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近年来,3D打印技术在国内外迅速发展,并作为先进制造业的代表进军到各个领域,挑战着传统的数控雕刻生产方式,掀起了又一次的“工业革命”。日常研究中接触到的三维浮雕模型一般由网格来表示,且通常使用由点和面构成的三角网格去逼近连续的曲面,以形成所期望的三维浮雕模型。然而,为表示表面更精美、更复杂的三维浮雕模型,其通常需要存储大量的点和面等网格信息,所占用的空间内存较大,所以无论是对于模型渲染或者模型打印均面临着因内存不足导致的一些问题。因此,提高模型渲染与打印的空间利用率的技术应运而生,出于此,本文提出了一种基于凹凸贴图的浮雕曲面3D打印算法,将凹凸贴图技术推广到3D打印中,进而大幅度地减少了打印过程中空间内存的占用。 本文以3D打印流程为主线,分别阐述从打印过程中的初始模型载入以及切片求交运算两过程中减少空间内存使用所应用的方法。对于初始模型的载入过程来说,本文采用凹凸贴图技术,凹凸贴图后的三维浮雕模型是一种视觉效果,其本身并没有改变模型的拓扑结构,它是根据凹凸贴图的表面信息,改变粗网格表面的法向方向,从而代替了传统方法中通过对粗网格进行全局加密细分,去逼近三维浮雕模型,实现三维浮雕模型的表示。此技术是一种高效的三维浮雕模型表示方法,它能快速地对三维浮雕模型进行渲染,由于它并不需要对网格进行真实的细分操作,所以它在存储时所占用的内存空间非常的小。 但凹凸贴图表示后的粗网格并不能直接用于3D打印,因为它没有改变本身的拓扑结构,所以不满足切片的需求。针对这一问题,本文提出了基于凹凸贴图的浮雕曲面3D打印算法,它可以直接打印凹凸贴图表示的粗网格。首先利用凹凸贴图表面信息获取它的深度信息,以其局部的显著性作为判定条件进行三角网格的自适应细分;然后对细分后的三角网格,根据对应凹凸贴图位置的高度值,更新三角网格的顶点坐标,生成局部的三维浮雕模型;最后选取等厚度的切片,与凸起的三角网格进行求交运算,将所获得的交线段保存,释放切片后的三角网格信息。依次对粗网格中每一个三角网格进行切片运算,直到整体的粗网格完成切片,对于切片过程中存储的交线段,在每一层中将散乱的交线段以首尾相连的方式,重新组合成闭合的多边形,并划分每个多边形所属的区域,生成打印路径,转换成G代码交由打印机完成打印。 实验结果表明,在时间上,本文方法在网格细分和切片运算中所花费的时间相比于传统的3D打印过程中细分和切片时间有明显的缩短;在空间上,本文方法在三维浮雕模型的存储和模型打印中减少了占用内存,相比于传统的3D打印流程,空间利用率得到明显提高。