一種基于凹凸貼圖的浮雕網格表示及3D打印切片方法和系統技術方案

本發明專利技術公開了一種基于凹凸貼圖的浮雕網格表示及3D打印切片方法和系統，該方法包括以下步驟：獲取三維基本網格模型，根據網格的拓撲規則對三維基本網格模型中與Z平面相交的三角形進行自適應中點細分處理；獲取自適應中點細分處理后的三維基本網格模型初始頂點，根據凹凸貼圖原理更新所述初始頂點的幾何位置；將三維基本網格模型中三角形與Z平面進行求交計算，得到求交計算后的交線段并釋放所述三角形幾何信息；根據求交計算后的交線段的法線方向，將同一層Z平面上的交線段重組成閉合多邊形，生成打印路徑并轉化成G?code代碼。

A relief grid representation based on bump mapping and 3D printing slice method and system

The invention discloses a representation and 3D print slicing method and bump map based on the relief system of grid, the method comprises the following steps: obtaining basic 3D mesh model, according to the rules of the basic three-dimensional topological grid mesh model and Z plane triangle adaptive midpoint subdivision processing; 3D mesh model to obtain the basic initial vertex adaptive midpoint subdivision after treatment, according to the geometric position of bump map updating the initial vertex principle; the triangle and Z plane 3D basic grid model for intersection calculation, get the line segment intersection calculation and after the release of the geometric information; according to the normal direction of intersection calculation after the intersection, will the line segment with a layer of Z on the plane into a closed polygon, print path and transformed into a G code code.

【技術實現步驟摘要】
一種基于凹凸貼圖的浮雕網格表示及3D打印切片方法和系統
本專利技術涉及3D打印切片
，尤其涉及一種基于凹凸貼圖的浮雕網格表示及3D打印切片方法和系統。
技術介紹
從工程角度講,3D打印是一種快速表達出設計者意圖的工程方法；從制造技術角度講,3D打印是一種根據CAD數據將成型材料層層疊加制造出零件的工藝過程。3D打印作為一種高效的生產工具,具體步驟如下：導入STL模型,在計算機圖形學中STL作為一種能被計算機識別的文件格式,經常用二進制格式存儲三角面片的幾何信息；3D切片計算,一般情況沿著Z軸方向選取一系列的橫截面去截取3D模型,在截取的過程中,每個三角面片與橫截面相交得到大量的交線段,確定線段方向并選取首尾相連的線段重組成閉合的多邊形；劃分打印區域,根據切片過程中所獲多邊形,劃分打印區域與非打印區域,合理優化后確定打印區域的先后順序；打印3D模型,由打印區域生成打印路徑數據,將這些數據轉化成一種打印機能識別的控制機床語言G-code信息，由3D打印機完成模型打印的過程。一般情況下數字化浮雕網格可以展示出精美的細節和外觀,通過加密細分網格的方法來提高粗糙模型的視覺特點和幾何細節.由于模型表面細節過于豐富而產生很多問題,造成非常大的麻煩：1、浮雕網格使用OpenGLShader進行渲染時,占用內存、顯存較大,時常會因為顯存不足而導致程序崩潰；2、浮雕網格的文件所占空間比較大，導致頁面運行不順暢,非常不利于網絡傳輸與存儲.因此需要簡化模型,但如果一味追求渲染和傳輸速度而過于簡化,則會導致模型失真。
技術實現思路
基于
技術介紹
存在的技術問題，本專利技術提出了一種基于凹凸貼圖的浮雕網格表示及3D打印切片方法和系統；本專利技術提出的一種基于凹凸貼圖的浮雕網格表示及3D打印切片方法，包括以下步驟：S1、獲取三維基本網格模型，根據網格的拓撲規則對三維基本網格模型中與Z平面相交的三角形進行自適應中點細分處理；S2、獲取自適應中點細分處理后的三維基本網格模型初始頂點，根據凹凸貼圖原理更新所述初始頂點的幾何位置；S3、將三維基本網格模型中三角形與Z平面進行求交計算，得到求交計算后的交線段并釋放所述三角形幾何信息；S4、根據求交計算后的交線段的法線方向，將同一層Z平面上的交線段重組成閉合多邊形，生成打印路徑并轉化成G-code代碼。其中，在S1中，根據網格的拓撲規則對三維基本網格模型中與Z平面相交的三角形進行自適應中點細分處理，具體包括，通過相交測試算法判斷三維基本網格模型中三角形是否與Z平面相交，其中所述相交測試算法包括：獲取三維基本網格模型中三角形q；計算所述三角形q的包圍盒，其中所述包圍盒Z軸最小值為zmin，所述包圍盒Z軸最大值為zmax；計算tmin和tmax,并判斷tmin是否小于tmax，當判斷結果為是時，則所述三角形與Z平面相交，當判斷結果為否時，則所述三角形與Z平面不相交，其中zHeight表示兩個Z平面之間的距離。其中，在S1中，所述根據網格的拓撲規則對三維基本網格模型中與Z平面相交的三角形進行自適應中點細分處理，還包括：分別在三維基本網格模型中Z平面相交的三角形每條邊的中點插入新的網格點，將所述三角形劃分成四個三角形。其中，在S2中，所述獲取自適應中點細分處理后的三維基本網格模型初始頂點坐標，根據凹凸貼圖原理更新所述初始頂點坐標的幾何位置，具體包括：S21、獲取所述三維基本網格模型網格初始頂點P(u,v)；S22、根據凸貼圖的灰度值與網格的高度值存在線性關系計算初始頂點P的高度值HP＝a×hP，其中a為常數，hP為初始頂點P對應凹凸圖上的灰度值；S23、將初始頂點P按照P點法向量移位d，則移位后始頂點P的移位法向量NP＝N+duN×Pu+dvN×Pv，其中|d(u,v)|<<1，N為初始頂點P初始向量值；S24、通過下述公式計算三維基本網格模型網格更新后頂點幾何位置：P'＝P+Hp×Np，其中P'表示更新后頂點的幾何位置。其中，在S3中，所述Z平面為平行于X-Y平面的橫截面。一種基于凹凸貼圖的浮雕網格表示及3D打印切片系統，包括：細分處理模塊，用于獲取三維基本網格模型，根據網格的拓撲規則對三維基本網格模型中與Z平面相交的三角形進行自適應中點細分處理；頂點更新模塊，用于獲取自適應中點細分處理后的三維基本網格模型初始頂點，根據凹凸貼圖原理更新所述初始頂點的幾何位置；求交計算模塊，用于將三維基本網格模型中三角形與Z平面進行求交計算，得到求交計算后的交線段并釋放所述三角形幾何信息；代碼生成模塊，用于根據求交計算后的交線段的法線方向，將同一層Z平面上的交線段重組成閉合多邊形，生成打印路徑并轉化成G-code代碼。其中，所述細分模塊，具體包括相交測試子模塊，所述相交測試子模塊用于：獲取三維基本網格模型中三角形q；計算所述三角形q的包圍盒，其中所述包圍盒Z軸最小值為zmin，所述包圍盒Z軸最大值為zmax；計算tmin和tmax,并判斷tmin是否小于tmax，當判斷結果為是時，則所述三角形與Z平面相交，當判斷結果為否時，則所述三角形與Z平面不相交，其中zHeight表示兩個Z平面之間的距離。其中，所述細分模塊，具體用于：通過分別在三維基本網格模型中Z平面相交的三角形每條邊的中點插入新的網格點，對三維基本網格模型中與Z平面相交的三角形進行自適應中點細分處理，將所述三角形劃分成四個三角形。其中，所述頂點更新模塊，具體包括初始頂點獲取子模塊、初始頂點高度值計算子模塊、初始頂點移位法向量計算子模塊、更新后頂點幾何位置計算子模塊；初始頂點獲取子模塊，用于獲取所述三維基本網格模型網格初始頂點P(u,v)；初始頂點高度值計算子模塊，用于根據凸貼圖的灰度值與網格的高度值存在線性關系計算初始頂點P的高度值HP＝a×hP，其中a為常數，hP為初始頂點P對應凹凸圖上的灰度值；初始頂點移位法向量計算子模塊，用于將初始頂點P按照P點法向量移位d，則移位后始頂點P的移位法向量NP＝N+duN×Pu+dvN×Pv，其中|d(u,v)|<<1，N為初始頂點P初始向量值；更新后頂點幾何位置計算子模塊，用于通過下述公式計算三維基本網格模型網格更新后頂點幾何位置：P'＝P+Hp×Np，其中P'表示更新后頂點的幾何位置。其中，所述求交計算模塊，具體用于：所述Z平面為平行于X-Y平面的橫截面。本專利技術通過將凹凸貼圖表示的浮雕網格直接應用到3D切片中,通過凹凸貼圖的灰度信息獲得三維基本網格模型的高度信息,隨時存儲每個根據打印精度需求任意細分的三維基本網格模型,完成沿Z軸切片后,及時釋放三維基本網格模型信息,避免占用更多額外存儲空間，該方法充分借助凹凸貼圖本身的幾何信息,并保持模型的拓撲結構,生成具有良好視覺效果的浮雕。附圖說明圖1為本專利技術提出的一種基于凹凸貼圖的浮雕網格表示及3D打印切片方法流程圖；圖2為本專利技術提出的一種基于凹凸貼圖的浮雕網格表示及3D打印切片系統模塊示意圖；圖3為本專利技術提出的一種基于凹凸貼圖的浮雕網格表示及3D打印切片方法中三角形與Z平面位置情況示意圖；圖4為本專利技術提出的一種基于凹凸貼圖的浮雕網格表示及3D打印切片方法中更新頂點位置示意圖；圖5為本專利技術提出的一種基于凹凸貼圖的浮雕網格表示及3D打印切片方法中交線段位本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于凹凸貼圖的浮雕網格表示及3D打印切片方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、獲取三維基本網格模型，根據網格的拓撲規則對三維基本網格模型中與Z平面相交的三角形進行自適應中點細分處理；S2、獲取自適應中點細分處理后的三維基本網格模型初始頂點，根據凹凸貼圖原理更新所述初始頂點的幾何位置；S3、將三維基本網格模型中三角形與Z平面進行求交計算，得到求交計算后的交線段并釋放所述三角形幾何信息；S4、根據求交計算后的交線段的法線方向，將同一層Z平面上的交線段重組成閉合多邊形，生成打印路徑并轉化成G?code代碼。

【技術特征摘要】
1.一種基于凹凸貼圖的浮雕網格表示及3D打印切片方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、獲取三維基本網格模型，根據網格的拓撲規則對三維基本網格模型中與Z平面相交的三角形進行自適應中點細分處理；S2、獲取自適應中點細分處理后的三維基本網格模型初始頂點，根據凹凸貼圖原理更新所述初始頂點的幾何位置；S3、將三維基本網格模型中三角形與Z平面進行求交計算，得到求交計算后的交線段并釋放所述三角形幾何信息；S4、根據求交計算后的交線段的法線方向，將同一層Z平面上的交線段重組成閉合多邊形，生成打印路徑并轉化成G-code代碼。2.根據權利要求1所述的基于凹凸貼圖的浮雕網格表示及3D打印切片方法，其特征在于，在S1中，根據網格的拓撲規則對三維基本網格模型中與Z平面相交的三角形進行自適應中點細分處理，具體包括，通過相交測試算法判斷三維基本網格模型中三角形是否與Z平面相交，其中所述相交測試算法包括：獲取三維基本網格模型中三角形q；計算所述三角形q的包圍盒，其中所述包圍盒Z軸最小值為zmin，所述包圍盒Z軸最大值為zmax；計算tmin和tmax,并判斷tmin是否小于tmax，當判斷結果為是時，則所述三角形與Z平面相交，當判斷結果為否時，則所述三角形與Z平面不相交，其中zHeight表示兩個Z平面之間的距離。3.根據權利要求1所述的基于凹凸貼圖的浮雕網格表示及3D打印切片方法，其特征在于，在S1中，所述根據網格的拓撲規則對三維基本網格模型中與Z平面相交的三角形進行自適應中點細分處理，還包括：分別在三維基本網格模型中Z平面相交的三角形每條邊的中點插入新的網格點，將所述三角形劃分成四個三角形。4.根據權利要求1所述的基于凹凸貼圖的浮雕網格表示及3D打印切片方法，其特征在于，在S2中，所述獲取自適應中點細分處理后的三維基本網格模型初始頂點坐標，根據凹凸貼圖原理更新所述初始頂點坐標的幾何位置，具體包括：S21、獲取所述三維基本網格模型網格初始頂點P(u,v)；S22、根據凸貼圖的灰度值與網格的高度值存在線性關系計算初始頂點P的高度值HP＝a×hP，其中a為常數，hP為初始頂點P對應凹凸圖上的灰度值；S23、將初始頂點P按照P點法向量移位d，則移位后始頂點P的移位法向量NP＝N+duN×Pu+dvN×Pv，其中|d(u,v)|<<1，N為初始頂點P初始向量值；S24、通過下述公式計算三維基本網格模型網格更新后頂點幾何位置：P'＝P+Hp×Np，其中P'表示更新后頂點的幾何位置。5.根據權利要求1所述的基于凹凸貼圖的浮雕網格表示及3D打印切片方法，其特征在于，在S3中，所述Z平面為平行于X-Y平面的橫截面。6.一...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳美娟，楊周旺，劉利剛，王士瑋，
申請(專利權)人：合肥阿巴賽信息科技有限公司，
類型：發明
國別省市：安徽,34