古建筑3D打印中支撐結(jié)構(gòu)生成算法研究.pdf

1、古建筑是人類幾千年來遺留下來的寶貴產(chǎn)物，對于古建筑的傳承和復原保護，是一項必要而又具有一定難度的工作，利用3D打印技術(shù)不但能將成本降到最低，還能夠?qū)崿F(xiàn)逼真還原。但是在3D過程中，針對于古建筑的內(nèi)部和外部懸空區(qū)域，在未支撐情況下會發(fā)生熔融坍塌現(xiàn)象，而且有的支撐結(jié)構(gòu)生成算法對內(nèi)部和外部懸空區(qū)域生成相同的支撐結(jié)構(gòu)，并且存在打印時間久，支撐不穩(wěn)定或者耗材多等缺陷。針對上述缺陷，本文以對古建筑待支撐區(qū)域識別、待支撐區(qū)域分割、支撐結(jié)構(gòu)生成算法的優(yōu)化

2、等作為主要研究內(nèi)容，具體的研究工作如下:
　　1.識別古建筑的懸空待支撐區(qū)域。對于STL格式的古建筑模型，采用拓撲重構(gòu)算法使三角面片彼此相關(guān)且有序，并分層獲取截面輪廓線，利用內(nèi)外輪廓自動識別技術(shù)生成各層內(nèi)外輪廓，最終對各層之間運用布爾運算算法，識別出懸空待支撐區(qū)域。
　　2.待支撐區(qū)域的分割算法研究。首先是利用隨機霍夫變換算法擬合種子平面，設置鄰域、法向量夾角和距離的閾值，將符合條件的點集加入到種子區(qū)域;其次是區(qū)域生長，同樣

3、以閾值作為區(qū)域生長的條件，并自動調(diào)整平面參數(shù)。實驗表明該分割算法實現(xiàn)了對內(nèi)部和外部區(qū)域的準確分割。
　　3.提出稀疏樹形支撐結(jié)構(gòu)生成算法。對于分割的外部待支撐區(qū)域，現(xiàn)有的支撐結(jié)構(gòu)生成的算法在耗材以及支撐穩(wěn)定性方面遠非最優(yōu)，本文算法主要研究對待支撐點稀疏化采樣，加以支撐懸臂長度和強度約束的算法，同時優(yōu)化支撐柱。實驗表明該算法生成的稀疏樹形支撐結(jié)構(gòu)低耗材、穩(wěn)定性高、易去除，對古建筑表面沒有損傷。
　　4.提出薄壁網(wǎng)格支撐結(jié)構(gòu)生成

4、算法。對分割出的屋頂?shù)膬?nèi)部待支撐區(qū)域，現(xiàn)有的支撐生成算法都是采用蜂窩狀或者實體填充內(nèi)部，但是相對耗材并且打印時間久。本文算法主要研究等間隔單面薄壁的生成，以及實時填充支撐。實驗表明該算法生成的薄壁網(wǎng)格支撐結(jié)構(gòu)強度高、耗材低并且打印時間短。
　　5.實現(xiàn)并完成了自動生成支撐結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。包括古建筑三維模型的打開、操作與保存，待支撐區(qū)域的識別、待支撐區(qū)域的分割、支撐結(jié)構(gòu)的生成等主要功能。為古建筑的實體展示、考古復原、以及傳承發(fā)揚起到了促