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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林佳駿
研究生(外文):Chia-Chun Lin
論文名稱:應用逆向工程於產品快速設計之直接塑模
論文名稱(外文):Direct modeling of applying reverse engineering to fast product design
指導教授:蕭世文蕭世文引用關係
指導教授(外文):Shih-Wen Hsiao
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:工業設計學系碩博士班
學門:設計學門
學類:產品設計學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:110
中文關鍵詞:曲面造形逆向工程直接塑模
外文關鍵詞:Reverse engineeringStyle-making of curved surfacedirect modeling
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中文摘要

現在的市場趨勢已不如以往那般,只要廠商製造產品,消費者必須接受的時代,也不是只要滿足消費者的機能需求就可以的;現在的消費者對於產品的選擇和要求也是越來越多樣化,是一個相當複雜與難以預測的的消費市場形態,已經不如以往那般地輕易預測。對廠商而言他的應映策略該為何呢?如何面對複雜的消費形態和越來越競爭的市場環境呢?而且在台灣加入WTO這個國際市場之後,所要面對的競爭將會是越來越激烈,因為每一家廠商都是站在相同的起跑點上來爭食這個全球市場,誰能最快速地掌握住消費者的心,這將能獲得消費者們的認同和整個消費市場的佔領。
對工業設計來說,要因應「產品快速化設計」以及滿足不同消費群體的「產品少量多樣」的方針之下,提出應用逆向工程的方式,建立可以直接塑造產品造形的曲面操作界面,加快產品的產出。
在本研究中探討如何應用逆向工程的技術對產品快速設計的助益和方式,本研究以實驗的方法進行,為彰顯整個研究的貢獻乃應用一實際產品為例子,將掃描過的產品數位化並虛擬在電腦裡,利用設計師所繪製的設計平面圖為基本的產品設計底圖,並直接對電腦中的3D模型樣本產品依據底圖做造形上的改變,經由產品3D模型上的NURBS曲面、曲線架構做直接塑模的修改,並且產生各種產品曲面造形,以期達到產品快速的產出與多樣化的造形設計;並建立一個以逆向工程方式的產品直接塑模界面,有利於設計師在設計時的使用與產出速度;同時並探討應用此方法時,對以往的產品設計流程有何影響及改善也做一說明和比較,以期能產生較佳的設計流程。


關鍵字:逆向工程、曲面造形、直接塑模
Abstract
The marketing trend nowadays is not the same as usual, the consumers do not have to accept all of the products manufactured by factories, or they will not be satisfied with the product, which has the function of consumers’ demands. Current consumers need to have more choices on selecting products and their requests are becoming variety. This is a quite complicated and unpredictable form of consumer market. It is not easy to predict the trend of market as usual. To the factories, what are their strategies for solving this problem ? How do they face up to the complicated consumer form and the more competitive market surrounding? Furthermore, since Taiwan joined the huge international market, WTO (World Trade Organization), the competition Taiwanese factories are facing is keener and keener, because every factory is standing at the same starting line for gaining the worldwide market. Who could catch up the likes and dislikes of consumers quickly, who is going to win the most share of the market.
With regard to Industry Design, in order to conform to the “fast-design of products” and satisfy the tack of “ small volume and variety of products” required to different consumer groups, predecessors have brought up the application of “Reverse Engineering” to establish the curved surface operating interface of direct molding in order to speed up the production of products.
This study is conferring how to apply the technique of Reverse Engineering to increase the benefits and methods of quick-design on products. This study is proceeding by experiments, in order to manifest the contribution of the whole study, I adopted a real product as example for digitizing the data of scanned product and imitating in the computer. And then, to utilize the designed planes drawn by designer as the base maps of product, after that, to make direct changes on the appearance of the 3D model which has been digitized in computer according to the base maps. By doing direct molding changes on the NUBS curved surfaces and curve structures of the 3D model, to produce various curved surfaces in order to achieve the” speed production” and “varied style-making” of products, and establish a product direct molding interface by the methods of Reverse Engineering to benefit the designers on designing and expediting the speed of production. In the meantime, while conferring the application of the method, the influences and improvements to former procedures of product design caused by this method will be explained and compared, and expect to find out a better procedure of product design.

Keywords: Reverse engineering, Style-making of curved surface, direct modeling
第一章 緒論 11
1.1 研究動機 11
1.2 研究目的 14
1.3 文獻探討 14
1.4 研究目標 16
1.5 研究架構與說明 17
第二章 相關研究之探討 20
2.1 逆向工程量測系統 20
2.1.1 接觸式量測 20
2.1.2 非接觸式量測系統 21
2.1.3. 接觸式與非接觸式量測系統之比較 22
2.2 點資料的處理 24
2.3 曲線與曲面的重建 26
2.3.1 Bezier曲線 26
2.3.2 NURBS曲線 27
2.3.3 B-Spline曲面 28
2.3.4 舉升曲面(Loft Surface) 29
2.3.5 掃瞄曲面(Sweep Surface) 29
2.4 曲面建立 30
2.4.1 近似法(Approximation) 30
2.4.2 插補法(Interpolation) 30
2.5 工業設計 31
2.5.1 產品開發流程 32
第三章 研究之理論與架構 35
3.1. 內插 35
3.2. 融合函數 37
3.3 HERMITE曲線與表面 39
3.3.1. Hermite式 39
3.4 幾何連續性與參數連續性 42
3.5 BEZIER曲線與曲面 44
3.5.1. Bezier曲面 47
3.6 B-SPLINE曲線 49
3.6.1 三次B-spline曲線 49
3.6.3. 一般性B-spline 53
3.6.4. 遞迴定義之B-spline 54
3.6.5. 均勻B-spline 55
3.6.6 不均勻B-spline 56
3.7 NURBS 59
第四章 研究步驟與方法 61
4.1 目標產品選定 62
4.2 3D量測擷取原始樣本之資料 64
4.2.1 利用3D接觸式掃瞄擷取點資料 64
4.2.2 3D量測時的定位與點線資料 65
4.3 點線資料處理 67
4.3.1 點線資料的雜訊清除 68
4.3.2 座標平面的重新校正與設定 68
4.3.3 點線資料的重新取樣 69
4.3.4 原始樣本的曲面建構 71
4.4 設計草圖的插入 73
4.5 改變原始樣本的造形 74
4.5.1 改變原始曲面的形狀 75
4.5.2 控制曲面(U,V)線段方向的數量 77
4.5.3 控制點的權重 82
4.5.4 新造形的產出 84
第五章 系統建構及操作介面設計 88
5.1 控制點的編輯 89
5.1.1 控制點的開關: 90
5.1.2 權重的設定 91
5.2 曲面的階數設定 92
5.2.1 曲面的控制點數 93
5.2.2 曲面的階數設定 94
5.3 底圖的設定 96
第六章 結果與討論 97
6.1 機構 97
6.2 對設計流程的影響 100
6.3 產品新舊造形的整體比較 102
第七章 結論與建議 106
7.1 結論 106
7.2 建議 107
參考文獻 108
參考文獻
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6.Piegl L. (1989 b), Modifying the shape of rational B-splines, Part 2: surfaces, Computer Aided-Design, Vol 21(9) 538-546
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中文參考文獻
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33.黃恆星,“Pro/Engineer2001”,�眳p資訊股份有限公司
34.金少校,“NURBS工業設計建模教材”,美工科技有限公司
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