10 以葉片邊界麯綫産生伸展麯麵（Create extrusion surface with bordering curve）
5.11 用伸展麯麵來切割實體葉片（Trim the blade with the extrusion surface）
5.12 對葉片邊緣進行圓角（Create Fillet for the edge of blade）
5.13 將葉片轉換成8節點的實體模型（Convert into 8-nodes solid model）
5.14 産生輪轂（Create the hub）
5.15 輪轂上進行材料切除（Make a cut in the hub）
5.16 環狀陣列（Create pattern of the cut）
5.17 中心鑽製軸孔（Drill a hole for the shaft）
5.18 葉片環狀陣列（Pattern for the blades）
5.19 輸齣CAD檔（Export into CAD format）
5.20 在CAD軟體中開啓（Open the model in CAD program）

6. 範例四：把手模型（Handle）
6.1 輸入原始掃描檔案（Input original model）
6.2 建立座標（Create work coordinate）
6.3 産生剖麵綫及鏇轉麯麵（Create cross sectional curves and rotational surface）
6.4 産生綜閤邊界麯綫以及平麵圓環
6.5 將所有麯麵暫存某一圖層
6.6 建立球麵部分的中心座標（Create a coordinate for the sphere part）
6.7 繪製輔助直綫（Draw a straight line）
6.8 剪裁綫段（Trim the curves）
6.9 移動座標至中點（Move the coordinate）
6.10 産生球形麯麵並儲存於麯麵圖層
6.11 産生錐杆部分的剖麵綫
6.12 産生圓錐麯麵（Create the conical surface）
6.13 長度方嚮延伸麯麵（Extend the conical surface）
6.14 産生相交麯綫（Generate cross section curve）
6.15 裁剪麯麵（Trim the surface）
6.16 將麯麵轉換成實體（Convert the surfaces into solid）
6.17 結閤成為同一個實體（Join solids into one body）

7. 範例五：水龍頭模型（Shower head）
7.1 輸入原始掃描檔案並編輯修補模型
7.2 建立模型重心點座標（Create a work coordinate）
7.3 生成必要的剖麵麯綫（Create cross section curves）
7.4 産生噴頭鏇轉麯麵（Create rotational surface of the head）
7.5 産生聯接管處鏇轉麯麵（Create rotational surface for pipe connection）
7.6 産生邊界綜閤麯綫（Create composite curve）
7.7 重新分佈麯綫上的節點（Redistribute the points on the curves）
7.8 産生麯麵（Create surface）
7.9 將麯麵轉換成實體（Convert surface into solid）
7.10 在蓮蓬頭上鑽噴水孔（Drill a hole for the nozzle）
7.11 噴水孔直綫陣列（Linear pattern for the nozzle hole）
7.12 噴水孔環狀陣列（Circular pattern for the nozzle hole）

8. 範例六：汽車輪轂（Wheel）
8.1 輸入原始掃描檔案（Open the file）
8.2 裁剪邊緣（Trim the edge ring）
8.3 填補破孔（Hole filling）
8.4 光滑化（Smoothing）
8.5 修剪（Trimming）
8.6 截取並編輯剖麵麯綫（Create cross sectional curves）
8.7 産生鏇轉麯麵（Create revolving surface）
8.8 利用鏇轉麯麵修剪實體輪轂（Trim the solid with surface）
8.9 輪轂上進行減重除料（Make the weight reduction cut）
8.10 環狀陣列（Circular pattern the cut and fillet the edges）
8.11 産生螺栓孔（Create bolt hole）
8.12 環狀陣列（Circular pattern the holes）
8.13 開啓其他圖層展示輪子組閤體（Open other layers to show the whole assembly）

9. 範例七：客製化安全帽（Helmet）
9.1 輸入原始掃描檔案並編輯修補模型
9.2 填補破孔（Fill the holes）
9.3 手動細化網格（Refine Mesh）
9.4 刪除麯麵上的分割綫（Delete parting line）
9.5 産生相交麯綫（Create intersection curve）
9.6 利用相交麯綫裁切頭部網格（Cut the mesh wth curve）
9.7 産生剖麵麯綫（Create Cross-section curves）
9.8 産生麯麵（Create a surface）
9.9 麯麵往外偏移（Create an offset）
9.10 麯麵反嚮（Reverse orientation）
9.11 倒圓角（Make a fillet）
9.12 外殼造型（Morph helmet shape）
9.13 敷貼造型麯綫至安全帽錶麵（Wrap a pattern）
9.14 在敷貼麯綫上繪製一個剖麵圓
9.15 産生敷貼圖案麯麵（Make a drive curve surface）
9.16 麯麵倒圓角（Make a fillet）
9.17 敷貼浮雕（Wrap relief）
9.18 改變浮雕顔色（Change color for the relief）

10. 範例八：醫學應用─臉頰創傷修補（Medical Application）
10.1 輸入原始掃描檔案（Import scanned model）
10.2 在完好的麵頰一邊繪製封閉麯綫
10.3 建立中心座標（Create a working coordinate at the center of the model）
10.4 將麯綫鏡射（Mirror the curve）
10.5 産生麯麵（Create surface）
10.6 將麯麵轉換為實體（Convert the surface into solid）
10.7 加厚實體（Thicken the piece）
10.8 輸齣成為CAD檔案（Export as CAD model）
10.9 在CAD軟體中開啓

11. 範例九：掃描資料定位（Alignment）
11.1 輸入原始掃描檔案（Import scanned model）
11.2 隱藏點雲，僅顯示網格模型（Hide point clouds）
11.3 隱藏身體部分，僅顯示頭部模型（Hide the body portion）
11.4 參考點定位（小熊麵部）（Reference points alignment（Face））
11.5 最佳化定位（小熊麵部）（Automatic optimized alignment（Face））
11.6 結閤模型（小熊麵部）（Join the two aligned pieces（Face））
11.7 參考點定位（小熊背麵頭部）（Reference point alignment（Back head））
11.8 最佳化定位（小熊背麵頭部）（Automatic best fit alignment（The face and the back））
11.9 完成所有模型定位並縫閤成一體（Complete alignment for all pieces and join them together）

12. 範例十：從2D照片建立3D模型（From 2D pictures to 3D model）
12.1 開啓SolidWorks新的零件檔（Start a new part file）
12.2 顯示座標平麵，並以等視角展現（Showing work planes and isometric view）
12.3 在「地闆上」繪製以草圖（Make a sketch on the “floor”）
12.4 在草圖上插入風扇的俯視照片（M-10-Fan-01.png）（Insert the over-view picture（M-10-Fan-01.png） of the fan into the sketch）
12.5 利用滑鼠拖曳將照片調節到所定的位置與尺寸（Adjust the position and the dimension of the picture）
12.6 退齣草圖並以等視角檢視（Complete sketch）
12.7 在圖示方位建立新的平麵（Create an offset plane for side view）
12.8 將風扇正視圖引入新的草圖（Insert the side-view picture of the fan into the sketch）
12.9 以等視角檢視（Isometric view for clarity）
12.10 産生風扇的軸心圓柱（Create the hub for the fan）
12.11 以疊層拉伸産生風扇葉片的麯麵（Create blade surface with loft surface method）
12.12 風扇葉片加厚（Thicken the blade）
12.13 切割葉片外型（Trim the blade to the outside profile）
12.14 葉片倒圓角（Make fillets on the blade edges）
12.15 建立基準中心綫（Create a center axis）
12.16 葉片環狀陣列（Circular pattern of the blades）
12.17 為風扇軸心圓柱倒圓角（Make fillet for the hub）
12.18 從汽車投影視圖建立3D立體模型I（Create a 3D car model from 2D pictures I）
12.19 從汽車投影視圖建立3D立體模型II（Create a 3D car model from 2D pictures II）

13. 範例十一：應用於內部結構的逆嚮工程技術（Reverse Engineering for inner structiurs）
13.1 3D-Doctor®基礎及輸入檔案格式（Basics of 3D-Doctor® and Import format）
13.2 標定（Calibration）
13.3 建立新圖層（Establish a new layer）
13.4 設定物件的灰階門檻進而對物件進行互動式區分（Adjust gray scale threshold for segmentation）
13.5 渲染／彩現（Rendering）
13.6 輸齣模型（Export the 3D model）
13.7 電腦自動設定物件的灰階門檻進而對物件進行區分（Auto-segmentation by computer）
13.8 渲染／彩現（Rendering）
13.9 提高清晰度及高分辨度（Higher definition and more detailed segmentations）

附錄1 麯麵及實體基本概念（Basics of surface and solid modeling）
1.1 麯麵（Surface）
1.2 實體（Solids）
1.3 麯麵與實體（Surface & Solid）
附錄2 逆嚮工程麯麵鋪設技巧範例影片之簡介（Brief Introduction for surfacing tip videos）

 

1.1 逆嚮工程簡述
 
逆嚮工程乍聽之下是一種高深且專業的流程，但其本質並不復雜，有沒有遇過一種情況是：想買一個新的櫃子但不知道目前的空間塞不塞得下，所以拿瞭一把捲尺量齣空間的寬度以及高度，進而比對櫃子的大小來評估該櫃子適不適閤目前的空間？在這種情形下就是在做一種逆嚮的動作瞭。
 
逆嚮工程（又稱反嚮工程、還原工程）為一種技術過程，其目的為針對一現有産品或專案分析及研究，從而推導演繹齣該産品之設計、處理流程、結構、功能規格等設計階段之要素，並利用得到的數據延伸齣其他的設計，主要應用在無法獲得必要生産資訊的情形下，直接分析末端成品，求齣其設計階段之數據。逆嚮工程並不止應用在工業設計環境，在軟體開發環境也常利用逆嚮工程的技術來分析商品及服務的可靠度，在某些情形下逆嚮工程往往會被認為是一種智慧財産權的侵害舉動。實際上不管是在商業、教育、軍事、工業、軟體工業等環境下，逆嚮工程均是研發過程中非常重要的一個技術指標。
 
不論在哪個環境，一般正常的設計多經由構思、設計、原型、成品、包裝的流程讓想法逐步的發展為一個成品，而逆嚮工程則是從一個成品反過來推導齣其設計階段的細節，常見於工業設計需利用現有機構延伸其他應用時，透過逆嚮工程技術還原齣其尺寸、設計階段之相關參數進而設計齣相對應的部件。

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