概要

把机器拆了重装，可以让我们深入了解机器的内在结构。而这正是逆向工程的工作原理。拆解重装能让我们看到设备的制造工艺，从而找到替换、优化、分析零部件的方法，但其中，重中之重是如何精准测量这些部件。这时，就需要三维扫描出场了。那么，哪种方式才是三维扫描数据制作CAD模型的可靠方式？答案自然就是逆向工程软件。根据这一考量，我们精心挑选了数款优秀工具。

软件

Artec Studio, Meshmixer, Artec计量套件, Design X, Geomagic for SOLIDWORKS, SpaceClaim

平台

Windows, macOS, Linux

价格区间

免费 - €18000

简介

如何才能分析现有的零件或工具，了解它们的制作工艺？如何才能清晰了解机器或系统运行的方式？答案就是——逆向工程。通过该技术，我们可以拆解物体，找到改进方式，也可以直接找到替代部件。通常，逆向工程需要为真实物体的几何快速完成精准的几何数字化采集。得益于今天的科技创新，我们几乎可以为任何物体完成逆向工程，从微型工业零件到大型建筑设备。

逆向工程应用场景多样，这对产品优化、定制、重构而言至关重要。该技术被广泛应用于制造、航空航天、汽车等行业。逆向工程可以完成各类任务，例如重新制作或复制已停产的部件，进行产品质量检验，也能评估竞品性能。

逆向工程具体如何进行？典型的逆向工程工艺包括物体测量，并采集数据，随后进行数据处理和CAD工序。今天的逆向工程师能利用的工具十分丰富，可协助他们轻松完成整个流程，其中一项工具就是逆向工程软件。

下面，我们具体介绍几款优秀的逆向工程工具，并探索逆向工程流程的设计步骤。

逆向制作中的数据采集和处理

逆向工程中的数据采集及其过程十分复杂。在本篇测评中，我们将侧重介绍当前主流的操作方式——三维扫描、摄影测量、三坐标测量、CT扫描。选择何种方式取决于应用的具体行业和场景。此外，我们还会罗列需要您重视的一些时间和预算限制。

要点

逆向工程中的数据采集既可手动完成，也能采用数字化方式，常见的方法就是三维扫描、计量级摄影测量、三坐标测量仪、CT扫描。

如果要对成品产品或部件完成逆向工程，三维扫描或许是好的选择，可以将实物快速变成CAD模型，且速度快，操作方便。由于三维扫描仪不能直接生成CAD模型（扫描仪输出数据为点云或网格数据），您需要通过建模软件完成下一步工序，即扫描至CAD工作流，这是一个半自动工艺，专业软件可以把三维数据转换成可编辑、可设计的CAD文件。

三维扫描仪提供的精准表面测量值在逆向工程中发挥极为重要的作用。事实上，三维扫描数据能帮我们从现实世界中获得有用的认识，并将其转换后精准体现为数字形式。专业三维扫描仪采集的数据将以可操作的3D模型形式呈现，对物体或场景的完整几何进行渲染。

CT扫描仪和三坐标测量仪往往价格不菲，难以移动，培训所耗时间久，而三维扫描仪刚好相反：逆向工程非常需要三维扫描仪的速度、适用广度和便捷度。

三维扫描技术采集点云有多种方式，其中光学三维扫描法受欢迎。光学三维扫描法采用无损处理，通过投射结构光和激光束至物体，来采集并复制物体。

如今，扫描软件也多种多样，从智能手机到智能3D成像程序，它们适合不同的操作系统，难易度、价格也不尽相同。但无论何种情况，一款优秀软件的标志之一，就是应当让用户快速上手。归根结底，用户投入的精力要和产出成正比，数据准确，分辨率高，质量上乘。

计量级摄影测量法是另一款测量工具，可以将各个角度拍摄的照片合成为3D点云。计量级摄影测量套件应配备标记点（粘性贴或磁贴）、比例尺、参考十字和一台性能强大的相机。三维扫描仪配合这样一款套件，就摇身变成了制作高精度3D模型的优秀解决方案。摄影测量法制作的3D点云可以和三维扫描生成的3D网格对齐，结合两种技术强项，成就更高精度。

要点

任何一种测量技术，都需要一款用户友好的软件，这是顺利完成制作工艺的关键。

软件工具

Artec Studio

价格

·         30天免费试用

·         年度订阅 US $1200

·         终身许可，免费更新 US $2900

操作系统

Windows

优势

·         算法强大，追求极致的扫描精度与速度

·         纹理与几何追踪算法十分优秀

·         扫描和拟合CAD基本图元

缺陷

·         或需要完整软件包，提供更多逆向工程软件

流畅的三维扫描体验必然简洁明了，省时省力。使用Artec Studio处理数据时，既可选择为您分忧解难的智能自动模式，也可选择灵活度更高、可全权掌控的手动模式。自动模式将主导整个流程并提示下一步操作，而手动模式更适合经验丰富的用户，操作更灵活。Artec Studio配备布尔算法等高级功能，可借助CAD实体和网格修改模型，简化逆向工程流程。同时，先进的自动曲面工具能将有机形状转换成CAD实体模型。

要点

Artec Studio配备逆向工程扫描至CAD的全部关键功能，还能与Geomagic Design X等全套软件包配合使用，解锁更多逆向工程工具。

一站式解决方案Artec Studio工具一应俱全，可创建网格基本图元，并调节大小，重新定位。利用CAD基本图元是扫描至CAD中的一个关键环节。这些兼容CAD的对象能拟合至模型几何，加快CAD文件的转换过程。直接在采集数据的软件中为3D模型拟合基元，大幅提升了工程速度。Artec Studio的CAD基本图元工具也大幅优化了逆向工程流程：提取关键几何数据并保存为常见的CAD格式，便于将网格与CAD对象一键导出至Design X或Geomagic for SOLIDWORKS。

Autodesk Meshmixer

价格

·         免费

操作系统

Windows, macOS

优势

·         丰富的教程与用户资料

·         编辑面广，用户友好

·         快速调整格式

·         挖空功能稳定可靠

缺陷

·         对初学者而言过于高阶

·         需要性能强劲的显卡和新的显卡驱动程序

Meshmixer原本只是3D打印圈的一款“业余爱好者工具”，但现在已摇身变成处理网格文件的前沿软件。无论是需要清理三维扫描，准备文件进行3D打印，还是逆向工程过程中需要对模型进行其他操作，Meshmixer都能搞定。稍加练习，就能熟练运用多款工具操作模型。只需将文件拖入编辑区，就能继续调整、切割、清理、修复、合并3D模型。

无需专业技术知识，也不用理解软件中每个细节，就能学会使用Meshmixer。但是，您仍然需要花一些时间，来熟悉软件的基本功能，发挥软件潜能。您可在网上找到Meshmixer教程， 快速了解修改网格相关操作的异同。

Artec计量套件

价格

·         入门版 US $27,400，专业版 US $42,700

操作系统

Windows

优势

·         兼容Geomagic Control X、PolyWorks 等顶级软件

·         精度高达2微米

缺陷

·         需要对计量级摄影测量工作流程有基本了解

Artec计量套件是一款光学坐标测量系统，能轻松集成至逆向工程、测试、检验工作流程。计量套件一个出彩之处就在于可以配合Artec 3D扫描仪，将套件的摄影测量结果与扫描仪数据合并。体积精度可提升至15 µ/m。对于机械零件、飞机部件、船只、车辆、甚至风力涡轮机等物体而言，无论是追求高精度的测量值，还是对比3D网格或CAD实体，计量套件都是一项完美的测量工具。

CAD设计：小妙招

下一步操作取决于逆向工程的目标。您可以直接将模型用于制造，也可以在CAD工程软件中继续分析和转换。下面，我们来了解能完成逆向工程工序的几款优秀软件。

Geomagic Design X

价格

·         US $19950

操作系统

Windows

优势

·         结合参数化CAD和三维扫描数据处理功能的独特软件

·         可通过导出至SOLIDWORKS、Siemens NX、Autodesk Inventor、PTC Creo、Pro/Engineer，为首选的CAD系统添加组件。

缺陷

·         软件价格不菲，但效果好

Geomagic Design X是将三维扫描数据转换成CAD特征模型的解决方案。无论是要扫描实体来设计新零件和部分组件，还是要将某个零件改造成参数化模型，该程序的诸多功能都能帮您顺利搞定。Geomagic Design X能轻松（自动）根据扫描数据创建平面、草图、特征。

Design X的用户界面基于SOLIDWORKS界面而设计，一样简单好用。横跨顶部的图标包含您需要的所有任务：点、多边形、区域、对齐、草图、精确表面处理。左侧为创建的数据列表：点、多边形、面、草图。2022年发布的Geomagic Design X新增了几项全新功能，如各种草图工具、放样和精确表面建模工具优化、代替标记点网格。

要点

Geomagic Design X是一款功能全面、广受业界好评的逆向工程软件。特征CAD和三维扫描处理功能的叠加，意味着您可以轻松创建兼容顶尖CAD软件的可编辑实体模型。

Geomagic for SOLIDWORKS

价格

·         按需

操作系统

Windows, macOS

优势

·         自动化向导轻松创建精准草图、表面和可编辑的特征模型

·         可直接在SOLIDWORKS中打开

·         3D对比轻松快捷（例如CAD对象和网格对象）

缺陷

·         对新手而言过于高阶

这款专业插件由3D Systems研发，目的是帮助您将3D扫描轻松转换成可编辑的CAD对象。Geomagic for SOLIDWORKS配备多款得力工具，例如网格编辑、点云处理、自动特征提取，能为逆向工程迅速创建3D模型。

要点

Geomagic for SOLIDWORKS是Design X的精简版，支持一系列主流三维扫描仪，能快速创建草图、表面或可编辑的特征型实体零件，缩短复杂3D建模的时间。

许多三维扫描仪兼容Geomagic for SOLIDWORKS，可轻松导入已有扫描数据。无论是导入的网格和点云，都能用Geomagic的逆向工程算法进行下游工作。在设计数据丢失、缺乏旧部件CAD图纸，或必须重做一个磨损部件时，这款插件都能轻松解决。

SpaceClaim

价格

·         按需

操作系统

Windows, Linux

优势

·         模拟准备时间缩短

·         轻量级3D建模软件，适合逆向制作全新部件

缺陷

·         模拟需要大量处理能力，软件需占用大量内存

图片来源：Ansys/YouTube

SpaceClaim是一款独立软件，旨在协助工程师从零开始创建实体模型。SpaceClaim能高效处理STL文件，轻松优化高噪点扫描，修复不满意的扫描元素。对于没有充裕时间来全面学习传统CAD系统的用户而言，SpaceClaim是一款完美的解决方案，软件有蒙皮曲面等好用的工具，可根据棱镜或真实形状自动创建实体几何。同时，这也意味着用户可以根据不同扫描重建表面数据，无论扫描完整与否。您还可以缩短模拟准备时间，从而专注于模拟结果。软件将为您加快几何准备速度，更快进入分析环节，节省模拟前的宝贵时间。

质的飞跃

没什么能像三维扫描一样助推逆向工程的速度。借助三维扫描，分分钟就能为任何物体完成数字化，构建出一个犹如相片般细腻的3D模型，甚至制造出更优化的实物。精度飙升，分析速度飞快，还可进行必要的改动，这使三维扫描成为逆向工程不可或缺的得力工具。逆向工程软件配上工业级三维扫描仪，将赋予产品设计师和制造商无穷力量。