CN107206695A - 三维对象的材料体积覆盖表示 - Google Patents

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Abstract

本文描述的特定示例提供了一种三维对象的表示，用于生产所述对象。这些示例使用材料体积覆盖表示，其从所接收的对象数据生成，如向量对象表示。该材料体积覆盖表示包括材料体积覆盖向量，至少用于形成三维对象的一部分栅格表示的体积。该栅格表示由该向量表示生成。每个材料体积覆盖向量表示可用于三维对象的生产装置的材料以及所述材料的组合的概率分布。

Description

三维对象的材料体积覆盖表示
背景技术
生成三维对象的装置，包括通常所称的“3D打印机”，已被建议作为生产三维对象的潜在方便形式。该装置典型地接收对象模型形式的三维对象的定义。该对象模型被处理以指示装置利用一个或多个材料成分生产对象。其可逐层执行。利用一个或多个特性生产三维对象，如颜色、机械和/或结构特性可能是希望的。对象模型的处理可基于装置的类型和/或实施的生产技术而改变。在三维中生成对象表现出二维打印装置中未出现的多种挑战。
附图说明
本公开的多个特征将从如下详细描述并结合附图显而易见，其仅以示例的形式共同说明了本公开的特征，其中：
图1A为示出了根据一个示例的用于生成三维对象的材料体积覆盖表示的流水线的示意图；
图1B为示出了根据一个示例的用于生成用于利用材料体积覆盖表示进行三维对象生产的控制数据的流水线的示意图；
图2为示出了根据一个示例的用于进行三维对象生产的装置的示意图；
图3为示出了根据一个示例的用于生成三维对象的材料体积覆盖表示的方法的流程图；
图4A为示出了根据一个示例的用于生成虚拟分辨率下的材料体积覆盖表示的方法的流程图；
图4B为示出了根据一个示例的用于生产三维对象的方法的流程图；
图5为根据一个示例的用于生产三维对象的过程示意图；以及
图6为示出了根据一个示例的用于进行三维对象生产的文件结构的示意图。
具体实施方式
本文描述的特定示例提供了一种三维对象表示，其实现对象的生产。该示例使用了生成自所接收的对象数据的材料体积覆盖表示，如向量对象模型或表示。材料体积覆盖表示包括材料体积覆盖向量，至少用于形成三维对象的一部分栅格表示的体积。栅格表示生成自向量表示。每个材料体积覆盖向量表示三维对象生产装置可用材料的概率分布和所述材料的组合。其与使用构建材料的正则化向量的比较性示例相反，例如该比较性示例不提供概率分布，也不考虑全部可用材料的组合，其可包括表示没有材料的向量分量，例如“空白”表示。
材料体积覆盖表示，如本文示例所描述，使能够从所接收的对象数据的处理中对特定装置的约束进行去耦。在特定示例中，在生产时，材料体积覆盖表示可直接或经由中间打印表示而被半色调处理，以生成用于装置的控制数据。因此，可在半色调阶段作出关于三维对象的生产的选择。这样就可以加速三维对象的生产，这是因为已经执行了从矢量表示的转换以及对于指定颜色和/或材料特性的控制的处理；颜色和/或材料特性由可容易线性组合的材料体积覆盖向量表示，例如，因为它们是基于概率分布的。因此，可以进行和改变诸如分层方向、打印分辨率和层切片的整体几何形状的选择，而不必重新执行上述处理；它们不影响初始对象数据的处理，而是用于快速生成打印分辨率材料体积覆盖表示，然后被半色调处理以生成用于生产的控制数据。总体上，本文描述的示例提供了用于生产三维对象的完整和原始的三维处理流水线的各种部分。
图1A示意性地示出了三维处理流水线的第一部分的示例100。在示例100中，包括向量表示115的对象数据110由对象处理器120接收。对象处理器120处理对象数据110以生成三维对象的材料体积覆盖(M-Vo-C或MVoC)表示130。材料体积覆盖表示130包括用于至少形成三维对象的一部分栅格表示的体积的材料体积覆盖向量。每个材料体积覆盖向量表示可用于三维对象生产装置的材料和所述材料的组合的概率分布。概率分布涉及全部材料的组合，例如构建、整理、制剂和粉末，包括材料的单独使用、材料的联合使用，以及不使用任何材料。
布置对象处理器120以将以基于向量的格式接收的三维对象模型数据例如来自立体平版印刷“.stl”文件的数据转换为预定义的栅格分辨率。基于向量的格式利用所定义的模型几何，如多边形的网格和/或三维形状模型的组合来表示三维对象。例如，“.stl”文件可包括一列三维顶点形式的向量表示，以及三角形划分或三个顶点之间的关联形式的表面划分。基于栅格的格式以类似于二维图像被划分成称为“像素”的单位区域的方式，将三维对象表示为一系列单位体积，本文称为“体素”。在一种情况下，立方体体积可与体素的每个高度、宽度和深度的常用值(common value)一起使用。在其它情况下，自制的单位体积或体素可被定义，例如在单位体积为非立方的和/或具有彼此不同的高度、宽度和深度的值时(尽管每个体素与栅格表示中的其他体素具有相同的高度、宽度和深度)。在特定情况下，单位体积或体素可为非标准或自定义的三维形状。
在一种情况下，单位体积或“体素”相对于网格分辨率而对齐。例如，考虑简单情况，即接收的对象数据包括被立方体体积包围的三维对象的模型。在这种情况下，包围体的每个x，y和z轴可划分为单位，例如向量表示的20cm*20cm*20cm的包围体可具有2cm/体素的栅格分辨率，其中每个轴被划分为10的分区并且包围体被划分为1000个体素(10*10*10)。然后，基于为三维对象定义的颜色和/或材料特性例如在对象数据中，将体素的每个单位体积赋予材料体积覆盖向量。
如上所述，在特定实施中，体素可具有自制的或非标准的体积，例如不规则立方分区的形式。例如，在一种情况下，x-y的分辨率可不同于z-分辨率，例如上述包围体可被划分为10*10*25分辨率的2500体素。在其它情况下，体素可基于德劳内镶嵌(Delaunaytessellations)(例如填充对象的四面体)或任何其他空间填充多面体。
为了说明材料体积覆盖向量的分量，可以考虑简单的示例。在该简单示例中，布置装置以使用两种材料生成三维对象：M1和M2。它们可以为沉积于基底或台板的流体构建材料，或它们可包括两种可沉积的有色制剂，其沉积在粉末状的构建材料的一层或多层上。在一种情况下，这些材料可包括至少一个制剂、油墨和粉末状的构建材料的组合。在一种情况下，材料可涉及制剂、油墨和粉末状的构建材料之一和/或可涉及上述材料的子集。如果装置被布置以沉积离散量的每种材料，例如以二进制沉积，则存在四种不同的材料组合状态：第一状态为沉积M1而没有M2；第二状态为沉积M2而没有M1；第三状态为沉积M1和M2，例如M2沉积在M1之上，或反之亦然；且第四状态为M1和M2都不存在，例如“空白”(Z)或抑制剂。在这种情况下，材料体积覆盖向量具有四个向量分量：[M1，M2，M1M2，Z]，因此，栅格表示的每个体素具有这种形式的材料体积覆盖向量。在最后一个向量分量的情况下，“空白”或“Z”可表示“空”或所处理的层中不存在材料，例如如果制剂沉积于构建材料的层上，则其可表示所处理的层不存在构建材料，即使构建材料直至已经生产了完整的对象才能被除去。
这可以与将材料比例关联到每个体素的比较性方法形成对比。在这些比较性方法中，每种材料M1和M2的百分比被定义为每个体素，例如[M1，M2]，其中向量被归一化为1(对于范围0-1)或100％(对于百分比范围)。在该比较性情况下，没有考虑M1和M2的组合，也没有考虑M1和M2两种材料都不存在。因此，这些比较性方法不考虑材料组合；如果不考虑材料组合，则定义的材料比例无法被线性组合，并且呈现使处理出现问题的非线性。此外，材料组合的定义和使用提供了对所使用材料更精确和精准的控制。例如，可利用多个材料体积覆盖向量值(例如M1，M2和M1M2的多种组合)控制定义为体素的每种材料M1和M2的给定百分比的特定值，例如[M1＝0.5，M2＝0.5]。将不使用任何材料(“Z”)定义为特定材料组合进一步实现该控制。
更一般地，对于具有k个可用材料和所述材料的L个离散沉积状态的装置，材料体积覆盖向量包括Lk个向量分量，每个向量分量表示可用材料/沉积状态组合，包括单独和联合使用以及不使用任何材料。或换言之，材料体积覆盖向量的向量分量表示可用于装置的全部材料及其组合，它们为可用于装置的可能的构建或沉积状态的列举。该状态为本文讨论的“材料要素”。因此，材料体积覆盖向量具有表示这些状态的维度表示并包含关联于每个状态的体积覆盖(例如概率)。或换言之，材料体积覆盖向量(MVoC)包括材料要素的加权组合或概率。这与以上讨论的具有k个向量分量的比较性方法相比较。如所示的，当具有多个生产构建状态的多种材料可用时，本示例和比较性方法快速趋异；材料体积覆盖空间远大于比较性材料表示空间。材料体积覆盖向量的向量分量表示可用于装置的全部材料及其组合。该材料可包括以下任何组合：不同的构建材料、不同的粘合剂、不同的材料特性改性剂、不同的构建粉末、不同的制剂、不同的环氧酯以及不同的油墨，以及其他。当与比较性方法相比较时，其提供了另一种区别：装置可用的任何材料可包括于材料体积覆盖向量，例如不需要限于可用的有色构建材料。在一种情况下，根据实施，“可用材料”可为所选择的材料子集，例如可包括用于特定生产操作的活性或可沉积材料。
在图1A的示例中，材料体积覆盖表示可被存储，用于以后在生产中使用和/或传送至三维处理流水线的第二部分。在第一种情况下，材料体积覆盖表示可存储为计算机可读存储介质中的文件，用于在未来生产三维对象的版本。例如，文件可在物理介质中传送，通过网络传输和/或数字地复制，以控制未来一个或多个所述版本的生产。示例文件结构在下文参考图6描述。未来生产可发生在三维处理流水线的第二部分。
图1B示意性地示出了三维处理流水线的第二部分的示例150。在示例150中，材料体积覆盖表示130，例如在图1A中输出的表示，由生产处理器160接收。生产处理器160还接收生产配置170。生产配置170包括在材料体积覆盖表示130中定义的关于三维对象的生产的数据。布置生产处理器160以将生产配置170应用于材料体积覆盖表示130，以生成控制数据180，用于在给定装置上生产三维对象。控制数据180可包括给定装置可用材料的沉积指令，例如表示给定装置的一个或多个可用沉积状态的离散指令。
在一种情况下，给定装置布置为以逐层方式生成三维对象。在这种情况下，生产处理器160可接收作为生产配置170的数据，如切片或层平面的方向，输出分辨率和层的厚度。因此，由生产处理器160生成控制数据180可包括处理材料体积覆盖表示130，以使层平面的方向具有输出分辨率和/或层的厚度的分区成为可能。如果存在厚度为4cm的5个层与z轴(例如z平面切片)对齐，则参考具有10*10*10分辨率的先前示例，其可包括生成具有10*10*5分辨率(相对于x，y和z轴)的打印表示。在这种情况下，打印表示的生成包括材料体积覆盖向量的线性组合，例如线性体积加权平均。这个动作以新的打印分辨率保持原始分辨率的体素特性。
例如，考虑到需要组合至单个z平面层的对每个z平面层具有不同的材料体积覆盖向量(例如MVoC1和MVoC2)的体素的1*1*2阵列，新的材料体积覆盖向量(MVoC12)可通过线性组合两个材料体积覆盖向量而计算，例如MVoC12＝0.5*MVoC1+0.5*MVoC2。新的材料体积覆盖向量则可通过关联于MVoC1和MVoC2双倍的新体积来进行半色调处理，从比例上，新体积的一半将使用MVoC1的分量而另一半将使用MVoC2(根据MVoC12的分布)。借助半色调操作，旧的两个材料体积覆盖向量在新体积中空间混合。
在一种情况下，布置生产处理器160以应用半色调处理至三维对象的材料体积覆盖表示，以生成三维对象生产装置的控制数据。半色调处理可应用于原始材料体积覆盖表示，或在另一种情况下，产生自原始材料体积覆盖表示的独立生成的打印分辨率材料体积覆盖表示。半色调处理可逐层应用，例如在每个切片的基础上，或对于材料体积覆盖表示的全部三个维度。前者的情况可包括在每个切片应用阈值矩阵，例如在两个维度，而后者的情况可包括应用三维阈值矩阵，例如在三维中操作。阈值矩阵可包括分散点类型的图案如白噪声或蓝噪声，或聚集点类型如绿噪声，类似AM屏幕的图案，或其他。在特定情况下，误差扩散可代替或结合阈值矩阵使用。半色调操作的结果为控制数据，其包括一组用于三维对象生产装置的指令。例如，如果存在两种可用材料，M1和M2，其可以二进制方式沉积在三维中的一系列可寻址位置中，指令可包括在生产分辨率下的体素和以下阵列之一：[0，0]-空白；[1，0]-沉积M1；[0，1]-沉积M2；[1，1]-沉积M1和M2。
在一种情况下，半色调处理可包括阈值操作，由此来自阈值矩阵的值与由材料体积覆盖向量定义的概率分布相比较。例如，如果材料体积覆盖向量具有三个分量，每个具有33％的值，则可利用三个区间[0-33％，33％-66％，66％-100％]生成累计分布。在这种情况下，如果来自阈值矩阵的阈值具有属于第一范围[0-33％]的值，则用于沉积第一材料或材料组合的指令被输出。类似地，如果来自阈值矩阵的阈值具有属于第二范围[33-66％]的值，则用于沉积第二材料或材料组合的指令被输出，如果来自阈值矩阵的阈值具有属于第三范围[66-100％]的值，则用于沉积第三材料或材料组合的指令被输出。在这种情况下，阈值矩阵被配置以提供阈值的统一(尽管不规则)分布，因此在特定区域或体积上，区域或体积的33％将具有三个分量的每一个。
图2示出了布置以生产三维对象260的装置200的示例。装置200被布置以接收三维对象的数据210。装置200包括生产控制器220和存储器230。生产控制器220可包括一个或多个处理器，其形成一部分嵌入式计算设备，例如适合用于控制添加剂生产系统。存储器230可包括易失性和/或非易失性存储器，例如非暂存存储介质，其被布置以存储例如固件形式的计算机程序代码。生产控制器220可通信地耦合于被布置以构造三维对象的装置的方面。这包括构建机构230和供应机构240、245。在图2的示意性示例中，供应机构240、245包括两个分量：第一分量240，用于供应第一材料(例如上文讨论的构建材料M1)以及第二分量245，用于供应第二材料(例如上文讨论的构建材料M2)。两种材料被呈现在该示例中便于说明，但任何数量的材料可被供应。构建机构230被布置以沉积来自一组材料成分的一种或多种材料成分的组合，以生产三维对象260。在图2的示例，三维对象260逐层构建在台板250上。图3示出的方面和分量的布置不限于此；每个装置的准确布置将根据所实施的生产技术和装置的模型而改变。
在图2的示例，生产控制器220被配置以处理和/或以其他方式使用数据210来控制构建机构230和供应机构240、245中的一个或多个。在一个实施中，装置200可被布置以使用凝聚剂和凝聚改性剂，其分别由供应机构240、245的分量所供应。这些制剂使三维对象具有变化的材料特性。它们形成材料体积覆盖向量的“材料”的一部分。它们可与一种或多种有色构建材料组合，例如利用喷墨机构应用于沉积粉末层，以生成具有变化材料特性的多颜色对象。构建材料还形成材料体积覆盖向量的“材料”的一部分。生成的对象可通过在构建材料的层上(例如粉末层或形成z平面切片的其他材料的层上)至少沉积凝聚剂和凝聚改性剂，随后施加能量例如红外或紫外光以粘结材料而构造。例如，构建机构230和供应机构240、245中的一个或多个相对于台板250可移动，例如在x、y和z方向的一个或多个上(其中y轴朝向图2的纸张中)。构建机构230，供应机构240、245和台板250中的一个或多个在生产控制器220的控制下是可移动的以实现此功能。另外地，一种或多种油墨还可沉积于固化和/或未固化的层上，其中这些油墨还形成材料体积覆盖向量的“材料”的一部分。在其它实施中，装置可包括选择性激光烧结系统、立体平板印刷系统、喷墨系统、熔融沉积建模系统、任何三维打印系统、喷墨沉积系统和层压对象生产系统的一部分，以及其他。这些包括可使用直接沉积构建材料的装置，而非所描述的使用多种制剂的装置。
在一种情况下，生产控制器220被配置以接收控制数据180。例如，图1A和1B所示流水线的一个或多个可位于可通信地耦合于装置200的计算机设备上。图1A和1B所示流水线可进一步通过一个或多个空间和时间而独立地位于单独的计算设备上，例如对象处理器120可由远程服务器设备实施(例如主控或“云”计算服务)，而生产处理器160可由与装置200相通信的本地个人计算机或移动设备(或任何相关组合)实施。
在另一种情况下，图1A和1B所示流水线的一个或多个可通过生产控制器220实施；例如数据210可包括对象数据110或材料体积覆盖表示130。这可为“独立”装置的情况，其被布置以例如由物理传输和/或通过网络接收对象数据110并由此生产对象。在一种情况下，数据接口，例如硬件和控制程序代码的任何组合，可被布置以作为接收器以接收三维对象的材料体积覆盖表示。
图3示出了根据示例用于处理用于装置的对象数据的方法300。装置可包括类似于图2所示出的装置，和/或方法300可由控制器220执行，或由处理存储于存储器230的计算机程序代码的另一计算机设备执行。在块310中，包括三维对象的向量表示的对象数据被接收。这可包括对象数据110。在块320中，对象数据被处理以生成三维对象的材料体积覆盖表示。这可包括材料体积覆盖表示130。材料体积覆盖表示包括用于至少形成三维对象的一部分栅格表示的体积(即体素)的材料体积覆盖向量，其中每个材料体积覆盖向量表示可用于三维对象生产装置的材料和所述材料的组合的概率分布。
图4A示出了方法400，其为方法300的变型。在块405中，对象数据被接收，例如以相似于块310的方式。在块410中，确定三个维度中的虚拟分辨率为三维对象的栅格表示。在块415中，确定体积在虚拟分辨率下的材料体积覆盖向量以生成材料体积覆盖表示420。
在一种情况下，块410包括确定所接收的向量格式数据中表示的对象的包围体。例如，这可为包围对象的向量模型的较小的立方体体积。然后，可根据该包围体来确定虚拟分辨率。在其它情况下，包围体可具有自制的几何形状，例如不一定为立方体。
在一种情况下，虚拟分辨率基于三维对象的几何特性、三维对象的尺寸、三维对象的材料特性和装置的物理能力，例如用于材料沉积的最小可寻址区域或体积的一个或多个以及其他来确定。在这种情况下，后者可确定虚拟分辨率的上限。例如，单位体积或体素的三维形状可取决于这些因素。
在一种情况下，块410包括，对形成三维对象的一部分栅格表示的每个给定体积，确定给定体积(即体素)的中心是否在三维对象中，如由向量表示定义。在一个实施中，这可包括，对虚拟分辨率网格的每个[x，y，z]位置，确定位置是否处于或不处于由对象数据定义的三维对象中，例如其中对象数据表示对象模型。在这种情况下，响应于给定体积的中心处于三维对象中，该块可进一步包括确定在三维对象的生产版本中所需要的给定体积的一组特性。该特性可为：材料特性、机械特性、颜色、细节、粗糙度、传导性和磁性中的一个或多个。这可包括考虑该体积在对象模型中的什么位置并确定什么特性与用于最终生产对象的空间位置相关。例如，位置可在表面之上，并具有颜色或其他材料特性信息，或位置可在对象内部并具有与其相关联的其他材料和/或机械特性信息。
基于上述特性，给定体积的材料体积覆盖向量的值可利用特性向量分离计算，特性向量分离将一个或多个特性值映射至材料体积覆盖向量值。例如，在简单情况下，特性向量分离可包括查找表，其将红、绿、蓝(RGB)颜色值映射至MVoC向量值。查找表可包括一组映射，称为节点。节点间数值的映射可由插值计算。更高级的映射可将颜色、刚度和传导性数值映射至MVoC向量值，例如[R，G，B，刚度，传导性]>[MVoC]。在其它情况下，颜色可由色度值定义，例如基于国际照明委员会(CIE)1931的XYZ颜色空间，其中三个变量(‘X’，‘Y’和‘Z’或三色值)用于建模颜色，或CIE1976(L*，a*，b*-CIELAB或‘LAB’)颜色空间，其中三个变量表示亮度(‘L’)和相反颜色维度(‘a’和‘b’)。可使用一个或多个特性向量分离。映射可通过装置特征化测试来确定，在设计阶段执行和/或在装置的安装之后由用户在配置阶段执行。
在一种情况下，响应于给定体积的中心不在三维对象中，该块进一步包括将材料体积覆盖向量布置为空白，例如[M1，M2，M1M2，Z]>[0，0，0，1]，或利用配置用于三维对象之外的位置的材料，例如粘结抑制剂。
图4A的方法400的输出包括在虚拟分辨率下栅格化三维对象数据表示，由此每个体积(即体素)具有相关的材料体积覆盖向量。这可包括[x，y，z]坐标的三维阵列，表示体积的中心，以及材料体积覆盖向量值。示例在下文参考图6描述。
图4B示出了进一步的方法450，用于为装置生成控制数据。同样，装置可包括类似于图2中200的装置，或被布置以生产三维对象的其他任何形式的装置。方法450可独立实施，例如可由控制器220在接收和/或生成材料体积覆盖表示420时实施。
方法450开始于接收三维对象的材料体积覆盖表示420。这可为图1A的对象处理器120所输出的材料体积覆盖表示130和/或图6的材料体积覆盖表示600。材料体积覆盖表示420表示要在装置上生产的三维对象，如在图2说明。在块455中，三维对象生产装置的生产配置被确定。这可包括图1B的生产配置170。如果方法450由控制器220实施，控制器可具有装置的生产配置的入口。在另一种情况下，生产配置可通过通信耦合而被接收，例如响应于网络请求由控制器220和/或相耦合的计算机设备提供。在该示例中，块455还包括确定层平面的方向和层的厚度，例如该数据可包括于生产配置中。
在块460中，所接收材料体积覆盖表示420的至少一部分从虚拟分辨率被转换为至少一层的打印分辨率。虚拟分辨率可为图4A的块410的分辨率组。在特定情况下，虚拟分辨率可在所接收的材料体积覆盖表示420中定义，例如作为任何文件格式的数据头。在一种情况下，材料体积覆盖表示420的完整三维程度被转换为打印分辨率；在另一种情况下，其被逐层执行。打印分辨率基于生产配置，例如至少层平面的方向和层的厚度。
在特定情况下，在生产期间，来自装置的反馈可用于调整生产配置。其可由可通信地耦合于图2的一个或多个传感器和生产控制器220的反馈接口所接收。在这种情况下，不同的层可具有不同的打印分辨率。在一种情况下，半色调处理可在打印分辨率下应用于虚拟分辨率材料体积覆盖表示，以转换为打印分辨率。例如，如果立方体具有通用的材料体积覆盖向量，则半色调处理可在打印分辨率下执行于单个材料体积覆盖向量。就存储器的使用而言这是有利的。总体上，只要在两个分辨率下位置之间的对应关系已知，就可利用来自虚拟分辨率表示的对应位置的材料体积覆盖向量对打印分辨率下的位置执行半色调处理。
在一个示例，反馈可基于热测量，例如从上述台板250，层的厚度被增加或减少。块460可包括通过改变体素的宽度、高度和/或深度调整位置所对应的体积(例如虚拟分辨率下体素的中心)。例如，如果打印分辨率为每个方向上虚拟分辨率的一半，则给定材料体积覆盖向量可被重新计算为虚拟分辨率为2×2×2体素的体积的加权平均(或凸组合)，得到的重新计算的材料体积覆盖向量关联于打印分辨率下单个新的体素。
在块465中，半色调处理应用于打印分辨率下材料体积覆盖表示的至少一层以生成控制数据，用于生产三维对象的至少一层的装置，控制数据表示装置可用材料的沉积指令。可对体素的给定切片根据需要多次执行半色调处理，例如根据多少个层应当从给定切片中被打印。在该示例中，半色调处理是三维的，例如根据一组二维半色调阈值矩阵，或单个三维半色调阈值矩阵所指示，相同体素的后续半色调处理或切片将得到不同的半色调图案。
在一种情况下，图4B的方法450可在块465停止，如块465和块470之间的虚线所表示。例如，块455至块470可由计算设备的打印驱动器执行，而块470可在后续时间由控制器如图2的220执行。在另一种情况下，全部块455至块470可作为单个连续过程。准确配置可取决于实施。
在图4B中，在块470中，三维对象的至少一层基于块465所输出的控制数据利用装置来生产。块470可对三维对象的每一层重复。在特定情况下，每个块455至块470可对多层重复，以构造三维对象。在其它情况下，在块470中，完整的三维对象可被生产。在任何情况下，在方法450的最后，三维对象475被生产。
如上所讨论，在一种情况下，在块470生产一层或多层之后，来自装置的反馈可被发送至控制器，如220或另一控制计算机设备。基于该反馈，装置的生产配置可被修改。该反馈可为闭环反馈。反馈可包括需要均匀加热的热成像(例如从红外或紫外光源，以粘结构建材料与沉积凝聚剂)和需要任何几何变形的二维或三维成像，以及其他。可对配置进行修改，用于三维对象的一个或多个独立部分，要生产对象的区域和/或切片。在修改后，来自虚拟分辨率的材料体积覆盖表示的至少一个附加层可被转换为修改的打印分辨率。修改的打印分辨率基于对生产配置的修改。半色调处理则可应用于修改后的打印分辨率下材料体积覆盖表示的至少一个附加层，以生成用于装置的附加控制数据。其实现了三维对象的至少一个附加层的生产，例如重复块470。
本文描述的特定示例提供了迟粘结流水线，包括本地三维栅格化对象，其耦合于由材料体积覆盖表示提供的体积表示。其在生产时允许上述动态半色调生成。其可包括空间独立阈值操作。这可允许“在线”反馈和校正，并允许修改在“生产时”执行，例如在生产期间快速执行。
图5示出了用于生产三维对象的过程500的示例。该过程500将上述某些方面组合至端到端的三维处理流水线。在阶段510，向量对象被接收。在图5其为立方体。其可例如以“.stl”文件或其他文件格式定义为对象数据。在阶段520，栅格化体素表示在虚拟分辨率网格中被生成。在该网格中，每个体素假定关联于最终打印对象和/或其对象特性(例如颜色)的体积的含义。在该示例中，每个体素具有宽度、高度和深度，例如每个x，y和z维度中的维度，体积等于宽度乘以高度乘以深度。在阶段530，栅格化表示的单个层被选择。在图5中其被示出为单个z平面层以便于例示；然而，平行或与任一轴形成角度的层也可被选择。在该示例中，在阶段540，RGB至MVoC的分离被应用于从利用对象接收的RGB颜色数据转换为MVoC向量，例如每个体素或单位体积的向量(在阶段530示出的层的每个构成立方体)。在简单的情况下，RGB至MvoC的分离可包括8个节点，例如一个用于具有两个等级0和255的立方体的每个顶点。每个节点可包括RGB和MVoC值之间的映射，例如：
RGB MVoC
[0，0，0] [Z＝0.75，C＝0，M＝0，Y＝0，CM＝0，CY＝0，MY＝0，CMY＝0.25]
[0，0，255] [Z＝0.75，C＝0，M＝0，Y＝0，CM＝0.25，CY＝0，MY＝0，CMY＝0]
[0，255，0] [Z＝0.75，C＝0，M＝0，Y＝0，CM＝0，CY＝0.25，MY＝0，CMY＝0]
[0，255，255] [Z＝0.75，C＝0.25，M＝0，Y＝0，CM＝0，CY＝0，MY＝0，CMY＝0]
[255，0，0] [Z＝0.75，C＝0，M＝0，Y＝0，CM＝0，CY＝0，MY＝0.25，CMY＝0]
[255，0，255] [Z＝0.75，C＝0，M＝0.25，Y＝0，CM＝0，CY＝0，MY＝0，CMY＝0]
[255，255，0] [Z＝0.75，C＝0，M＝0，Y＝0.25，CM＝0，CY＝0，MY＝0，CMY＝0]
[255，255，255] [Z＝0.75，C＝0，M＝0，Y＝0，CM＝0，CY＝0，MY＝0，CMY＝0.25]
以上为三个构建材料具有青色、品红色和黄色(Z＝“空白”)着色的示例情况。示出的特定分离在[0，0，0]和[255，255，255]提供了两个黑色顶点，如在该示例中，CMY材料不能生产“白”色对象。节点之间的值可利用插值确定。示出的分离可通过将材料特性维度增加至以下一个或多个映射而被扩展：材料特性、机械特性、颜色、细节、粗糙度、传导性和磁性；其均被映射至MVoC值。在特定情况下，对象特性可被映射而不执行颜色映射，例如将至少一个对象特性如可伸缩性、强度、硬度、刚度、传导性或磁性映射至MVoC。在特定情况下对象和颜色特性可被组合，例如[RGB，Flex]>[MVoC]。例如，具有[Z＝0.25，CMY＝0.75]的MVoC的0值和具有[Z＝0.75，CMY＝0.25]的MVoC的255值之间的灰度级映射可提供分离，其提供机械强度(例如0为更强)的映射。作为另一示例，具有[Z＝0.25，C＝0.25，M＝0.25，Y＝0.25]的MVoC的0值和具有[Z＝0.25，CMY＝0.75]的MVoC的255值之间的映射可提供在覆盖中恒定但在材料使用中不同的分离。
阶段550的输出为一组体积或体素，例如在所示z平面层中，其中每个体积具有从阶段540的映射确定的对应MVoC值。在阶段560，三维半色调处理(例如阈值)矩阵的独立z切片被应用。三维半色调处理矩阵的独立切片的数量可取决于被映射至一组体积的生产层的数量，例如阶段550所示的虚拟分辨率与用于输出的打印分辨率之间的转换。在一种情况下，体素的层被半色调处理为N个切片/层。其在阶段570逐层生成控制数据，可用于生产阶段580示出的三维对象。
在简单实施中，虚拟分辨率可与打印分辨率相同。在这种情况下，体素的层，例如阶段530所示出，可对应于打印层。在其它情况下，并非必须是这种情况；事实上，在虚拟分辨率下体素的每一层可存在多个打印层，和/或打印层可具有不同于虚拟分辨率下体素的层方向。
图6示出了文件结构600的示例，其可用于存储材料体积覆盖表示。文件结构包括多个体积定义610，其具有定义三维对象的数据620。在这种情况下，每个体积定义具有中心坐标，例如{0，0，1}。多个体素定义在三维的虚拟网格分辨率中被定义。在一种情况下，每个体积定义具有由高度、宽度和深度设定的体积，其中高度、宽度和深度基于虚拟网格分辨率来定义。在另一种情况下，定义单位体积的形状和尺寸的其他几何参数可被定义。数据620包括每个体积的材料覆盖向量，该材料覆盖向量表示三维对象生产装置可用材料以及所述材料的组合的概率分布。向量分量的数量取决于可用材料的数量。对于具有k种可用材料和所述材料的L个离散沉积状态的装置，材料覆盖向量包括Lk个向量分量。其可与比较性表示即使用表示可用材料的k个分量的向量相比较。在图6的示例，存在三个可用材料M1，M2和M3以及两个离散沉积状态(即“沉积”或“无沉积”)。因此，材料体积覆盖向量具有8(23)个向量分量。利用以上讨论约定，其可为：[Z，M1，M2，M3，M1M2，M1M3，M2M3，M1M2M3]。每个体素定义的材料覆盖向量可在三个维度中线性组合，例如通过线性，体积-加权平均(凸组合)。
本文描述的特定示例提供装置可用材料组合的体积表示。该材料可为油墨、构建材料、制剂等。对于任何单位体积，例如由定义分辨率下的体素所定义，该体积中的材料的概率分布由材料体积覆盖向量表示的概率分布来确定。材料体积覆盖表示则可被半色调处理，以决定每个构成材料在利用该装置生产期间的位置。
本文描述的特定示例允许在没有向量切片也没有关于对象如何用于打印的先验时进行本地三维栅格化。在特定情况下，打印就绪的半色调分辨率松散关联于本地三维栅格表示。因此，要生产的切片或层的数量不需要在对象数据被处理之前已知。其可与三维对象利用一系列二维平面来交叉的比较性方法相反。在该比较性方法中，每个平面中所得向量轮廓被转换为二维位图，其被半色调处理用于生产。在这些比较性情况下，z维度被不同地处理，因为其具有用于层打印的配置，但x和y维度类似于二维打印来处理。相反，本文示例描述的不假设z轴分层，层可在任何维度的任何方向被布置，并且即使在生产中也可改变。这些示例改变比较性顺序并将切片生成留给流水线末端，以及从打印或半色调处理分辨率中去耦栅格分辨率，使不同的选择来指导每个人。因此，本文描述的示例可在高速度(例如生产)下应对改变和修改。以本文描述的示例文件格式来存储的数据还可用于生产不同装置中相同三维对象的不同版本，例如不共享层或分辨率特性的装置。利用本文描述的特定示例，二维向量切片的重新编译和伴随的材料分离被避免。
本文描述的特定方法可由存储于非暂存存储介质的程序代码实施。非暂存存储介质可为任何媒体，其包含、存储或保持由指令执行系统使用或结合其使用的程序和数据。机器可读媒体可包括多个物理媒体的任一个，如电子、磁、光、电磁或半导体媒体。合适的机器可读媒体的更特别示例包括但不限于，硬盘驱动器、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器或便携式磁盘。
前述描述被呈现以说明和描述所述原理的示例。该描述并非意图穷举或将这些原理限制在所公开的任何精确形式。根据以上教导，多种改变和变型也是可能的。

Claims (15)

1.一种处理用于装置的对象数据的方法，所述装置被布置以生产三维对象，所述方法包括：
接收对象数据，所述对象数据包括所述三维对象的向量表示；以及
处理所述对象数据以生成所述三维对象的材料体积覆盖表示，
所述材料体积覆盖表示包括至少一个材料体积覆盖向量，用于形成所述三维对象的一部分的至少一个相应体积，
每个材料体积覆盖向量表示可用于所述三维对象生产装置的材料的概率分布，所述概率分布涉及所述材料的全部组合，包括材料的单独使用、材料的联合使用，以及不使用任何材料。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
将所述材料体积覆盖表示存储为计算机可读存储介质中的文件，用于生产所述三维对象的版本。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
对所述三维对象的所述材料体积覆盖表示进行半色调处理，以生成所述三维对象生产装置的控制数据，所述控制数据表示用于装置可用材料的沉积的离散沉积指令。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括：
基于所述控制数据，利用所述装置生产所述三维对象。
5.根据权利要求1所述的方法，其中处理所述对象数据以生成材料体积覆盖表示包括：
确定用于所述三维对象的栅格表示的三个维度的虚拟分辨率；以及
确定用于在所确定分辨率下定义的体积的材料体积覆盖向量。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述分辨率为独立于所述装置的任何生产操作的虚拟分辨率，并且所述方法包括在生产时：
确定所述三维对象的生产装置的生产配置，包括确定层平面的方向以及层的厚度；
基于所述生产配置，在打印分辨率下对所述三维对象的所述材料体积覆盖表示进行半色调处理，以生成用于所述三维对象的生产装置的控制数据，所述控制数据表示所述装置可用材料的沉积指令；以及
基于所述控制数据，利用所述装置生产所述三维对象。
7.根据权利要求6所述的方法，其中进行半色调处理包括以下之一：
对层平面的方向上具有所述层的厚度的打印分辨率材料体积覆盖表示的每一层应用二维阈值矩阵；以及
对所述打印分辨率材料体积覆盖表示的全部三个维度应用三维阈值矩阵。
8.根据权利要求1所述的方法，其中处理所述对象数据以生成所述三维对象的材料体积覆盖表示包括，对形成所述三维对象的一部分栅格表示的一组体积中的每个给定体积：
确定所述给定体积的中心是否如所述向量表示定义的处于所述三维对象中；以及响应于所述给定体积的中心处于所述三维对象中，
确定所述三维对象的生产版本中所需要的所述给定体积的一组特性，以及
利用特性-向量分离计算用于所述给定体积的所述材料体积覆盖向量的值，所述特性-向量分离将一个或多个特性值映射至材料体积覆盖向量值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述一组特性包括以下的一个或多个：材料特性、机械特性、颜色、细节、粗糙度、传导性和磁性。
10.一种用于生产三维对象的文件结构，包括：
具有定义所述三维对象的数据的多个体积定义，
所述多个体积定义处于三个维度的虚拟网格分辨率中，
每个体积定义具有：
通过所述虚拟网格分辨率设定的体积，以及
用于所述体积的材料覆盖向量，
所述材料覆盖向量表示可用于所述三维对象的生产装置的材料和所述材料的组合的概率分布。
11.根据权利要求10所述的文件结构，其中每个体积定义的所述材料覆盖向量在三个维度中线性组合。
12.根据权利要求10所述的文件结构，其中，对于具有k种可用材料和所述材料的L个离散沉积状态的装置，所述材料覆盖向量包括Lk个向量分量。
13.一种被布置以生产三维对象的装置，包括：
数据接口，所述数据接口接收所述三维对象的材料体积覆盖表示，
所述材料体积覆盖表示包括至少一个体积在虚拟分辨率下的至少一个材料体积覆盖向量，
每个材料体积覆盖向量表示概率分布，所述概率分布表示可用于所述三维对象的生产装置的材料和所述材料的组合的成比例的体积覆盖；
生产控制器，所述生产控制器通信耦合于所述数据接口，以确定所述三维对象的生产装置的生产配置，所述生产配置包括层平面的方向和层的厚度，
其中配置所述生产控制器以基于所述生产配置，对打印分辨率下所述材料体积覆盖表示的至少一层进行半色调处理，以生成用于生产所述三维对象的至少一层的控制数据，所述控制数据表示所述装置可用材料的生产指令。
14.根据权利要求13所述的装置，包括：
至少一个机构，以生产基于所述控制数据的所述三维对象的至少一层。
15.根据权利要求13所述的装置，包括：
反馈接口，以从所述三维对象的至少一层的生产中接收反馈，
其中所述生产控制器通信耦合于所述反馈接口并被配置以修改所述装置的所述生产配置并在修改的打印分辨率下基于修改的生产配置对所述材料体积覆盖表示的至少一个附加层进行半色调处理，以生成用于生产所述三维对象的至少一个附加层的附加控制数据。
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