三維打印中切片算法的研究與應(yīng)用.pdf

1、進(jìn)入二十一世紀(jì)后，三維打印技術(shù)作為一門結(jié)合了多個(gè)學(xué)科知識的綜合性新型制造技術(shù)受到人們越來越多的關(guān)注。三維打印以其產(chǎn)品成本以及入門門檻低，成型速度快等優(yōu)勢在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。三維打印中的切片算法是其中最重要的組成部分之一，不僅影響打印的效率，同時(shí)也影響著打印成型產(chǎn)品的精度。本文針對切片算法中存在的問題進(jìn)行研究，改進(jìn)算法的速度以及切片成型的精度，同時(shí)，將經(jīng)過切片算法后形成的輪廓多邊形應(yīng)用在三維建模領(lǐng)域。
　　在進(jìn)行切片時(shí)，需要

2、讀取計(jì)算機(jī)中存儲的三維模型數(shù)據(jù)，常見文件格式有STL、PLY、AMF等，其中STL文件格式是現(xiàn)如今研究的主流方向。STL文件以三角形面片的結(jié)構(gòu)存儲三維模型數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)散亂，無序，導(dǎo)致在切片過程中進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的讀取、查找時(shí)速度緩慢，而重建數(shù)據(jù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以改善查找速度?，F(xiàn)有的拓?fù)渲亟ㄋ惴ɡ绺倪M(jìn)的直接算法、半邊合并算法等，大多是通過附加不同的數(shù)據(jù)或存儲結(jié)構(gòu)，如半邊結(jié)構(gòu)，二叉樹及平衡二叉樹結(jié)構(gòu)的來加快數(shù)據(jù)查找速度，但在面對較大的數(shù)據(jù)量時(shí)，速度

3、會明顯下降。本文根據(jù)構(gòu)成三維模型數(shù)據(jù)本身的結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)，通過對比各個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，依據(jù)每個(gè)三角面片中點(diǎn)、線、面之間的關(guān)系，使用結(jié)構(gòu)相對簡單、構(gòu)建速度較快的半邊結(jié)構(gòu)作為拓?fù)渲亟ǖ幕A(chǔ)結(jié)構(gòu)，半邊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠通過半邊快速的進(jìn)行相鄰三角形的查找，能有效的減少切片時(shí)進(jìn)行相交判斷的次數(shù);將哈希表作為存儲半邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的附加結(jié)構(gòu)，以此提升大規(guī)模數(shù)據(jù)的讀、取時(shí)的速率。
　　現(xiàn)有的切片算法，如基于點(diǎn)云的切片算法，基于位置信息的三角形分組算法等，多

4、沒有考慮到三維模型的復(fù)雜度對切片厚度的影響，選擇固定的切片厚度，造成模型的“臺階效應(yīng)”，影響三維打印成型的結(jié)果，導(dǎo)致模型精度不高。本文選擇針對STL文件，通過與拓?fù)錁?gòu)建后的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式，采用基于分組的自適應(yīng)切片算法來對三維模型進(jìn)行切片。分組是根據(jù)三維模型與切平面相切方向的高度，對所有相關(guān)三角面片信息進(jìn)行分組，高度越高，創(chuàng)建的分組越多。自適應(yīng)切片則是根據(jù)模型高度以及分組中三角面片的數(shù)量來判斷模型復(fù)雜度，設(shè)定切片精度范圍，當(dāng)三角形數(shù)

5、量越多，切片精度就越高，切片厚度變小，反之則切片精度降低，厚度變大。通過切片算法生成的切片輪廓多邊形中，存在數(shù)據(jù)點(diǎn)冗余。邊界不平滑的問題，因此要對切片輪廓多邊形進(jìn)行優(yōu)化處理，本文通過夾角優(yōu)化的最小頂點(diǎn)面積刪除算法對其輪廓多邊形的頂點(diǎn)進(jìn)行簡化處理，刪除冗余的頂點(diǎn)，通過Hermite樣條化（或者B樣條化）對簡化后的多邊形進(jìn)行樣條化處理，使得多邊形邊界變得平滑，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾x散化處理，使其更適用于三維打印。
　　最后，根據(jù)輪廓多邊形本身