鏤空是一種虛實(shí)相交極具美感的藝術(shù)表現(xiàn)形式,因其強(qiáng)烈且特殊的創(chuàng)造性和通透的視覺效果深受藝術(shù)家與設(shè)計(jì)師的喜愛,因而被廣泛的應(yīng)用于家具裝飾、建筑設(shè)計(jì)及珠寶加工等各個(gè)領(lǐng)域中。隨著對(duì)于立體空間和結(jié)構(gòu)美感的認(rèn)知逐漸鮮明,人們愈發(fā)的渴求更加多樣化的鏤空工藝品。然而精致的工藝作品通常需要富有想象力的藝術(shù)家精心設(shè)計(jì),再由精通工藝且經(jīng)驗(yàn)豐富的工匠手工制作而成,其設(shè)計(jì)門檻與制作成本都比較高。隨著3D打印技術(shù)的出現(xiàn),復(fù)雜幾何模型的制造能力得到了顯著的提高,這給鏤空工藝品從手工制作推廣到數(shù)字制造提供了機(jī)會(huì),并使得研究人員可以專注于鏤空原型的設(shè)計(jì)與生成。目前,現(xiàn)有的研究主要集中于通過在三維曲面貼合拼接基礎(chǔ)元素,來生成具有重復(fù)性紋理圖案的鏤空三維模型。如何通過任意圖像得到用戶可控并且可3D打印的鏤空幾何模型,仍然是一個(gè)未解決的問題。此外,面向3D打印且基于任意二值圖像生成鏤空模型的幾何建模問題并不簡(jiǎn)單。首先,鏤空模型通過3D打印進(jìn)行制造生產(chǎn)時(shí),可能會(huì)因?yàn)榇蛴≡O(shè)備限制而丟失部分細(xì)節(jié)。其次,在視覺感知中組成圖案的實(shí)體部分與鏤空部分具有同等重要的意義。然而,物理模型的體積與空間是有限的,實(shí)體區(qū)域與鏤空區(qū)域相互交錯(cuò),這使得... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２－１設(shè)備對(duì)接功能模塊用例圖??

?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文???２．３．２圖像優(yōu)化??由于三維鏤空模型是基于用戶輸入的任意二值圖像生成的，可能會(huì)存在不連??通的懸浮殼體，無法用于３Ｄ打櫻此外，當(dāng)用戶期望的制造尺寸較小與打印機(jī)精??度不匹配時(shí)，幾何模型的部分細(xì)節(jié)將無法被成功打櫻因此，在完成設(shè)備對(duì)接后，??本系統(tǒng)需要解決基于用戶輸入二值圖像生成的鏤空數(shù)字模型無法直接用于打印??制造的問題，用例圖如圖２－２所示，具體需求分析如下：??１．系統(tǒng)需要輸入圖像進(jìn)行連通處理，需要保證圖像中被選作實(shí)體部分的色調(diào)??區(qū)域是全連通的，以此保證生成的鏤空模型的可３Ｄ打印性。??２．由于３Ｄ打印的過程中，材料推擠膨脹會(huì)導(dǎo)致物理結(jié)果的實(shí)體部分輕微擴(kuò)大，??孔洞部分被擠壓輕微縮校系統(tǒng)需要在預(yù)先進(jìn)行補(bǔ)償處理，初步減少因材料推擠??膨脹造成的誤差。??３．為了在制造尺寸與打印機(jī)精度不匹配時(shí)盡可能的保留細(xì)節(jié)特征，增強(qiáng)物理??結(jié)果的視覺效果，最小化用戶輸入的目標(biāo)圖像與物理結(jié)果誤差，系統(tǒng)需要預(yù)先評(píng)??估得到無法打印的細(xì)節(jié)區(qū)域并對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。??系統(tǒng)圖像優(yōu)化模塊??＞？??？ｊｎｄｕｄｅ？??Ｈｈ?＜＜ｉｎｃｉｕｄｅ＞＞?－?差補(bǔ)＾）?節(jié)評(píng)??用戶?？ｉｎｃｌｕｄｏ？?？Ｊｎｃ�。酰洌�？??節(jié)增?節(jié)調(diào)??圖２－２圖像優(yōu)化功能模塊用例圖??２．?３．?３結(jié)構(gòu)優(yōu)化??由于輸入圖像的多樣性，對(duì)應(yīng)生成的幾何模型中可能會(huì)包含不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，主??要分布于具有較多節(jié)點(diǎn)的分支處，即附墜了較大實(shí)體部分的連接處，因此系統(tǒng)需??要増強(qiáng)模型結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，用例圖如圖２－３所示，具體的需求分析如下：??１．系統(tǒng)需要對(duì)鏤空幾何模型進(jìn)行受力分析，計(jì)算得到受力后的應(yīng)力分布情況??１２??

?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文???與形變情況，由此分析得到不穩(wěn)定的脆弱區(qū)域，用于后續(xù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。??２．系統(tǒng)需要在不穩(wěn)定的脆弱區(qū)域增加連接支撐，增強(qiáng)結(jié)果模型的穩(wěn)定性，保??證物理結(jié)果足夠堅(jiān)固。??系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊????乂鏤空??導(dǎo)入優(yōu)化＼?？ｉｎｃｌｕｄｅ？??〇?＾?，?＾???（結(jié)構(gòu)優(yōu)化＞Ｃｉｎｃｌｕｄｅ？－卜（受力分析）??＞Ｎ．?？ｉｎｃｌｕｄｅ？?、、??ｍｐ?、＾＼?目標(biāo)?？ｉｎｃｌｕｄｅ？??加支＾）??圖２－３結(jié)構(gòu)優(yōu)化功能模塊用例圖??２．?３．?４鏤空特殊圖像??當(dāng)用戶輸入包含功能性信息的特殊圖像時(shí)，在優(yōu)化處理與幾何建模時(shí)可能需??要考慮額外的問題。其中，二維碼圖像在生活中尤為常見，基于二維碼圖像生成??可３Ｄ打印的鏤空模型時(shí)，系統(tǒng)需要保證鏤空二維碼的可讀性即功能信息不失效。??因此，本系還需要引入附加模塊來處理特殊的二維碼圖像，用例圖如圖２－４所示，??具體需求分析如下：??１．由于二維碼各個(gè)區(qū)域的功能不同，被修改后的表現(xiàn)也不同。系統(tǒng)需要設(shè)置??—個(gè)二維碼評(píng)估器，用于識(shí)別與分析二維碼圖像，劃分其組成結(jié)構(gòu)，以此來分而??治之。此外，系統(tǒng)還需要分析當(dāng)前二維碼糾錯(cuò)能力并評(píng)估其損失程度，用于指導(dǎo)??后續(xù)的各項(xiàng)優(yōu)化處理，保證二維碼的損失在可讀范圍內(nèi)，確保二維碼可解碼且信??息正確。??２．在評(píng)估器的指導(dǎo)下，系統(tǒng)需要對(duì)二維碼圖像進(jìn)行考慮可讀性的連通處理，??保證二維碼的損失較小，生成可３Ｄ打印和可解碼的鏤空二維碼模型。??３．由于二維碼圖像也具有多樣性，鏤空模型中也可能包含不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此??系統(tǒng)需要對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并在評(píng)估器的指導(dǎo)下增加適當(dāng)?shù)倪B接支撐，在保證??可讀性


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