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3D打印中的幾何計算問題(二)

閱讀 3395 發布時間:2017-03-30 17:04

   上述問題可稱為分割問題,其本質是化整為零,再積零為整.然而,一個大物體對象如何分割為許多小物體,其分割的數量與方式可以有許多種不同的方案,因此文獻給出了如下一些約束目標:

(1)尺寸可打印.分割后每個小物體的尺寸都在可打印尺寸范圍之內;

(2)可組裝性.各個部分之間可無障礙地組裝成一個整體;

(3)有效性.分割結果避免過多過細,換言之,分割數量盡可能地少;

(4)可連接性.每一部件都應能保證留有連接的接口,以便于組裝;

(5)結構合理性.分割結果應避免形成薄弱的長條、細桿類的結構形式,同時接縫應遠離高應力區域;

(6)美觀.接縫應盡量避免過大與顯眼,并盡可能保證整齊對稱.

   針對以上的約束,文中給出了明確的目標定義與具體的目標函數,同時給出了一個名為Chopper的分割處理方案.該方案采用平面分割,自上而下,每次分割均將處理對象一分為二,逐步細化,最終整個模型可形成一個BSP樹的層次分割結果,如圖3所示.Chopper還能根據不同的目標函數與用戶引導產生不同的分割結果,以滿足不同的用戶分割需求。

圖3一個模型通過BSP樹分割為6個部分

   針對大體積復雜模型,文獻給出了一個基于曲率的模型分割方法,如圖4所示.該方法首先對模型表面進行曲率分析,提取出模型的特征邊,并據其構建特征環.以此為基礎,在其中選擇合適的特征環來將原模型分解為小而簡單的子模型組合.這種分割方法的前提是模型表面具有明確的特征信息,因此該方法適用范圍有限。

圖4 基于曲率的分割

   針對上述分割問題,Chen等人則給出了一個近似表示的方案:將一個3D模型轉化為分片多邊形面片近似表示,再通過3D打印每一個多邊形面片,最后將這些面片拼裝成一個與原3D模型相近似的實物對象,如圖5所示.具體操作可分為兩步:(1)將所給3D模型通過表面分割、變形方法轉化為一個由少量多邊形組成的網格;(2)將所得到的網格分解為平面片的組合,并生成平面片之間的連接頭用來拼裝各個平面片。

圖5 多邊形面片分割拼合方法

    未完待續;

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