３、變形效果定制
對于彌合數(shù)字世界與物理世界之間的差距，其中一個重要挑戰(zhàn)就是將原材料變成設(shè)計者想要的結(jié)果。無數(shù)個點、邊、面及相應(yīng)的材質(zhì)信息構(gòu)成了數(shù)字世界中的原材料，而在真實世界中卻不是如此簡單和容易掌控的。
解決上述問題的一個常見辦法是組合多種材料．事實上，不同材料組合的聯(lián)合打印可以消除傳統(tǒng)單一材料打印的不足與局限，使我們能夠制造更加復(fù)雜的物體，甚至能使這些多元材料轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的、新的功能材料，如同時兼具輕質(zhì)和高強度性能的材料，或同時具備良好柔韌性和透明效果的材料等．組合材料的性能給人直觀感覺可能會介于組成的基礎(chǔ)材料之間，如將相等的硬質(zhì)材料和軟質(zhì)材料組合在一起，可能你會得到一個半硬半軟的材料．事實證明并不是完全如此，最終組合材料的性能取決于組合材料的方式。
Ｂｉｃｋｅｌ等人就研究了上述這一很有實用價值的材料混合問題：如何在微尺寸的尺度（即３Ｄ打印的尺度）上，根據(jù)基礎(chǔ)材料的力學(xué)性能，打印出指定力學(xué)性能的基礎(chǔ)材料組合體．如圖２０所示．問題的實質(zhì)是：給定的一組基本材料及其力學(xué)性能曲線，如何將基本材料混合，以便得到指定力學(xué)性能的多元混合材料．系統(tǒng)流程如圖２１所示。
為了解決上述問題，Ｂｉｃｋｅｌ等人采用按層方式來混合不同材料，并引入一個優(yōu)化過程來得到最接近指定材料性能的混合結(jié)果．最后，文中的方法通過一臺Ｏｂｊｅｃｔ Ｃｏｎｎｅｘ ５００多材料打印機打印了一些模型進行驗證。
綜合以上的定制處理方法，Ｃｈｅｎ等人發(fā)現(xiàn)上述處理過程存在一些類似的流程與相同的處理單元，如它們都依賴于在給定幾何與材料要求下精確模擬所給對象物理特征的能力．因此，文中提出一個更具普適性的定制框架來處理上述問題，該框架具有模塊化、可擴展性、打印設(shè)備無關(guān)性與模型幾何無關(guān)性的特點，并給出了一些定制效果，如圖２２所示．該框架具有４個模塊，如圖２３所示。
當(dāng)前，多材料３Ｄ打印機在打印對象時需要指定對象內(nèi)部的每一個體素，如果還需要一定的功能或其他要求時，確定體素的工作極其復(fù)雜，很難求解．因此，這一工作就需要采用一定的簡化來表示，也即圖２３中第１個模塊“Ｒｅｄｕｃｅｒ Ｎｏｄｅ”的任務(wù)．為了實
現(xiàn)這一目標(biāo)，Ｃｈｅｎ等人采用簡化樹（Ｒｅｄｕｃｅｒ ｔｒｅｅ）方式．這一方式在概念上有些類似Ｍａｙａ中的材質(zhì)網(wǎng)絡(luò)（Ｓｈａｄｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ），只不過這里用一些預(yù)定義的形狀與材料節(jié)點給對象所在空間進行合理賦值，實現(xiàn)材料賦值空間的參數(shù)化．因此，文中給出一個簡化樹的樹型結(jié)構(gòu)，它有兩種類型的子節(jié)點：幾何節(jié)點與材料節(jié)點，如圖２４所示。
幾何節(jié)點有平面、柱狀、體素、Ｂ樣條和薄層節(jié)點等，通過它們的組合來完成對象所在空間的分區(qū)．材料節(jié)點主要用來給分區(qū)后對象空間指定預(yù)定義的材料，因此它一般作為幾何節(jié)點的子節(jié)點．材料節(jié)點具體實現(xiàn)上可分為層節(jié)點（Ｌａｙｅｒｅｄ Ｎｏｄｅ）與空節(jié)點（Ｖｏｉｄ Ｎｏｄｅ）兩類．層節(jié)點可用來指定對象分區(qū)空間中每一層的材料值；空節(jié)點則用于指定對象空間某塊區(qū)域沒有材料填充。
圖２３的４個模塊實際上表示一個抽象的優(yōu)化流程：對前述簡化樹表示的模型模擬效果，如次表面散射效果或變形等；將模擬結(jié)果與系統(tǒng)目標(biāo)相比較；根據(jù)比較結(jié)果再對簡化樹結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化．這一流程文中將其稱為調(diào)諧器（Ｔｕｎｅｒｓ），它主要負(fù)責(zé)優(yōu)化簡化樹的各種參數(shù)，以達(dá)到系統(tǒng)預(yù)定的目標(biāo)．調(diào)諧器也可分解為一些調(diào)諧節(jié)點（Ｔｕｎｅｒ ｎｏｄｅ），每一個調(diào)諧節(jié)點包含一個具體的優(yōu)化管線，并與一些簡化節(jié)點（Ｒｅｄｕｃｅｒ ｎｏｄｅ）相鏈接．同時，這些調(diào)諧節(jié)點會共享一些信息，從而形成一個調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)（Ｔｕｎｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ），如圖２５所示．于是，調(diào)諧節(jié)點就利用它的優(yōu)化管線與調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)來優(yōu)化其相關(guān)聯(lián)的簡化節(jié)點參數(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)．
為了評估系統(tǒng)的打印效果定制能力，文中最后給出了一些現(xiàn)有轉(zhuǎn)換過程的實現(xiàn)，如Ｈａｓａｎ等人［４１］的表面散射效果（圖２６），Ｐａｐａｓ等人的焦散效果，Ｂｉｃｋｅｌ等人的變形效果等。
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