發(fā)布時(shí)間：2020-02-17 03:52

【摘要】：針對(duì)3D浮雕網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)、面數(shù)空間占用大,在打印過(guò)程中耗費(fèi)內(nèi)存等缺點(diǎn),提出將凹凸貼圖表示的浮雕模型直接進(jìn)行切片完成打印,并提出基于凹凸貼圖的浮雕網(wǎng)格的3D打印自適應(yīng)細(xì)分切片算法.在切片過(guò)程中,先對(duì)輸入的粗網(wǎng)格根據(jù)凹凸圖深度信息進(jìn)行自適應(yīng)中點(diǎn)細(xì)分,并更新細(xì)分后三角網(wǎng)格頂點(diǎn)的幾何位置;然后對(duì)生成的局部三角網(wǎng)格集合與切片進(jìn)行求交運(yùn)算,將所獲得的交線段存儲(chǔ)后釋放此三角形集合的內(nèi)存;最后將生成的交線段重組成閉合多邊形,生成打印路徑,交由打印機(jī)完成浮雕模型打印.實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,將凹凸貼圖推廣到3D打印中,與傳統(tǒng)的打印過(guò)程進(jìn)行對(duì)比,該方法的空間利用率得到顯著性提高.
【圖文】：

高度值,更新三角網(wǎng)格的頂點(diǎn)坐標(biāo),生成局部的3D浮雕模型;最后選取等厚度的切片,與更新幾何位置后的三角網(wǎng)格進(jìn)行求交運(yùn)算,將所獲得的交線段保存,釋放切片后的三角網(wǎng)格所占的內(nèi)存空間.依次對(duì)粗網(wǎng)格中每一個(gè)三角形進(jìn)行切片計(jì)算,直到整體的粗網(wǎng)格完成切片,對(duì)于切片過(guò)程中存儲(chǔ)的交線段,在每一層中將散亂的交線段以首尾相連的方式,重新組合成閉合的多邊形,并劃分每個(gè)多邊形所屬的區(qū)域,生成打印路徑,轉(zhuǎn)換成G代碼交由打印機(jī)完成打印.定義.打印機(jī)對(duì)模型切片時(shí),將平行于X-Y平面的橫截面稱(chēng)為切片,簡(jiǎn)稱(chēng)Z平面.本文方法具體流程如圖2所示.圖2本文方法流程圖輸入.2D圖片,3D基本粗網(wǎng)格.輸出.浮雕模型的打印實(shí)體.Step1.自適應(yīng)中點(diǎn)細(xì)分.對(duì)粗網(wǎng)格上的單個(gè)三角行i進(jìn)行自適應(yīng)中點(diǎn)細(xì)分,將細(xì)分得到的三角網(wǎng)格集合記為1T.Step2.更新頂點(diǎn)幾何位置.根據(jù)輸入2D圖片生成深度圖,利用凹凸映射原理,更新1T中三角形頂點(diǎn)幾何位置,并將此時(shí)三角形集合記為2T.Step3.與切片求交運(yùn)算.對(duì)2T中三角形集合與相交的切片集進(jìn)行求交運(yùn)算,存儲(chǔ)運(yùn)算中所獲交線段后釋放2T所占的內(nèi)存空間.Step4.對(duì)下一個(gè)i1重復(fù)以上操作,直到模型的三角網(wǎng)格中所有三角形都完成切片計(jì)算為止.然后將所獲得的交線段按切片所在層重新組合成閉合多邊形,并對(duì)所有多邊形劃分、標(biāo)記出打印區(qū)域后生成打印路徑,最終將打印路徑數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成G代碼,交由打印機(jī)完成模型的打印.3.3自適應(yīng)中點(diǎn)細(xì)分算法中點(diǎn)細(xì)分算法本是一種特殊的Loop細(xì)分,即

阜峙卸?判斷的準(zhǔn)則為切片過(guò)程是否會(huì)產(chǎn)生無(wú)效線段,主要分為相交測(cè)試和細(xì)分的終止條件設(shè)定.按照以上規(guī)則細(xì)分后的三角網(wǎng)格,既保證了模型打印后的視覺(jué)效果,又減少了三角形與切片的求交運(yùn)算的次數(shù),避免了過(guò)多的無(wú)效線段生成.因?yàn)槊看渭?xì)分一個(gè)三角網(wǎng)格,避免了全局細(xì)分時(shí)占用大量存儲(chǔ)空間的問(wèn)題,所以綜合來(lái)看,提高了打印速度、減少了內(nèi)存消耗.在細(xì)化過(guò)程中對(duì)三角形進(jìn)行相交測(cè)試,主要是根據(jù)三角形頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的灰度值求出此三角形對(duì)應(yīng)的高度值區(qū)間.選取介于此區(qū)間的切片集合iz,在細(xì)分過(guò)程中判斷每個(gè)三角是否與iz相交.圖3a中的△ABC與Z平面不相交,則不對(duì)△ABC做任何細(xì)分;圖3b中的△AEF與Z平面相交,其余三角形不與Z平面相交,此時(shí)只細(xì)分△AEF,其余三角形不做任何處理.經(jīng)過(guò)相交測(cè)試后細(xì)分的三角形與全細(xì)分的三角形相比,減少了三角形的數(shù)量,在模型存儲(chǔ)以及后續(xù)切片中減少內(nèi)存的占用,從而減少了切片計(jì)算,提高了切片效率.a.△ABC與切片不相交不細(xì)分b.△AEF與切片相交細(xì)分圖3三角網(wǎng)格自適應(yīng)中點(diǎn)細(xì)分2種情況細(xì)分的目的是要細(xì)化網(wǎng)格,提升網(wǎng)格細(xì)節(jié),增加浮雕在視覺(jué)上的柔和細(xì)膩感.為了在細(xì)分網(wǎng)格的同時(shí)不降低細(xì)分后網(wǎng)格的視覺(jué)質(zhì)量,在細(xì)化的過(guò)程中設(shè)定三角形細(xì)分的終止條件.本文借助Wang等[9]提出的顯著圖原理,將待細(xì)分的浮雕模型對(duì)應(yīng)的凹凸貼圖的視覺(jué)重要性作為三角形細(xì)分的終止條件.根據(jù)映射關(guān)系可知,顯著圖能衡量高度圖中的像素視覺(jué)重要性,它亦能反映網(wǎng)格點(diǎn)的高度值所對(duì)應(yīng)區(qū)域的重要性,顯著性從低到高的遞增變化過(guò)程,對(duì)應(yīng)區(qū)域顯示的顏色從藍(lán)色到紅色遞增變化,如圖4所示.在對(duì)三角形進(jìn)行遞歸細(xì)分的過(guò)程中,本文遵循視覺(jué)重要性高的位置增加細(xì)分次數(shù),反之減少細(xì)分次數(shù)的原則,當(dāng)三角形三個(gè)頂點(diǎn)的視覺(jué)重要性或者三角形面積小于文獻(xiàn)[9]

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