CN106103054A - 制造全色三维对象 - Google Patents

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Abstract

本文中提供了一种用于制造全色三维对象的方法、计算系统以及一个或多个计算机可读存储介质。该方法包括：通过进行以下操作将三维模型变换成用于制造设备的指令：将三维模型切割成保留有颜色信息的层，基于面上的颜色、纹理上的颜色和/或渐变色来针对每个层生成二维多边形，并且基于针对每个层的所述二位多边形来确定用于根据有色材料制造对象的工具路径。确定所述工具路径包括生成指示所述制造设备进行以下操作的指令：在切换颜色之前针对具有相同颜色的所有二维多边形应用有色材料，通过在每个层内的每个二维多边形的内部顶点处切换颜色来平滑所述对象的外部，并且在切换颜色时在填充区域、支撑结构和/或所述对象外部的区域内沉积过渡材料。

Description

制造全色三维对象
背景技术
存在用于创建数字模型以及根据该模型产生几乎任何形状的三维固态对象的大量工艺。这些工艺可以称为三维打印、快速成型、粘结丝、增材制造等。一个技术涉及使用紫外(UV)光的加工紫外光(UV)敏感树脂，紫外光可以是激光或投影。为了打印对象，该对象通过以下方式涂有一层树脂：通过使对象下降到大桶中使得微小的层保留在对象上方，或者通过使对象浸入大桶中直到快要触及底部。UV光将树脂加工成用于该层的理想的形状。然而，该技术可能限制能够制造的树脂的数目。
在层中添加材料、诸如热塑性细丝的另一技术涉及挤压热塑性细丝通过挤压器(或高电位端)工具头，其被加热以融化塑性细丝使得融化后的细丝能够在三个维度上、但是通常在水平和垂直方向上移动，以填充连续的几何结构，一个在下一个上面地构建每个层。材料在从喷嘴挤压之后几乎立刻硬化。
这些技术通常具有单色或双色能力，但是缺乏在颜色空间中表示整个色域的颜色的能力(例如在机械部件方面)。另外，传统技术中没有一个能够准确地确定产生哪个颜色，因为它们不能将全色模型转换成在设备上生成全色域的机器指令。这样的传统技术强加的限制(包括但不限于上文提及的)阻碍了全色三维对象的制造。
发明内容
下文呈现本发明的简化概述，以提供对本文中描述的一些方面的基本理解。该概述不是要求保护的主题的广泛综述。意图既不在于识别要求保护的主题的主要或关键元素，也不在于界定本发明的范围。其唯一的目的在于以简化的形式呈现要求保护的主题的一些构思作为稍后呈现的更加详细的描述的前序。
实施例提供一种用于制造全色三维对象的方法。该方法包括：通过进行以下操作将三维模型变换成用于制造设备的指令：将三维模型切割成保留有颜色信息的层，基于面上的颜色、纹理上的颜色和/或渐变色来针对每个层生成二维多边形，并且基于针对每个层的二位多边形来确定用于根据有色材料制造全色三维对象的工具路径。确定工具路径包括生成指示制造设备进行以下操作的指令：在切换颜色之前针对具有相同颜色的所有二维多边形应用有色材料，通过在每个层内的每个二维多边形的内部顶点处切换颜色来平滑全色三维对象的外部，并且在切换颜色时在填充区域、支撑结构和/或全色三维对象外部的区域内沉积过渡材料。
另一实施例提供一种用于制造全色三维对象的计算系统。计算系统包括：制造设备以及可通信地耦合至制造设备的制造管理器。制造管理器包括被配置成执行所存储的指令的处理器以及系统存储器。系统存储器包括被配置成进行以下操作的代码：将三维模型切割成保留有颜色信息的层；并且基于面上的颜色、纹理上的颜色和/或渐变色针对每个层生成二维多边形，其中每个二维多边形包括单个颜色。系统存储器还包括被配置成进行以下操作的代码：基于针对每个层的二维多边形来确定用于根据有色材料制造全色三维对象的工具路径。确定工具路径包括生成指示制造设备进行以下操作的指令：在切换颜色之前针对具有相同颜色的所有二维多边形应用有色材料；在每个层内的每个二维多边形的内部顶点处切换颜色；以及在切换颜色时，在填充区域、支撑结构和/或全色三维对象外部的区域内沉积过渡材料。制造设备被配置成基于指令来制造全色三维对象。
另外，另一实施例提供用于存储计算机可读指令的一个或多个计算机可读存储介质。计算机可读指令在由一个或多个处理设备执行时提供用于制造三维对象的系统。计算机可读指令包括被配置成进行以下操作的代码：将三维模型切割成保留有材料信息的层以及针对每个层生成二维多边形。每个二维多边形包括单个类型的材料。计算机可读指令还包括被配置成进行以下操作的代码：基于针对每个层的二维多边形来确定用于根据不同类型的材料制造三维对象的工具路径。确定工具路径包括生成指示制造设备进行以下操作的指令：在切换材料之前针对具有相同材料的所有二维多边形应用材料；在每个层内的每个二维多边形的内部顶点处切换材料；以及在切换材料时，在填充区域、支撑结构和/或三维对象外部的区域内沉积过渡材料。
下文的描述和附图详细给出要求保护的主题的某些说明性方面。然而，这些方面表示能够采用本发明的原理的各种方式中的几种方式，而要求保护的主题意图包括所有这样的方面及其等同方案。要求保护的主题的其他优点和新颖特征在结合附图考虑时根据对本发明的下文的详细描述将会很清楚。
附图说明
图1是根据一个或多个示例实现的用于将三维模型变换成用于混合有色材料的指令的制造设备的框图；
图2是示出制造设备(诸如关于图1描述的制造设备)的示例性挤压器配置的示意图；
图3是用于生成用于制造设备的协同指令集的方法的过程流程图；
图4是用于计算针对对象的三维模型的颜色值的方法的过程流程图；
图5是用于通过执行具体指令来制造全色三维对象的方法的过程流程图；
图6A是示出根据本文中描述的实施例的可以使用的三维模型的示意图；
图6B是示出在面上具有颜色的三维模型的示意图；
图6C是示出根据逐层工艺被分为层的三维模型的示意图；
图6D是示出针对三维模型的单个层的所得到的二维多边形的示意图；
图7A是示出具有添加的顶点的面的示意图；
图7B是示出具有添加的顶点的多个面的示意图；
图8A是示出具有渐变色的几何形状的表面的示意图；
图8B是示出被分为三个层的表面的示意图；
图9是示出根据本文中描述的实施例的可以使用的径向梯度的示意图；
图10是示出根据本文中描述的实施例的可以使用的三角形梯度的示意图；
图11A是示出具有两个不同颜色的九个分段的多边形的示意图；
图11B是示出具有所得到的封闭红色多边形和封闭黑色多边形的多边形的示意图；
图12是示出包括不同颜色的若干多边形以及外部支撑结构的三维模型的层的示意图；
图13是用于将物理对象的三维模型变换成用于制造设备的指令的方法的过程流程图；以及
图14是可以用于实现用于制造全色三维对象的系统和方法的计算环境的框图。
具体实施方式
本文中描述的实施例通常涉及被配置成生成指令集的制造管理器，指令集在被执行时引起制造设备使用多个有色材料来制造全色三维对象。更具体地，指令集描述制造设备的工具头将要遵循以创建全色三维对象的准确的工具路径和工具头、以及切换颜色的适当时间和要在每个时间点沉积的材料的量。工具头可以包括具有喷嘴的头部和电机集合，其可以是本地的或者远程的。另外，在一些实施例中，工具头可以包括多个头部，每个头部具有其自己的喷嘴。在各种实施例中，制造管理器生成指令集使得能够在切换颜色时优化对象的外部上的平滑并且使材料使用最小化。另外，制造管理器可以通过将全色三维模型切割成层并且提供针对每个层的具体指令来生成指令集，如下文进一步描述的。
在各种实施例中，为了表示对象的几何形状，制造管理器将对象的三维模型(例如网格模型)划分成层，将每个层分解成几何元素(例如二维多边形)，并且将每个元素投影到层的平面上以形成对象的壳。二维多边形描述三维模型内的面上的颜色、纹理上的颜色、和/或渐变色。在确定能够在给定时刻沉积的近似最小或最少量的有色材料之后，制造管理器使用该量定义关于对象的壳的可寻址单元使得每个单元表示针对具体几何元素或其部分的颜色。这些单元使得能够识别颜色变化，以在制造期间提供多个颜色之间的无缝过渡。这些单元还使得制造设备能够在任何给定时刻挤压不同体积的材料。颜色分辨率也可以取决于单元大小而增加或减小。该技术可以应用于对象的整个体积，包括外壳，特别地，如果使用半透明材料，则使得对象的内部部分将通过透明或半透明壳外部可见。
注意，对象构造不限于在二维平面中操作。这仅仅是切片机的简化。实施例可以在其同时构建的对象的表面上在三个维度上应用这些技术。
一个示例实现将可寻址单元表示为体素化数据(例如体素化数据结构)。根据一个示例实现，给定最小体积的可挤压材料作为因素的制造设备的三维空间，制造管理器定义所得到的体积作为体素单元(例如体积像素)。每个体素单元通常包括对应于在该单元的体积内的对象的几何形状的各种信息。这样的信息的示例包括三维网格模型、材料信息、颜色信息、光照信息和/或纹理信息(例如纹理图案)。光照信息可以包括亮度值、反射/折射率等。制造管理器可以使用光照信息调节颜色信息的值以便模拟光照效果。其他信息可以包括隐含表面值(例如到对象表面网格的距离)。这样的信息的又一示例包括表示对象的部分实际上是否占据由体素单元表示的体积的概率。
制造管理器可以使用纹理信息来计算针对每个体素单元的颜色值。由于制造管理器识别用于打印三维对象的工具路径，所以制造管理器还可以使用纹理信息来识别要应用于在对象内的内部的位置和/或对象的外面或外部的壳(例如表面网格)的颜色。制造管理器可以通过经由以下过程向外部对象壳和/或每个层(例如，如果对象内部的颜色是期望的)应用有色纹理图案来提供全色：其中材料通过加热和/或化学反应而流动并且被挤压通过喷嘴。在一个实施例中，材料可以是树脂。替选地，制造管理器通过使用明确的颜色声明、梯度、插值和/或其他数学过程来在没有纹理信息的情况下计算针对体素化数据的颜色值。
下文描述打印工具的示例实施例，其被配置成弯曲有色材料用于在全色三维对象制造期间挤压。示例挤压器配置包括电机的布置以及具有最大腔室和喷嘴的工具头。示例挤压器配置还可以包括腔室内的搅拌器，或者用于混合颜色的任何其他合适的机构。工具头还可以包括用于将有色材料融化到规定温度的加热元件。电机的布置协作以将有色材料的组合移动到固定腔室中，并且在充分地加热和/或弯曲时通过工具头被沉积在对象上。关于工具头，混合腔室和/或喷嘴被构造成自动弯曲有色材料而没有附加机构。为了图示，一个示例组合包括以下颜色：青色、黄色、黑色和绿色，其中绿色不是输入颜色，而是青色和黄色的混合颜色。因此，挤压器配置可以应用第一体积的青色材料、第二体积的黄色材料、第三体积的黑色材料、以及第四体积的绿色材料(通过弯曲适当体积的青色和黄色材料)。应当注意，本文中描述的实施例不限于上述颜色组合，而是可以包括任何数目的其他合适的颜色，包括例如白色和透明色。
作为初步事项，一些附图在不同地称为功能、模块、特征、元件等的一个或多个结构部件的上下文中描述构思。附图中示出的各种部件可以用任何方式来实现，诸如经由软件、硬件、固件或其任意组合。在一些实施例中，各种部件可以反映对应部件在实际实现中的使用。在其他实施例中，附图中图示的任何单个部件可以用大量实际部件来实现。附图中的任何两个或更多个单独的部件的描绘可以反映由单个实际部件执行的不同功能。下文讨论的图1提供关于可以用于实现附图中所示的功能的一个系统的细节。
其他附图以流程图形式来描述构思。以这一形式，将某些操作描述为构成按照某个顺序执行的不同的块。这样的实现是示例性的而非限制性的。本文中描述的某些块可以被分组在一起并且在单个操作中执行，某些块可以分为多个组成块，并且某些块可以按照与本文中图示的顺序不同的顺序来执行，包括执行块的并行方式。流程图中所示的块可以用软件、硬件、固件、手动过程等来实现。如本文中使用的，硬件可以包括计算机系统、诸如专用集成电路(ASIC)的分立逻辑部件等。
至于术语，短语“被配置成”包括任何种类的功能可以被构造成执行所识别的操作的任何方式。功能可以被配置成使用例如软件、硬件、固件等来执行操作。
术语“逻辑”包括用于执行任务的任何功能。例如，流程图中图示的每个操作对应于用于执行该操作的逻辑。可以使用例如软件、硬件、固件等来执行操作。
如本文中使用的，术语“部件”、“系统”等意图指代计算机相关的实体，不管是硬件、软件(例如在执行中)或固件或其任意组合。例如，部件可以是在处理器上运行的进程、对象、可执行文件、程序、功能、子例程、计算机、或者软件和固件的组合。术语“处理器”通常被理解为指代硬件部件，诸如计算机系统的处理单元。
另外，要求保护的主题可以使用标准编程和/或工程技术实现为方法、装置、或制造品，以产生软件、固件、硬件或者其任意组合以控制计算设备实现所公开的主题。本文中使用的术语“制造品”意图包括从任何计算机可读存储设备或介质可访问的计算机程序。
计算机可读存储介质可以包括但不限于磁性存储设备(例如，除其他以外，硬盘、软盘和磁条)、光学盘(例如，除其他以外，光盘(CD)和数字多功能盘(DVD))、智能卡、和闪存存储器设备(例如，除其他以外，卡、条、和密钥驱动器等)。相比较而言，计算机可读介质(即不是存储介质)通常可以另外包括通信介质，诸如用于无线信号等的传输介质。
图1是根据一个示例实现的用于将三维模型变换成用于混合有色材料的指令的制造设备100的框图。制造设备100可以包括耦合至第一机构104并且被配置成执行用于第一机构104和第二机构106的指令的控制单元或控制器102。构造在第二机构106内的腔室108使得有色材料能够在制造对象110时被制备(例如加热)和/或混合。例如，腔室108使得能够融化、混合和挤压有色细丝或者兼容材料的组合。
存储在指令集112中的上文提及的指令可以统称为协同指令，因为这样的指令针对多数部分被和谐地执行。根据本文中描述的各种实施例，制造管理器114可以在大量实现中协同指令。例如可以协同用于挤压器配置中的不同步进电机的指令，使得适当的有色材料被馈送到腔室108中，以使能无缝的颜色变化。因此，可以使用于一个步进电机的指令与用于另一步进电机的指令在时间上同步，使得这两个步进电机能够并行地、依次地或者按照能够降低浪费、加快制造时间和/或提高质量的任何顺序操作。还可以将这些指令与用于移动如本文中描述的第一机构104的指令协同。
制造管理器114可以包括在计算设备的各种实施例上操作的硬件和软件部件，诸如远程计算设备和/或附属计算设备。制造管理器114的一个示例实现在三维模型中处理对应于正在被制造的对象的所捕获的体积传感器数据并且将该信息划分为层，其中每个层包括至少一些几何形状，其可以包括对应于表面网格的几何元素。本公开可以使用“划分”、“切割”或其他类似术语来代替“分层”，并且应当理解，这些术语被定义为可互换。
在划分信息116内，制造管理器114存储对应于三维模型的几何形状的颜色值。几何形状通常指代几何元素的集合，诸如三维多边形或形状，其可以表示要沉积的有色材料的量。一个示例度量在体积上表示几何形状的至少部分，并且因此表示有色材料的量。示例度量可以使用标准化单元来定义几何形状的部分，其中每个单元表示在给定时刻的最小量(例如体积)的有色材料，诸如挤压宽度。每个地理元素可以包括一个或多个标准化单元。
为了说明一个示例，可以通过处理表示对象的每个三角形并且将每个三角形投影通过切割平面来将在三维网格模型中表示的有效复制对象划分为层。该投影按照最终创建封闭路径的方式生成点以及到其他点的连接。从这一点，路径被简化成表示针对对应制造设备的具体硬件特性的最小可寻址单元的单元(例如几何元素的体积度量)。这些单元不一定具有相同大小、轴对准、和/或在每个维度上具有相同大小。一个示例实现可以沿着x、y或z轴使用不同大小的非立方体单元，这使能每个维度不同的有效分辨率。在一些实施例中，一个或多个支撑结构可以不被封闭，而是本身重复地弯曲的网格状支撑的带状物。
根据一个示例实现，划分信息116可以包括体素化数据，使得每个可寻址(体素)单元包括该可寻址单元内的针对几何形状的各种信息，诸如颜色值、纹理值、和/或光照值。
第一机构104可以称为包括各种机械或电机械部件的机器人机构(例如高架式机器人)。通过执行指令集112内的至少一些指令，第一机构104可以将这些部件致动成执行至少一些物理运动。在被致动时，这些部件可以水平地、垂直地、对角地、旋转地等移动。第一机构104的一个示例实现在x、y或z轴上移动打印机构或工具，以便在正在被制造的对象110内的具体位置处沉积材料。应当注意，参考笛卡尔坐标用于方便解释。也可以使用其他坐标系来代替，诸如极坐标系等。
第二机构106可以称为打印机构，其包括一个或多个打印工具头。材料可以被推送或拉取到打印挤压器或热端工具头中，并且电机可以被安装成远离以便推送材料通过薄的导管到腔室108中。虽然第二机构106可以类似挤压器配置(例如单个挤压器头部配置)，但是应当理解，第二机构106表示任何兼容技术，包括传统的打印工具头。另外，第二机构106可以包括被配置成除了有色材料和/或透明材料还沉积其他材料的打印工具头。这样，第二机构106可以包括第二腔室，第二腔室当在制造期间打印某些结构(诸如支撑结构、净化结构等)时提供另一材料(例如聚合物)。净化结构可以指代沉积有不可用的有色材料的对象的模型的区域。作为一个示例，腔室108中的残余(或“过渡”)材料可以被沉积在净化结构中。净化结构可以由制造管理器114添加至对象的模型。
制造管理器114被配置成生成指令，这些指令在由控制器102执行时致动第一机构104的部件，其可以产生遵循对象110的表面几何形状(例如外壳)的第二机构106的(多个)运动。制造管理器114还生成其他指令，这些指令在由控制器102执行时引起第二机构106在腔室108中混合有色材料，例如通过控制步进电机活动以便向腔室108中馈送有色材料并且挤压混合的有色材料通过喷嘴118。制造管理器114可以配置这两组指令彼此协同地被执行，从而使能对象110中的平滑的颜色梯度和/或腔室108和/或喷嘴118中的有效混合。
可选地，可移动平台、诸如平台120用作用于打印对象110的机构。第一机构104可以操作平台120朝着彼此引导对象110和喷嘴118。指令集112可以包括用于进行以下操作的指令：自动地校准平台120使得通过在x、y和/或z方向或者x-y平面上的旋转中的一系列运动，三维对象110被移动到用于喷嘴118的正确位置以沉积材料。
制造设备100的一些示例实施例包括传统设备，它们通过本文中描述的部件中的至少一些部件被改进，上述部件包括控制器102、制造管理器114和/或打印工具头(诸如第二机构106)。作为一个选项，制造设备100可以包括附加微处理器以管理电机的集合以及在处理命令(例如GCode颜色变化命令)时从原始微处理器接收信号。在一个示例实现中，传统的微控制器继续向控制器102传递电机速度值，就像传统微控制器直接管理电机一样。控制器102在打印工具头挤压时基于这些值来应用颜色比率，并且以其他方式模拟标准打印头。传统的微控制器和/或固件可以修改以支持用于颜色变化的额外信号。
图2是示出用于制造设备、诸如关于图1描述的制造设备100的示例性挤压器配置200的示意图。在各种实施例中，有色材料(例如三种有色材料)从源被馈送到挤压器配置200中。
根据一个示例实施例，挤压器配置200包括用于至少三种有色材料(例如细丝)的步进电机。该配置可以扩展至用于具有各种不透明度的四种、五种或六种有色材料(包括例如可选的半透明材料)的四个、五个或六个步进电机。挤压器配置200还可以包括包含腔室202和喷嘴204的打印工具头，腔室202可以称为混合腔室或融化腔室。用于挤压器配置200的打印工具头可以包括加热元件和恒温器以控制有色材料在腔室202内的融化和混合。
挤压器配置200的一个示例实施例通过以下方式来操作：在窄的融化腔室中混合单独的融化的有色塑性细丝材料，并且挤压混合物通过打印工具头内的较小的孔。步进电机将有色材料移动到腔室202中的速率基于颜色值。有可能结合其他属性(例如有色细丝大小、电机轴承大小、电机角度等)的颜色值可以确定每个步进电机控制每个有色细丝到腔室202中的运动的速度。当腔室202中的材料被推送到更小直径的喷嘴204(例如内螺纹喷嘴)中时，有色细丝通过通道中的电阻被进一步混合成期望颜色，直到其最终在喷嘴204外部被沉积到正在被打印的对象上。
图3是用于生成用于制造设备的协同指令集的方法300的过程流程图。一个或多个硬件/软件部件(例如图1的制造管理器114)可以被配置成执行方法300。方法300在块302开始，并且继续进行到块304，在块304，可以将三维模型划分为层。每个层可以表示为可寻址单元的集合，其中每个单元包括几何元素的至少部分。几何元素通常指代被投影到平面上作为具有至少某一体积的路径的多边形。这些路径可以形成表示正在被制造的对象的外壳。外壳可以被增强成固态表示，其可以或者可以不具有拥有透明外部的有色内部几何形状。在一些实施例中，每个单元被定义为能够在制造期间应用的最小量/体积的有色材料。因此，示例单元中的路径、或其部分可以具有等于或小于上文的有色材料的最小量/体积的体积。其他实施例可以用其他方式来定义每个单元，例如作为包括一个或多个几何元素的体素。
在各种实施例中，三维模型沿着Z轴被划分为Z层，每个Z层表示X-Y平面中的单元，这些单元要被填充至少一个有色材料。每个层可以包括基于其中包括的单元的三维数据结构。Z层的高度取决于制造设备的分辨率或质量。
在块306，可以向模型应用颜色值。一个示例实现通过以下方式来向单元应用纹理信息：将纹理图案映射到层使得每个单元的地址被映射到该纹理图案中的坐标并且将每个映射转换成适当的颜色。其他示例实现使用非纹理信息来计算颜色值(例如数学公式根据对象内的位置来导出颜色值)。一些实现可以通过在特定范围上对颜色求平均来简化复杂纹理(例如照片)的颜色，以便使用众所周知或定制的插值算法(例如双三次插值、双线性插值、最近邻居等)来最大化单个颜色的块(在某个容限内)。
偶尔，可能必须在能够制备和沉积具有不同颜色物理特性的下一材料之前净化残留(或“过渡”)材料。因此，在块308，可以识别用于沉积过渡材料的层的潜在区域。所识别的区域可以被定义为一个或多个单元，其中颜色提供极少的或者不提供值(例如审美价值)。例如，模型使用外部支撑结构保持正在被制造的对象的悬伸部分。支撑结构意图在制造的结尾被破坏或切除。这是在期望颜色变化时沉积过渡材料的一个示例区域。另一示例包括在制造完成时被看不见地封闭在对象内的内部填充区域。
如果没有足够的内部填充或外部支撑区域用于倾倒过渡颜色，则可以在正在被构建的主要对象旁边产生浪费对象。这可以在较高层上发生(沿着Z轴)。这样，寻找合适的位置可以涉及打印浪费对象并且向下注入多边形到每个相继更低的层上的平台。在这些所生成的颜色过渡结构多边形中的每个处，可以重新计算颜色以在对象的继续制造中防止这样的浪费。支撑结构的大小在更高的层上可以更大。相应地，可以延迟插入颜色过渡结构，直到所有的层都已经初始被处理。在该时间期间，可以在每个层对颜色过渡结构的数目计数，以使能颜色过渡结构形状和位置的预先确定。为了处理预计突然的颜色变化，以及制造设备中残留有过渡材料，但是用于沉积这样的材料的方便的填充区域不可用的情况，一个示例实现在对象的几何形状的尺寸外部向三维模型添加额外结构。这使得制造设备能够净化头部直到用于下一颜色的材料可用。另一示例是设备硬件的倾倒区域，其使得能够在生成净化结构时最小化材料损失直到发生倾倒的层。
在块310，可以定义用于沿着工具路径沉积有色材料的组合的过程，上述过程诸如被执行以生成平滑的梯度。该过程可以涉及根据工具路径移动打印工具并且控制沿着工具路径应用每个有色材料的速率。一个示例实现针对每个单元确定在打印工具沿着工具路径将打印工具头移动到该单元在正在被制造的对象上的地址/位置时将一个或多个有色材料馈送到打印工具中的步进电机速度。在块312，可以生成用于制造设备的指令，包括用于沉积过程和工具路径的协同指令集。
一个示例实现生成示例协同指令(例如op代码、g代码等)以驱动机器人机构(例如图1的第一机构104)并且使用打印工具(例如图1的第二机构106)来沉积有色材料。打印工具包括具有喷嘴的头部和一组电机，其可以是本地的或者远程的。控制器针对每个Z层配置工具集或协同指令集，该工具集或协同指令集在被执行时引起机器人机构将打印工具头移动到打印机构沉积有色材料的组合的区域。这样的组合通常涉及一系列有色材料，其中一些可以被混合以产生不同颜色并且一些有色材料可以单独应用。为了说明，一个示例组合包括青色、黄色、黑色和绿色，其中绿色不是输入颜色，而是青色和黄色的混合。因此，打印机构可以应用第一体积的青色材料、第二体积的黄色材料、第三体积的黑色材料和第四体积的绿色材料(通过以适当比率混合一定体积的青色和黄色材料)。
因为至少一些有色材料保留在打印机构中，所以颜色变化可以涉及在应用当前有色材料的同时馈送新的有色材料。新的有色材料可以以具体速率(例如正或负速率)来馈送，该具体速率在打印机构移动更多新的有色材料时可以被调节。例如，如果当前颜色是黄色并且打印机构被指令为沉积绿色作为新的颜色，则协同指令引起打印机构稍微撤回黄色材料并且用稍微更大量的青色材料推送以与现有的黄色材料混合。
在使得所沉积的材料能够冷却或干燥之后，可以在块314确定是否制造三维模型的下一层。如果模型中存在更多的层，则方法300返回块306。否则方法300继续进行到块316，在块316，可以向制造设备通信协同指令集。方法300然后在块318结束。
图3的过程流程图并非意图表示方法300的块302-318要按照任何特定顺序执行，也并非意图表示所有的块302-318要在每种情况下都被包括。另外，方法300中可以包括图3中没有示出的任何数目的附加块，这取决于具体实现的细节。
图4是用于计算针对对象的三维模型的颜色值的方法400的过程流程图。一个或多个硬件/软件部件(例如图1的制造管理器114)可以被配置成执行方法400。方法400在块402开始，并且继续进行到块404，在块404，可以将三维模型分解成元素，包括几何元素，并且可以识别颜色变化。在各种实施例中，元素可以被投影到层的三维平面上，其进一步被分解成形成对应于对象的几何形状的壳的可寻址的单元。层内的单元之间和/或相邻层之间可以发生颜色变化。
在块406，可以确定纹理信息是否可用。纹理信息描述要在一个或多个外部文件中的三维表面网格模型上应用的图案或具体颜色位图。三维表面网格模型可以与纹理信息一起被导出作为本机文件格式的部分。相同的纹理信息可以用于多个多边形面。纹理中的不同区域可以被映射到不同多边形。
如果纹理信息不可用，则方法400继续进行到块408。在块408，可以使用非纹理数据针对几何元素计算颜色值。例如，制造管理器可以使用相关数学函数(诸如线性或径向梯度、彩虹图案和/或其他数学定义的过程)生成颜色。从块408，方法继续进行到块416，如下文讨论的。
如果纹理信息可用，则方法400继续进行到块410，在块410，可以将纹理区域映射到多边形。一个示例性纹理映射机制采用网格模型，其已经被预先切割成多边形几何形状并且将纹理区域映射到层上的整个多边形几何形状。在块412，可以将每个顶点映射到纹理区域中的纹理坐标。另外，纹理坐标可以在两个维度上缩放以直接映射到多边形面的顶点。在块414，可以将颜色值映射到多边形。制造管理器可以被指令向三维模型应用纹理信息以产生颜色值。由于制造管理器识别用于打印三维对象的壳的工具路径，所以制造管理器还使用与模型相关联的纹理信息来识别需要应用于对象的外壳(表面网格)的颜色。从块414，方法400然后继续进行到块416。
在块416，可以确定是否添加光照效果。如果不想要光照效果，则方法400在块420终止。否则，如果要添加光照效果，则方法400继续进行到块418。在块418，可以测量亮度，并且可以调节颜色值。三维模型可以包括提供各种效果的光照信息，诸如模拟具有明亮颜色的对象，好像对象完全在光照下，或者具有柔和或阴影颜色，好像对象在阴暗位置。光照信息可以具有修改模型的非照明颜色值的固有颜色。对颜色值的调节可以模拟在对象的文理上闪耀的各种颜色的光，以使得对象呈现为好像光指向模型。方法400然后在块420终止。
图4的过程流程图并非意图表示方法400的块402-420要按照任何特定顺序执行，也并非意图表示所有的块402-420应当在每种情况下都被包括。另外，方法400中可以包括图4中没有示出的任何数目的附加块，这取决于具体实现的细节。
图5是用于通过执行具体指令来制造全色三维对象的方法500的过程流程图。在各种实施例中，方法500由制造设备(例如图1的制造设备100)来执行。例如，机器人机构(例如图1的第一机构104)的一个或多个硬件/软件部件(例如图1的控制器102)可以被配置成通过执行由其他硬件/软件部件(例如图1的制造管理器114)提供的指令来执行方法500。方法500在块502开始，并且继续进行到块504。在块504，可以访问和执行协同指令集，以开始三维对象制造过程，在该过程期间向三维对象应用有色细丝。
在块506，可以针对(多个)当前细丝建立负速率和/或可以针对(多个)下一细丝建立正速率。协同指令规定这些速率基本上同步实现。在块508，可以根据协同指令致动打印机构。协同指令定义工具路径，上述工具路径被配置成通过消除先前颜色(例如通过清除挤压器配置的具有先前颜色的混合腔室)来在期望下一有色细丝之前改变颜色。例如，如果黄色细丝正在被沉积并且下一颜色是绿色细丝，则协同指令可以引起挤压器配置开始馈送青色材料使得有色材料的正确混合在期望绿色细丝时到达挤压器配置的喷嘴。另外地，挤压器配置可以改变有色细丝，并且在下一层开始填充过程。当充足量的有色材料已经通过挤压器配置的混合腔室以提供用于外壳的期望的绿色颜色时，可以向填充区域、一个或多个外部支撑结构、或者任何其他非关键区域中净化任何过渡材料。这允许在三维对象的外部上的突然的动态的颜色变化，同时在内壳中维持过渡材料。替选地，过渡材料可以用于结构支撑。
在各种实施例中，使用管中的当前颜色的知识以及先前计算的工具路径来执行颜色变化。这可以实现“智能混合”过程，在该过程期间，与每个基本颜色的细丝相关联的挤压器电机以具体速率(例如正或负速率)开始馈送细丝，并且在新的有色材料被推送到腔室中时进行调节。例如，如果当前颜色是黄色并且打印需要绿色，则可以发送稍微撤回黄色细丝并且用稍微更大量的青色推送以在腔室中与现有的黄色混合的指令。该过程可以逐渐应用，以随着时间调节两个颜色的馈送速率，直到在腔室中达到期望的混合。然后，系统可以遵循通常值/比率用于做出适当的绿色颜色。
在块510，可以针对待定颜色变化监测打印机构，并且可以确定何时期望新的颜色。当该时刻到来时，方法500返回块504以执行下一指令。如果在某个量的时间之后该时刻尚未到来，则方法500继续进行到块512。在块512，可以在循环回到块510之前在一定的时间段(例如几秒钟)内继续应用当前颜色的细丝。如果在块510确定打印机构已经完成制造过程，则方法500在块514终止。
图5的过程流程图并非意图表示方法500的块502-514要按照任何特定顺序执行，也并非意图表示所有的块502-514要在每种情况下都被包括。另外，方法500中可以包括图5中没有示出的任何数目的附加块，这取决于具体实现的细节。
图6A是示出根据本文中描述的实施例的可以使用的三维模型600的示意图。三维模型600表示为包括面602的网格。在图6A所示的实施例中，面602包括三角形。然而，应当理解，面602可以包括矩形或其他类型的多边形。应当理解，面可以是曲面，曲面可以通过线拟合多边形算法来近似。
图6B是示出在面602上具有颜色的三维模型600的示意图。如图6B所示，每个面602是单色的，但是每个面602可以具有不同颜色。在各种实施例中，制造管理器计算三维模型600的当前Z平面与三角形网格之间的交叉分段。制造管理器然后可以从面602到与面602交叉的分段得到颜色(RBGA)值。其是逐层过程，这使得能够将颜色信息保留到针对每个层的二维多边形上。图6C是示出根据逐层过程被分为层604的三维模型600的示意图。图6D是示出针对三维模型600的单个层604的所得到的二维多边形606A-C的示意图。多边形606A表示蓝色材料。多边形606B表示绿色材料。多边形606C表示内部过渡材料，即填充区域。
根据本文中描述的实施例，三维模型也可以根据基于中央处理单元(CPU)的纹理映射过程使用纹理上的颜色来切割。来自纹理的颜色值不同于面上的颜色值，因为边界没有将颜色分为不同区域。
在各种实施例中，制造管理器通过切割几何形状并且在忽略纹理的同时生成二维多边形来开始。然后，制造管理器可以对二维多边形执行纹理映射。该过程可以基于纹理上的颜色信息向二维多边形添加更多顶点。二维多边形可以被细化使得每个分段具有单个颜色。
图7A是示出具有添加的顶点的面700的示意图。具体地，图7A描绘当面700内部存在红色花朵702时向三个层的分段添加顶点的过程。图7B是示出具有添加的顶点的多个面704的示意图。具体地，图7B描绘与图7A相同的过程，不同之处在于，红色花朵被映射到多个面704而非仅一个面700。
根据本文中描述的实施例，也可以使用渐变色对三维模型进行切割。使用渐变色的切割不是简单的任务，因为从颜色混合的观点来看，连续的颜色变化很难控制。该任务可以通过使得每个分段能够具有单个颜色但是通过颜色到步进、离散的分段的插值使用很多小的分段模拟颜色渐变来简化。图8A和8B示出了示例。图8A是示出具有渐变色的几何形状的表面800的示意图。在各种实施例中，制造管理器基于几何形状信息产生多边形。多边形然后可以使用更多顶点被细化以确保每个多边形足够小并且仅包括一个颜色。针对每个多边形的颜色值可以被分配作为多边形的中间点的颜色值。图8B是示出被分为三层802A-C的表面800的示意图。基于预定义的长度，可以使用四个多边形804A-D来模拟渐变色，每个多边形具有不同颜色。根据每个多边形的中点的颜色值，然后可以将颜色值806A-D分别分配给每个多边形804A-D。
应当理解，本文中描述的实施例不限于图8A和8D中所示的矩形梯度。相反，可以使用任意合适的类型的梯度。图9是示出根据本文中描述的实施例的可以使用的径向梯度900的示意图。另外，图10是示出根据本文中描述的实施例的可以使用的三角形梯度1000的示意图。
根据本文中描述的实施例，制造管理器可以创建工具路径优化过程以在制造过程期间切换颜色时平滑全色三维对象的外部。在制造过程期间，打印头必须在沿着工具路径移动时切换颜色。然而，切换外部上的颜色会在外部上引入小的泡泡，从而降低外部的质量。因此，本文中描述的工具路径优化过程可以在对象内部提供颜色切换。另外，在各种实施例中，可以使用不同种类的优化来对层上的各种颜色的多边形进行排序以最小化混合时间。在具有青色、黄色、和绿色的示例中，可以首先打印所有青色多边形，然后打印所有绿色多边形，然后打印所有黄色多边形。该顺序很有用，因为与从青色到黄色相比，从青色到绿色需要更少时间。图11A和11B中示出了示例。
图11A是示出具有两个不同颜色的九个分段1102A-I的多边形1100的示意图。具体地，多边形包括三个红色分段1102A-C以及六个黑色分段1102D-I。制造管理器可以通过基于分段的总长度确定黑色是背景颜色来开始工具路径优化过程。制造管理器然后可以创建针对红色分段的偏移以将红色分段改为封闭多边形。接着，制造管理器可以将黑色分段改为具有重叠边缘的封闭多边形。图11B是示出具有所得到的封闭的红色多边形1104和封闭的黑色多边形1106的多边形1100的示意图。
为了执行制造过程，工具头可以在内部顶点之一处开始。为了增加材料路径的稳定性，希望确保工具头在向外移动到外部时具有足够的距离。因此，制造管理器可以指示工具头从第一内部顶点开始并且沿着分段按照顺时针循环移动。例如，工具头可以在用于红色的内部顶点1108处开始，并且可以在用于黑色的内部顶点1110处开始，如图11B所示。
根据本文中描述的实施例，由制造管理器创建的工具路径优化过程还可以允许在切换颜色时的材料使用最小化。当在制造设备的单个挤压器中切换颜色时，使用材料的某个长度清除腔室。这可以产生浪费材料。相应地，本文中描述的工具路径优化过程可以被设计成最小化浪费材料的量。这可以通过最小化颜色切换的数目来实现。如果三维模型包括具有相同颜色的多个多边形，则可以在切换至下一颜色之前绘制所有这些多边形。
应当理解，上文描述的工具路径优化过程和制造过程不限于有色材料到对象的应用。相反，这些过程可以用于向对象应用任何数目的不同类型的材料。在使用不同类型的材料时，制造管理器可以指示工具头按照上文关于在制造过程期间切换颜色描述的相同的方式来切换材料。
所制造的三维对象通常具有内部填充和外部支撑。内部填充材料在打印过程完成之后不可见，并且外部支撑在制造之后被去除。因此，根据本文中描述的工具路径优化过程，可以使用过度材料来创建填充和支撑。
在各种实施例中，工具路径将要使用以安全地切换颜色的材料的长度被定义为“Lc”。基于多边形区域和细丝的半径，可以针对固态多边形计算工具路径将要使用的材料的最大长度。该最大长度可以被定义为“Ls”。不同颜色的数目可以被定义为“N”。使用这些变量，可以确定是否存在用于多边形的过渡材料。具体地，如果特定多边形的Lc×(N-1)≤Ls，则没有用于多边形的过渡材料。然而，如果多边形的Lc×(N-1)＞Ls，则存在过渡材料，并且工具头将在多边形变为固态之后被移动到三维对象外部。
图12是示出包括具有不同颜色的若干多边形1202A-D以及外部支撑结构1204的三维模型的层1200的示意图。为了简化上文描述的任务，仅黑色背景多边形1202A可以保持为空。其他多边形1202B-D可以是固态，并且每个多边形1202B-D可以具有宽度4×Rm，其中“Rm”是材料线的半径。根据该示例性实现，仅有一个黑色背景多边形1202A用于应用填充算法。可以计算黑色背景多边形1202A内的填充区域的密度以及外部支撑结构1204的密度以确保颜色切换工具路径的总长度等于Lc×(N-1)。
根据图12所示的示例性实现，工具头可以首先绘制具有红色颜色的两个红色多边形1202B和1202C。然后，工具头可以绘制具有等于Lc的距离的填充和外部支撑工具路径以便基于下一多边形(其可以是蓝色多边形1202D)来切换颜色。在工具头完成切换颜色之后，工具头可以绘制蓝色多边形1202D。以这一方式，将所有过渡材料隐藏在黑色背景多边形1202A的填充区域中或者沉积在可布置的外部支撑结构1204内。这使得能够将过渡材料用于制造过程而非浪费掉，从而降低成本并且增加制造过程的效率。
图13是用于将物理对象的三维模型变换成用于制造设备的指令的方法1300的过程流程图。方法1300可以由具有三维打印能力的计算设备来执行。更加具体地，方法1300可以由包括制造管理器、诸如图1的制造管理器114的计算设备来执行，制造管理器可通信地耦合至制造设备、诸如图1的制造设备100。
方法在块1302开始，在块1302，将三维模型切割成保留有颜色信息的层。在块1304，基于面上的颜色、纹理上的颜色和/或渐变色针对每个层生成二维多边形。每个二维多边形包括单个颜色。在各种实施例中，基于面上的颜色针对层生成二维多边形包括：计算三维模型的当前层的平面与网格之间的交叉分段；获取针对交叉分段的颜色值；以及将颜色值转换成针对层的二维多边形。另外，基于纹理上的颜色针对层生成二维多边形可以包括：针对层生成二维多边形；通过基于关于正在被制造的对象的纹理映射的颜色信息向二维多边形添加附加顶点来对二维多边形执行纹理映射；以及细化二维多边形使得每个分段包括单个颜色。另外，基于渐变色针对每个层生成二维多边形可以包括：基于对应于三维模型的几何信息来生成二维多边形；细化二维多边形使得每个分段包括单个颜色；以及基于每个二维多边形的中间分段的颜色向每个二维多边形分配颜色值。
在块1306，基于针对每个层的二维多边形来确定用于从有色材料制造全色三维对象的工具路径。确定工具路径包括生成指示制造设备进行以下操作的指令：在切换颜色之前针对具有相同颜色的所有二维多边形应用有色材料；通过在每个层内的每个二维多边形的内部顶点处切换颜色来平滑全色三维对象的外部；以及在切换颜色时，在填充区域、支撑结构和/或全色三维对象外部的区域内沉积过渡材料。在各种实施例中，通过在每层内的每个二维多边形的内部顶点处切换颜色来平滑全色三维对象的外部通过以下方式来实现：向具有特定颜色的二维多边形应用有色材料，该应用在二维多边形的内部顶点处开始并且在到达外部顶点之前沿着提供最大距离的方向移动。另外，在切换颜色时在填充区域、支撑结构和/或全色三维对象外部的区域内沉积过渡材料通过以下方式来实现：计算在切换颜色的同时将使用的有色材料的长度；基于所计算的长度来确定是否将生成过渡材料；以及如果将生成过渡材料，则在填充区域、支撑结构和/或全色三维对象外部的区域内沉积过渡材料。
图13的过程流程图并非意图表示方法1300的块1302-1306要按照任何特定顺序执行，也并非意图表示所有的块1302-1306要在每种情况下都被包括。另外，方法1300中可以包括图13中没有示出的任何数目的附加块，这取决于具体实现的细节。例如，在各种实施例中，可以使用材料信息来切割几何形状。用于使用材料信息来切割几何形状的过程类似于上文描述的用于使用颜色信息来切割几何形状的过程。具体地，在这样的实施例中，将三维模型变换成用于制造设备的指令包括将三维模型切割成保留有材料信息的层；并且基于面上的材料信息、纹理上的材料信息和/或渐变材料信息针对每个层生成二维多边形。每个二维多边形包括单个类型的材料。然后可以基于针对每个层的二维多边形来确定用于制造对象的工具路径。确定工具路径可以包括生成指示制造设备进行以下操作的指令：在切换材料之前针对具有相同材料的所有二维多边形应用材料；通过在每个层内的每个二维多边形的内部顶点处切换材料来平滑对象的外部；以及在切换材料时，在填充区域、支撑结构和/或对象外部的区域内沉积过渡材料。该过程可以用于向对象应用各种不同类型的材料，诸如透明材料、橡胶状材料、可分解材料等。除了上文关于图13描述的颜色材料之外，可以应用这样的材料。
另外，在一些实施例中，制造设备可以包括多个工具头，其中每个工具头包括不同类型的材料。在这样的实施例中，系统存储器可以包括被配置成指示制造设备进行以下操作的代码：以适当的时间间隔切换工具头使得全色三维对象的外表面均匀或平滑。具体地，这些指令可以通过生成指示制造设备向二维多边形应用材料的指令来指示制造设备在每个层内的每个二维多边形的内部顶点处切换工具头，该应用在二维多边形的内部顶点处开始并且在到达外部顶点之前沿着提供最大距离的方向移动。这可以使得制造设备能够使用若干不同工具头均匀且平滑地应用若干不同类型的材料。这样的材料除了有色材料可以包括透明材料、橡胶状材料、可分解材料等。
应当理解，本文中描述的实施例不限于任何特定类型的材料。相反，可以使用任何数目的其他类型的材料。这样的材料可以通过喷流、挤压或者其他机械或化学过程来沉积。每个材料在任何数目的维度中可以呈现不同的物理特性。这样的物理特性可以包括例如柔性、对碰撞的弹性、对溶剂或温度的抵抗性、或者承载着色剂的能力。另外，材料可以按照不同比率混合以创建具有进一步不同物理特性的混合材料。本文中描述的实施例适合用于定义具有不同材料组成的完成对象的区域。
为了提供用于实现要求保护的主题的各个方面的上下文，图14意图提供其中可以实现本发明的各个方面的计算环境的简要一般描述。例如，用于制造全色三维对象的方法和系统可以在这样的计算环境中实现。虽然上文在本地计算机或远程计算机上运行的计算机程序的计算机可执行指令的一般上下文中描述了要求保护的主题，然而本领域技术人员应当理解，本发明也可以使用这些程序模块的组合来实现。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、部件、数据结构等。
图14是可以用于实现用于制造全色三维对象的系统和方法的计算环境1400的框图。计算环境1400包括计算设备1402。计算设备1402可以是台式计算机、膝上型计算机、移动设备或者任何其他合适类型的计算设。在各种实施例中，计算设备1402连接至制造设备。计算设备1402可以被配置成生成指令集并且将指令集发送给制造设备。制造设备然后可以运行指令集以使用多个有色材料来制造全色三维对象。
在各种实施例中，计算设备1402包括处理单元1404、系统存储器1406和系统总线1408。系统总线1408将系统部件(包括但不限于系统存储器1406)耦合至处理单元1404。处理单元1404可以是各种可用处理器中的任何处理器。也可以采用双微处理器和其他多处理器架构作为处理单元1404。
系统总线1408可以是若干类型的总线结构中的任何一个，包括使用本领域普通技术人员已知的任何各种可用总线架构的存储器总线或存储器控制器、外围总线或外部总线、或者本地总线。系统存储器1406是计算机可读存储介质，其包括易失性存储器1410和非易失性存储器1412。基本输入/输出系统(BIOS)包含诸如在启动期间在计算设备1402内的元件之间传递信息的基本例程。作为说明而非限制，非易失性存储器1412可以包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、或闪存存储器。
易失性存储器1410包括随机存取存储器(RAM)，其用作外部高速缓存存储器。作为说明而非限制，RAM以很多形式可用，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据速率SDRAM(DDR SDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、SynchLinkTM DRAM(SLDRAM)、直接RAM(RDRAM)、直接动态RAM(DRDRAM)和动态RAM(RDRAM)。
计算设备1402还包括其他计算机可读存储介质，诸如可移除/非可移除、易失性/非易失性计算机存储介质。图14示出例如盘存储装置1414。盘存储装置1414可以包括但不限于磁盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、Jaz驱动器、Zip驱动器、LS-100驱动器、闪存卡、或存储棒。
另外，盘存储装置1414可以单独地包括存储介质或者与其他存储介质组合，包括但不限于光学盘驱动器，诸如光盘ROM设备(CD-ROM)、CD可记录驱动器(CD-R驱动器)、CD可写驱动器(CD-RW驱动器)或数字多功能盘ROM驱动器(DVD-ROM)。为了促进盘存储装置1414到系统总线1408的连接，通常使用可移除或非可移除接口，诸如接口1416。
应当理解，图14描绘用作用户与在计算环境1400中描述的基本计算资源之间的中间物的软件。这样的软件包括操作系统1418。可以存储在盘存储装置1414中的操作系统1418用于控制和分配计算设备1402的资源。
系统应用1420通过存储在系统存储器1406中或盘存储装置1414上的程序模块1422和程序数据1424来利用操作系统1418对资源的管理。根据本文中描述的实施例，系统应用1420可以包括被配置成生成指令集的制造管理器。指令集然后可以被发送给制造设备，并且制造设备可以使用指令集以使用多个有色材料制造全色三维对象。在一些实施例中，制造设备集成在计算设备1402内。在其他实施例中，制造设备远程连接至计算设备1402，如下文进一步讨论的。
用户通过输入设备1426向计算设备1402中输入命令或信息。输入设备1426可以包括但不限于指示设备(诸如鼠标、跟踪球、触笔等)、键盘、麦克风、触摸输入设备、语音输入设备、扫描仪、数字相机、数字视频相机、web相机等。输入设备1426经由(多个)接口端口1428通过系统总线1408连接至处理单元1404。(多个)接口端口1428可以包括例如串行端口、并行端口、游戏端口和通用串行总线(USB)。(多个)输出设备1430还可以使用相同相同类型的端口作为(多个)输入设备1426。因此，例如，USB端口可以用于向计算设备1402提供输入并且从计算设备1402向输出设备1430输出信息。
输出适配器1432被提供以图示输出设备1430、诸如显示器设备和扬声器可以经由输出适配器1432可访问。作为说明而非限制，输出适配器1432包括在输出设备1430与系统总线1408之间提供连接手段的显卡和声卡。应当注意，其他设备和/或设备的系统提供输入和输出能力二者，诸如(多个)远程计算设备1434。
计算设备1402可以被包括在联网环境中，并且可以包括到一个或多个计算设备、诸如(多个)远程计算设备1434的逻辑连接。根据本文中描述的实施例，(多个)远程计算设备1434可以包括一个或多个制造设备。另外，(多个)远程计算设备1434可以包括远程个人计算机、膝上型计算机、移动设备、服务器等。(多个)远程计算设备1434可以通过网络接口1436逻辑连接至计算设备1402，并且经由通信连接1438物理连接至计算设备1402。在一些实施例中，(多个)远程计算设备1434可以通过USB线缆或串行线缆逻辑连接至计算设备1402。另外，在一些实施例中，来自计算设备1402的数据可以简单地保存到SD卡或类似设备上。SD卡然后可以被插入到(多个)远程计算设备1434之一中，并且数据可以被复制到远程计算设备上用于进一步使用。
在一些实施例中，网络接口1436包括有线和/或无线通信网络，诸如局域网(LAN)和广域网(WAN)。LAN技术包括光纤分布式数据接口(FDDI)、铜线分布式数据接口(CDDI)、以太网、令牌环等。WAN技术包括但不限于点到点链接、电路交换网络(如集成业务数字网(ISDN)及其变型)、分组交换网络和数字用户线(DSL)。
(多个)通信连接1438指代用于将网络接口1436连接至系统总线1408的硬件和/或软件。虽然通信连接1438为了说明清楚而被示出为在计算设备1402内部，然而其也可以在计算设备1402外部。用于到网络接口1436的连接的软件和/或硬件可以包括例如内部和外部技术，诸如移动电话交换机、调制解调器(包括常规电话级别调制解调器、线缆调制解调器和DSL调制解调器)、ISDN适配器和以太网卡。
虽然使用特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，然而应当理解，所附权利要求中定义的主题不一定限于上文描述的具体特征或动作。相反，上文描述的具体特征和动作被公开作为实现权利要求的示例形式。

Claims (15)

1.一种用于制造全色三维对象的方法，包括经由包括三维打印能力的计算设备通过以下操作将三维模型变换成用于制造设备的指令：
将所述三维模型切割成保留有颜色信息的层；
基于面上的颜色、纹理上的颜色或渐变色或其任意组合，针对每个层生成二维多边形，其中每个二维多边形包括单个颜色；以及
基于针对每个层的所述二维多边形来确定用于根据有色材料制造全色三维对象的工具路径，其中确定所述工具路径包括生成指示所述制造设备进行以下操作的指令：
在切换颜色之前针对具有相同颜色的所有二维多边形应用有色材料；
通过在每个层内的每个二维多边形的内部顶点处切换颜色来平滑所述全色三维对象的外部；以及
在切换颜色时，在填充区域、支撑结构或所述全色三维对象外部的区域或其任意组合内沉积过渡材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中基于面上的颜色针对层生成二维多边形包括：
计算所述三维模型的当前层的平面与网格之间的交叉分段；
获取针对所述交叉分段的颜色值；以及
将所述颜色值转换成针对所述层的二维多边形。
3.根据权利要求1所述的方法，其中基于纹理上的颜色针对层生成二维多边形包括：
针对所述层生成二维多边形；
通过基于关于正在被制造的所述对象的纹理映射的颜色信息向所述二维多边形添加附加顶点来对所述二维多边形执行纹理映射；以及
细化所述二维多边形使得每个分段包括单个颜色。
4.根据权利要求1所述的方法，其中基于渐变色针对每个层生成所述二维多边形包括：
基于对应于所述三维模型的几何信息来生成二维多边形；
细化所述二维多边形使得每个分段包括单个颜色；以及
基于每个二维多边形的中间分段的颜色向每个二维多边形分配颜色值。
5.根据权利要求1-4所述的方法，其中生成指示所述制造设备通过在每个层内的每个二维多边形的所述内部顶点处切换颜色来平滑所述全色三维对象的外部的指令包括：生成指示所述制造设备针对特定颜色的二维多边形应用有色材料的指令，所述应用在所述二维多边形的内部顶点处开始并且在到达外部顶点之前沿着提供最大距离的方向移动。
6.一种用于制造全色三维对象的计算系统，包括：
制造设备；以及
可通信地耦合至所述制造设备的制造管理器，其中
所述制造管理器包括：
被配置成执行存储的指令的处理器；以及
包括代码的系统存储器，所述系统存储器被配置成：
将三维模型切割成保留有颜色信息的层；
基于面上的颜色、纹理上的颜色或渐变色或其任意组合针对每个层生成二维多边形，其中每个二维多边形包括单个颜色；以及
基于针对每个层的所述二维多边形来确定用于根据有色材料制造全色三维对象的工具路径，其中确定所述工具路径包括生成指示所述制造设备进行以下操作的指令：
在切换颜色之前针对具有相同颜色的所有二维多边形应用有色材料；
在每个层内的每个二维多边形的内部顶点处切换颜色；以及
在切换颜色时，在填充区域、支撑结构或所述全色三维对象外部的区域或其任意组合内沉积过渡材料；以及
其中所述制造设备被配置成基于所述指令来制造所述全色三维对象。
7.根据权利要求6所述的计算系统，其中所述系统存储器包括被配置成通过以下操作基于面上的颜色来针对每个层生成二维多边形的代码：
计算所述三维模型的当前层的平面与网格之间的交叉分段；
获取针对所述交叉分段的颜色值；以及
将所述颜色值转换成针对所述层的二维多边形。
8.根据权利要求6所述的计算系统，其中所述系统存储器包括被配置成通过以下操作基于纹理上的颜色来针对每个层生成二维多边形的代码：
针对所述层生成二维多边形；
通过基于关于正在被制造的所述对象的纹理映射的颜色信息向所述二维多边形添加附加顶点来对所述二维多边形执行纹理映射；以及
细化所述二维多边形使得每个分段包括单个颜色。
9.根据权利要求6所述的计算系统，其中所述系统存储器包括被配置成通过以下操作基于渐变色来针对每个层生成二维多边形的代码：
基于对应于所述三维模型的几何信息来生成二维多边形；
细化所述二维多边形使得每个分段包括单个颜色；以及
基于每个二维多边形的中间分段的颜色向每个二维多边形分配颜色值。
10.根据权利要求6-9所述的计算系统，其中所述系统存储器包括被配置成生成指示所述制造设备进行以下操作的指令的代码：通过生成指示所述制造设备针对特定颜色的二维多边形应用有色材料的指令来在每个层内的每个二维多边形的内部顶点处切换颜色，所述应用在所述二维多边形的内部顶点处开始并且在到达外部顶点之前沿着提供最大距离的方向移动。
11.根据权利要求1-4所述的方法，其中生成指示所述制造设备在切换颜色时在所述填充区域、所述支撑结构或所述全色三维对象外部的区域或其任意组合内沉积所述过渡材料的指令包括：
计算在切换颜色的同时将使用的有色材料的长度；
基于在切换颜色的同时将使用的所述有色材料的所述长度来确定是否将生成过渡材料；以及
如果将生成过渡材料，则生成指示所述制造设备在所述填充区域、所述支撑结构或所述全色三维对象外部的区域或其任意组合内沉积所述过渡材料的指令。
12.根据权利要求1-4所述的方法，其中将所述三维模型变换成用于所述制造设备的指令包括：
将所述三维模型切割成保留有材料信息的层；
基于面上的材料信息、顶点上的材料信息或渐变材料信息或其任意组合针对每个层生成二维多边形，其中每个二维多边形包括单个类型的材料；以及
基于针对每个层的所述二维多边形来确定用于制造所述全色三维对象的工具路径，其中确定所述工具路径包括生成指示所述制造设备进行以下操作的指令：
在切换材料之前针对具有相同材料的所有二维多边形应用材料；
通过在每个层内的每个二维多边形的内部顶点处切换材料来平滑所述全色三维对象的外部；以及
在切换材料时，在填充区域、支撑结构或所述全色三维对象外部的区域或其任意组合内沉积过渡材料。
13.根据权利要求6所述的计算系统，其中所述系统存储器包括被配置成进行以下操作的代码：
将所述三维模型切割成保留有材料信息的层；
基于面上的材料信息、顶点上的材料信息或渐变材料信息或其任意组合针对每个层生成二维多边形，其中每个二维多边形包括单个类型的材料；以及
基于针对每个层的所述二维多边形来确定用于制造所述全色三维对象的工具路径，其中确定所述工具路径包括生成指示所述制造设备进行以下操作的指令：
在切换材料之前针对具有相同材料的所有二维多边形应用材料；
通过在每个层内的每个二维多边形的内部顶点处切换材料来平滑所述全色三维对象的外部；以及
在切换材料时，在填充区域、支撑结构或所述全色三维对象外部的区域或其任意组合内沉积过渡材料。
14.根据权利要求13所述的计算系统，其中所述制造设备包括多个工具头，并且其中所述系统存储器包括被配置成生成指示所述制造设备进行以下操作的指令的代码：通过生成指示所述制造设备针对二维多边形应用所规定的材料的指令来在每个层内的每个二维多边形的内部顶点处切换工具头，所述应用在所述二维多边形的内部顶点处开始并且在到达外部顶点之前沿着提供最大距离的方向移动。
15.根据权利要求6-9所述的计算系统，其中所述系统存储器包括被配置成生成指示所述制造设备通过以下操作在切换颜色时在所述填充区域、所述支撑结构、所述全色三维对象外部的区域或其任意组合内沉积所述过渡材料的指令的代码：
计算在切换颜色的同时将使用的有色材料的长度；
基于在切换颜色的同时将使用的所述有色材料的所述长度来确定是否将生成过渡材料；以及
如果将生成过渡材料，则生成指示所述制造设备在所述填充区域、所述支撑结构或所述全色三维对象外部的区域或其任意组合内沉积所述过渡材料的指令。
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