【摘要】：針對3D浮雕網(wǎng)格點數(shù)、面數(shù)空間占用大,在打印過程中耗費內(nèi)存等缺點,提出將凹凸貼圖表示的浮雕模型直接進行切片完成打印,并提出基于凹凸貼圖的浮雕網(wǎng)格的3D打印自適應(yīng)細分切片算法.在切片過程中,先對輸入的粗網(wǎng)格根據(jù)凹凸圖深度信息進行自適應(yīng)中點細分,并更新細分后三角網(wǎng)格頂點的幾何位置;然后對生成的局部三角網(wǎng)格集合與切片進行求交運算,將所獲得的交線段存儲后釋放此三角形集合的內(nèi)存;最后將生成的交線段重組成閉合多邊形,生成打印路徑,交由打印機完成浮雕模型打印.實驗結(jié)果證明,將凹凸貼圖推廣到3D打印中,與傳統(tǒng)的打印過程進行對比,該方法的空間利用率得到顯著性提高.
【圖文】：

高度值,更新三角網(wǎng)格的頂點坐標(biāo),生成局部的3D浮雕模型;最后選取等厚度的切片,與更新幾何位置后的三角網(wǎng)格進行求交運算,將所獲得的交線段保存,釋放切片后的三角網(wǎng)格所占的內(nèi)存空間.依次對粗網(wǎng)格中每一個三角形進行切片計算,直到整體的粗網(wǎng)格完成切片,對于切片過程中存儲的交線段,在每一層中將散亂的交線段以首尾相連的方式,重新組合成閉合的多邊形,并劃分每個多邊形所屬的區(qū)域,生成打印路徑,轉(zhuǎn)換成G代碼交由打印機完成打印.定義.打印機對模型切片時,將平行于X-Y平面的橫截面稱為切片,簡稱Z平面.本文方法具體流程如圖2所示.圖2本文方法流程圖輸入.2D圖片,3D基本粗網(wǎng)格.輸出.浮雕模型的打印實體.Step1.自適應(yīng)中點細分.對粗網(wǎng)格上的單個三角行i進行自適應(yīng)中點細分,將細分得到的三角網(wǎng)格集合記為1T.Step2.更新頂點幾何位置.根據(jù)輸入2D圖片生成深度圖,利用凹凸映射原理,更新1T中三角形頂點幾何位置,并將此時三角形集合記為2T.Step3.與切片求交運算.對2T中三角形集合與相交的切片集進行求交運算,存儲運算中所獲交線段后釋放2T所占的內(nèi)存空間.Step4.對下一個i1重復(fù)以上操作,直到模型的三角網(wǎng)格中所有三角形都完成切片計算為止.然后將所獲得的交線段按切片所在層重新組合成閉合多邊形,并對所有多邊形劃分、標(biāo)記出打印區(qū)域后生成打印路徑,最終將打印路徑數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成G代碼,交由打印機完成模型的打印.3.3自適應(yīng)中點細分算法中點細分算法本是一種特殊的Loop細分,即

阜峙卸?判斷的準(zhǔn)則為切片過程是否會產(chǎn)生無效線段,主要分為相交測試和細分的終止條件設(shè)定.按照以上規(guī)則細分后的三角網(wǎng)格,既保證了模型打印后的視覺效果,又減少了三角形與切片的求交運算的次數(shù),避免了過多的無效線段生成.因為每次細分一個三角網(wǎng)格,避免了全局細分時占用大量存儲空間的問題,所以綜合來看,提高了打印速度、減少了內(nèi)存消耗.在細化過程中對三角形進行相交測試,主要是根據(jù)三角形頂點對應(yīng)的灰度值求出此三角形對應(yīng)的高度值區(qū)間.選取介于此區(qū)間的切片集合iz,在細分過程中判斷每個三角是否與iz相交.圖3a中的△ABC與Z平面不相交,則不對△ABC做任何細分;圖3b中的△AEF與Z平面相交,其余三角形不與Z平面相交,此時只細分△AEF,其余三角形不做任何處理.經(jīng)過相交測試后細分的三角形與全細分的三角形相比,減少了三角形的數(shù)量,在模型存儲以及后續(xù)切片中減少內(nèi)存的占用,從而減少了切片計算,提高了切片效率.a.△ABC與切片不相交不細分b.△AEF與切片相交細分圖3三角網(wǎng)格自適應(yīng)中點細分2種情況細分的目的是要細化網(wǎng)格,提升網(wǎng)格細節(jié),增加浮雕在視覺上的柔和細膩感.為了在細分網(wǎng)格的同時不降低細分后網(wǎng)格的視覺質(zhì)量,在細化的過程中設(shè)定三角形細分的終止條件.本文借助Wang等[9]提出的顯著圖原理,將待細分的浮雕模型對應(yīng)的凹凸貼圖的視覺重要性作為三角形細分的終止條件.根據(jù)映射關(guān)系可知,顯著圖能衡量高度圖中的像素視覺重要性,它亦能反映網(wǎng)格點的高度值所對應(yīng)區(qū)域的重要性,顯著性從低到高的遞增變化過程,對應(yīng)區(qū)域顯示的顏色從藍色到紅色遞增變化,如圖4所示.在對三角形進行遞歸細分的過程中,本文遵循視覺重要性高的位置增加細分次數(shù),反之減少細分次數(shù)的原則,當(dāng)三角形三個頂點的視覺重要性或者三角形面積小于文獻[9]

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