随着制造业市场竞争的日益激烈,多品种、小批量、个性化产品需求越来越大,交货期成为企业间的主要竞争因素。逆向工程技术因为能实现产品的快速创新开发,在工业设计、医疗、文物保护等诸多领域都得到了广泛运用。逆向工程技术主要包括三维数据获取、数据预处理和曲面重建三个方面,其中数据预处理是逆向工程的首要环节,合理、有效的数据预处理能降低曲面重建的难度,同时保证重建模型的质量。论文针对大量散乱点云数据,研究数据预处理中的一些关键技术,主要研究工作如下:(1)介绍逆向工程及其应用,综述逆向工程点云数据获取方法、数据预处理技术和曲面重构技术的研究现状。(2)研究点云拓扑关系的建立方法,重点研究基于空间划分的拓扑结构建立方法。阐述并分析三种常用的点云拓扑关系建立方法:八叉树法、K-D树法和空间栅格法。(3)点云快速拾取。阐述点云拾取流程、关键技术及其研究现状,在此基础上提出一种基于自适应八叉树的大量点云快速拾取方法,该方法首先通过对点云数据作空间自适应八叉树划分,同时对用户给出的拾取多边形作包围盒处理;然后进行拾取运算时,先对八叉树顶点的屏幕投影点与拾取多边形作包围盒作求交运算,以初步筛选求交点,从而减少进行拾取判断的点云数量。实验表明该方法具有较高的拾取速度和精度。(4)点云去噪。分析噪声点产生的原因及其数学模型,综述散乱点云数据常用的去噪方法。研究了一种基于邻域平均法的去噪方法。先通过八叉树方法建立点云的K邻域拓扑结构,在八叉树建立过程中使用分层策略,以保证K邻域求解的完整性;然后使用邻域距离平均法去噪。仿真实验表明该方法能有效去除点云噪声点。(5)点云数据预处理软件开发。介绍软件开发的相关技术,以及软件所具备的基本功能。在Windows XP系统环境下,利用Visual C++为开发平台,结合OpenGL图形函数库实现了点云数据预处理系统。该系统具有点云数据输入与输出、多功能交互式显示等功能,实现了点云快速拾取与点云去噪等功能,系统人机交互界面简单合理,操作便捷。通过实例运行测试,软件运行良好。