面向增材制造的三維模型分割與拼合算法的研究與應(yīng)用.pdf

1、由于增材制造業(yè)的飛速發(fā)展，增材制造設(shè)備的普及率日益提高，其所用模型文件為CAD（Computer Aided Design）系統(tǒng)導(dǎo)出的一種特定文件，即STL（STereo Lithography）文件。目前，修改STL文件的主要途徑是退回CAD系統(tǒng)重新加工，不能直接對(duì)模型進(jìn)行修改。這種方法專業(yè)性較高，使得普通用戶在面對(duì)不合適的模型時(shí)，只能放棄制造，或者事后花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行二次加工，這就使得一種直接對(duì)增材制造模型文件修改的方法，將可能改善

2、用戶體驗(yàn)，并促進(jìn)增材制造的發(fā)展。因此，針對(duì)STL文件進(jìn)行分析，研究和提出一種能夠直接對(duì)增材制造模型文件修整的方法就顯得尤為重要。本文的主要工作內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　?。?）提出了一種可控范圍的STL模型切割方法。該方法利用本文建立的一種針對(duì)STL文件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，首先通過(guò)模型與切平面同步旋轉(zhuǎn)的方法，解決了任意角度平面切割。然后提出了一種基于OpenGL的坐標(biāo)點(diǎn)拾取的方法，使得處于不同的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的模型表面點(diǎn)均可被自由拾取。最后，基于

3、本文提出的任意平面切割和任意角度點(diǎn)拾取的方法，將切割范圍與模型綁定，完成可控范圍切割。這極大地方便了用戶對(duì)模型局部修改，并可通過(guò)分割，解決模型比制造設(shè)備的操作臺(tái)大的問(wèn)題。
　?。?）提出了一種基于邊界識(shí)別的拼合算法。該方法以模型初始位置為基礎(chǔ)，通過(guò)識(shí)別干涉區(qū)間，割裂模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而減少了無(wú)關(guān)部分的干擾，提高了算法效率。針對(duì)拼合過(guò)程中出現(xiàn)的模型相接的情況，算法通過(guò)識(shí)別拼接面邊界和法矢量，區(qū)別拼接面并進(jìn)行消融和重建。針對(duì)模型融合的情

4、況，算法通過(guò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)獲取融合部位邊界，并根據(jù)割裂的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)處于不同邊界內(nèi)的模型做出取舍。本算法放大了增材制造一次成型的優(yōu)勢(shì)，并可將細(xì)碎零件合零為整，節(jié)省了用戶的時(shí)間。
　　基于以上創(chuàng)新點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于OpenGL的交互平臺(tái)，可以通過(guò)該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)算法中所涉及的坐標(biāo)點(diǎn)拾取以及模型位置調(diào)整。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的可控范圍的STL模型分割方法能夠準(zhǔn)確的切除指定的部分，并且通過(guò)擴(kuò)大范圍轉(zhuǎn)化為任意平面切割。此外，本文提出的基于邊