CN107209957B - 从体素表示生成切片数据 - Google Patents

Abstract

用于从体素表示生成切片数据的示例技术可包括获取3D对象的形状规格。用于从体素表示生成切片数据的示例技术还可包括获取3D对象的材料规格。用于从体素表示生成切片数据的示例技术还可包括合并形状规格和材料规格以创建3D对象的体素表示，其中，体素表示中的每个体素包括多个数据类型。用于从体素表示生成切片数据的示例技术还可包括从体素表示生成切片数据，其中，切片数据提供与由使用多个数据类型的体素表示提供的分辨率相比更高的分辨率。

Description

从体素表示生成切片数据

背景技术

三维(3D)打印是通常用于描述用于构成3D对象的处理的术语。在3D打印中，添加处理可以连续地用于层材料以创建3D对象。3D对象能够实际上是任何形状，但是通常受限于单个材料。打印的3D对象的分辨率受限于用于打印3D对象的3D打印机的分辨率。

附图说明

图1图示出根据本公开的计算设备的示例的框图。

图2图示出根据本公开的从体素表示生成切片数据的系统的示例的框图。

图3图示出根据本公开的生成切片数据的示例的框图。

图4图示出根据本公开的体素的栅格的示例。

图5图示出根据本公开的体素的示例。

图6图示出根据本公开的子体素特征的示例。

图7图示出根据本公开的截取线的示例。

图8图示出根据本公开的、用于从体素表示生成切片数据的方法的示例的流程图。

具体实施方式

从三维(3D)对象的体素表示生成切片数据能够包括获取3D对象的形状规格和3D对象的材料规格。如在本文所使用的，3D对象是能够沿着x轴、y轴，以及z轴被表示的对象。形状规格定义3D对象的形状(例如，几何形状)。材料规格定义形成3D对象的材料(多个)和/或材料属性(例如，弹性、强度，和/或色彩等其他材料属性)。从3D对象的体素表示生成切片数据还能够包括合并形状规格和材料规格以创建3D对象的体素表示，其中，体素表示中的每个体素包括多个数据类型。切片数据提供与由使用多个数据类型的体素表示提供的分辨率相比更高的分辨率。

在许多其他方法中，体素是作为用于3D对象的最基本构件块的3D栅格上的体积实体。因此，在不进行与不划分体素相比较引起对计算资源(例如，处理资源和/或存储器资源)的附加需求的划分体素的情况下，任何形状和/或材料改变的分辨率能够最多到达体素层级。可以丢弃小于体素的细节。与使用其中尖锐特征(例如，角)被保留的边界网格表示3D对象相比，这是缺点。

相比之下，本公开的许多示例规定每个体素与多个数据类型相关联以对3D对象的特征进行编码。与体素相关联的数据类型能够用于对与给定体素相比具有更高的分辨率的3D对象的特征进行解码。

图1图示出根据本公开的计算设备的示例的框图。计算设备100能够包括连接到104存储器资源106的处理资源102(例如，计算机可读介质(CRM)、机器可读介质(MRM)、数据库，等等)。存储器资源106能够包括许多计算模块。图1的示例示出规格模块108、合并模块109、子体素特征编码模块110、切片模块111，以及子体素特征解码器模块112。如在本文所使用的，计算模块能够包括程序代码(例如，计算机可执行指令、硬件、固件，和/或逻辑)，但是包括至少可由处理资源102执行的指令(例如，模块的形式，以执行在本文关于图3-8更详细地描述的特定动作、任务、和功能)。

如在本文所使用的并且如关于图3将更详细地解释的规格模块108能够包括由处理资源102执行以创建和/或接收许多形状规格和/或许多材料规格的指令。形状规格能够描述3D对象的形状(例如，几何结构)。例如，单个形状规格能够描述3D对象，或者多个形状规格中的每一个能够描述3D对象的多个部分。材料规格能够描述材料和/或与形成3D对象的材料(多个)相关联的许多属性。能够通过多个材料属性值来定义材料规格。

合并模块109能够包括由处理资源102执行以将许多形状规格与许多材料规格归并的指令。能够合并形状规格和材料规格以创建3D对象的单个模型。能够通过体素的栅格(例如，3D栅格)来定义3D对象的单个模型。体素能够是与3D空间相关联的体积。体素能够与能够以与由体素的栅格提供的分辨率相比更高的分辨率定义3D对象的特征的许多数据类型相关联。能够基于体素相对于其他体素的位置推断出体素的位置。根据形状规格330和材料规格332的合并创建的体素的栅格是3D对象的模型的示例。图3进一步描述将形状规格与材料规格合并的结果。

子体素特征编码模块110包括由处理资源102执行以对与体素的每一个栅格内的3D对象相关联的特征许多进行编码的指令。通过将数据(例如，数据类型)存储在体素内来对子体素特征进行编码。在许多示例中，子体素特征编码模块110能够是合并模块109的子模块。子体素特征编码模块110也能够是与合并模块109无关的模块。

切片模块111包括由处理资源102执行以提供切片数据的指令。切片数据是从能够被提供给3D打印机并且由3D打印机使用以打印3D对象的3D对象的模型导出的数据。在图3中进一步描述切片数据。

子体素特征解码模块112包括由处理资源102执行以从给定体素对具有与由体素的栅格提供的分辨率相比更高的分辨率的3D对象的特征进行解码的指令。子体素特征解码模块112能够从体素的栅格对与由任何体素提供的分辨率相比更高的分辨率的特征进行解码以打印具有与由体素的栅格提供的分辨率相比更高的分辨率的3D对象。图1示出子体素特征解码模块112作为切片模块111的子模块。子体素特征解码模块112也能够是独立的模块并且不是非得是切片模块111的子模块。

图1中示出的许多模块(例如，规格模块108、合并模块109、子体素特征编码模块110、切片模块111，以及子体素特征解码模块112)能够与其他模块相结合或者是其他模块的子模块。模块能够被存储在如图1中所示的存储器资源106中和/或被包含在相同的计算设备内。在另一个示例中，许多模块(例如，规格模块108、合并模块109、子体素特征编码模块110、切片模块111，以及子体素特征解码模块112)能够包括在不同的存储器资源(例如，CRM，等等)上——诸如在分布式计算环境(例如，云计算环境)中的在分离且不同的位置的单独模块。此外，执行与特定模型(例如，规格模块108、合并模块109、子体素特征编码模块110、切片模块111，以及子体素特征解码模块112)相关联的指令的处理资源102能够起诸如图2中示出的示例引擎之类的引擎的作用。如在本文所使用的，许多模块和/或许多引擎能够包括与那些示出相比更多或更少的引擎/模块。

图2图示出根据本公开的从体素表示生成切片数据的系统的示例的框图。系统220能够执行如在图3中所描述的许多功能和操作(例如，生成数据以驱动3D打印机)。系统220能够包括连接到用户定义的功能系统222的数据存贮器221。在该示例中，用户定义的功能系统222能够包括许多计算引擎。图2的示例示出规格引擎223、合并引擎224、子体素特征编码引擎225、切片引擎226，以及子体素特征解码引擎227。如在本文所使用的，计算机械能够包括硬件固件、逻辑，和/或可执行指令，但是包括执行用于执行在本文关于图3更详细地描述的特定动作、任务和功能的指令的至少硬件(例如，处理器、晶体管逻辑、专用集成电路(ASIC)，等等)。

在图2的示例中，规格引擎223能够包括硬件和/或硬件和编程的组合(例如，可执行指令)，但是至少硬件，来创建、接收，和/或定义3D对象的许多规格。合并引擎224能够包括硬件和/或硬件和编程的组合、但是至少硬件，来合并3D对象的规格以创建3D对象的模型。子体素特征编码引擎225能够包括硬件和/或硬件和编程的组合、但是至少硬件，来将3D对象的特征编码到体素中。子体素特征编码引擎225能够是合并引擎224的子引擎和/或与合并引擎224无关的引擎。

切片引擎226能够包括硬件和/或硬件和编程的组合、但是至少硬件，来对3D对象的模型进行切片并且向3D打印机提供切片数据。子体素特征解码引擎227能够包括硬件和/或硬件和编程的组合、但是至少硬件，来从体素解码3D对象的特征。子体素特征解码引擎227能够是切片引擎226的子引擎和/或与切片引擎226无关的引擎。

图2中示出的规格引擎223、合并引擎224、子体素特征编码引擎225、切片引擎226，以及子体素特征解码引擎227和/或图1中的规格模块108、合并模块109、子体素特征编码模块110、切片模块111，以及子体素特征解码模块112能够是其他引擎/模块的子引擎/模块和/或被组合以执行特定系统和/或计算设备内的特定动作、任务，和功能。此外，与图1和2结合描述的引擎和/或模块能够位于单个系统和/或计算设备中或者存在于分布式计算环境、(例如，云计算环境)中的单独的不同的位置中。示例不局限于这些示例。

图3图示出根据本公开的生成切片数据的示例的框图。图3图示出形状规格330、材料规格332、将形状规格330与材料规格332合并以创建3D对象的模型的形状规格330和材料规格332的体素化334。图3还图示出异常342、树数据结构的构造336、树数据结构的序列化输出344、八叉树的缩放338、八叉树的切片340，和向3D打印机(例如，打印机)提供346切片数据。

如在本文所使用的，创建形状规格330和材料规格332、合并形状规格330和材料规格332、创建形状规格330和材料规格332的体素表示、构造树数据结构336、缩放338树数据结构，和/或对与树数据结构相关联的数据进行切片340能够是设计过程的一部分。设计过程能够与包括向打印机提供切片数据346和/或打印切片数据的打印处理无关。例如，设计过程能够发生在3D打印机和/或与打印机相关联的处理资源外部。设计过程也能够是打印处理的一部分。例如，能够在3D打印机中和/或在与3D打印机相关联的处理资源中执行设计过程。

在许多示例中，形状规格330能够是定义3D对象的形状的3D模型。形状规格330能够定义3D对象的内部和外部部分两者。形状规格330能够是许多形状规格330。许多形状规格330能够共同地定义3D对象。例如，许多形状规格330中的每一个能够定义3D对象的不同的部分。

能够例如使用多边形网格来定义形状规格330。例如，能够使用诸如立体平版印刷术(STL)文件格式、OBJ文件格式，和/或X3D文件格式等的其他类型的文件格式的许多格式来定义形状规格330。

材料规格332是3D对象的材料类型和/或材料属性的3D分布。如在本文所使用的，可交换地使用术语材料类型和材料。材料类型能够是材料。材料属性能够是材料类型的属性。材料规格332能够是许多材料规格332。例如，第一材料规格332能够定义第一材料类型，而第二材料规格332能够定义第二材料类型、第一材料类型和第二材料类型包括在3D对象中使用的材料(例如，不同的材料)。然而，许多材料规格332能够包括超过两个材料规格。

材料规格332也能够定义与材料类型相关联的许多材料属性和/或包括3D对象的多个材料类型。例如，如果材料类型的密度和色彩是与材料类型相关联的材料属性，那么第一材料规格332能够定义特定材料的密度并且第二材料规格332能够定义特定材料的色彩。

材料规格332能够提供对在3D对象内部以及在3D对象的零件面上两者的材料异质性的描述。材料规格332能够描述不同的材料类型和/或属性类型之间的许多相互作用。例如，材料规格332能够描述离散的多材料相互作用、功能梯度的多材料相互作用，和数字工程的多材料相互作用。

材料(类型或属性)分布被指定为与形状规格(例如，顶点、元素、块)无关。材料规格能够是三维数学函数，其描述具有材料量的连续变化的材料属性的分布(例如，平面形状)(例如，导热性、同心形状、小波，等等)。分布也能够描述3D空间中的期望的变化(离散的或连续的)，其使得能够使用任意的材料分布图案，包括连续的分布图案(例如，同心图案)以及离散的分布图案(例如，二元平面图案)两者。能够经由数学表达式或来自其他数字化源(例如，图像)的映射来描述分布。

形状规格330和材料规格332与彼此无关。也就是说，形状规格330和材料规格332可能不与彼此相符。例如，形状规格330能够定义3D对象的形状，而材料规格332能够定义形状规格332中定义的3D对象的形状的边界外部的材料。然而，此类无关不排除形状规格330是材料规格332的一部分或者材料规格332使形状规格330的一部分。也就是说，此类无关不排除形状规格330和材料规格332被保存在相同的文件中。

在许多示例中，能够在形状规格330和材料规格332被合并之前和/或在形状规格330被体素化334之前将形状规格330和材料规格332几何缩放。形状规格330能够被几何缩放至材料规格332的分辨率。材料规格332能够被几何缩放至形状规格332的分辨率。以上几何缩放能够是使用缩放向量的各向异性的。也就是说，以上几何缩放能够是方向相关的。

形状规格330和材料规格332的体素化334能够定义形状规格330和材料规格332的合并。合并形状规格330和材料规格332也能够被描述为形状规格330和材料规格332的合成。

能够通过关于另一个规格固定一个规格的六个自由度来合并形状规格330和材料规格332。例如，质量的中心(x、y，和z)能够占三个自由度，而三个旋转角(滚动、偏航，和节距)能够占附加的三个自由度。固定质量的中心(x、y，和z)和三个旋转角(滚动、偏航，和节距)能够关于形状规格330合并材料规格332并且结果能够将材料规格332和形状规格330捆绑。

在许多示例中，多个形状规格330能够与一个材料规格332合并以定义3D对象。例如，第一形状规格330和第二形状规格330能够与材料规格332合并。也就是说，材料规格330能够用于描述在3D对象的多个部分上的材料分布。多个材料规格332能够与形状规格合并以定义3D对象。例如，第一材料规格332和第二材料规格332能够与形状规格330合并。也就是说，多个材料规格330能够描述3D对象的不同的材料属性。多个材料规格332能够与多个形状规格330向定义合并以定义3D对象。例如，第一材料规格332能够与第一形状规格330合并，并且第二材料规格332能够与第二形状规格330合并，这能够定义3D对象。也就是说，能够通过第一材料规格332和第一形状规格330来定义3D对象的第一部分，能够通过第二材料规格332和第二形状规格330来定义3D对象的第二部分。而且，第一材料规格332能够定义3D对象的一部分(例如，部件)的导热性，而第二材料规格332能够定义3D对象的相同部分的纹理。

能够并行地使用许多处理资源来执行形状规格330和材料规格332的合并。许多处理资源能够例如包括许多CPU和/或许多图象处理单元(GPU)。

合并形状规格330和材料规格332能够包括将使用边界网格描述的形状规格330扫描转换为体素的栅格。在图4中提供体素的栅格的示例。如在本文所使用的，体素表示关于3D空间的值。体素能够是与3D空间相关联的体积。体素能够具有3D空间的固体、空的，或者不同定义的描述的值。能够基于体素相对于其他体素的位置推断出体素的位置。从形状规格330和材料规格332的合并创建的体素的栅格能够是3D对象的模型的示例。

在创建体素的栅格时，定义体素的栅格中的每一个体素。定义体素能够包括在体素对形状特征进行编码。在许多示例中，能够在体素的栅格被定义之后利用形状特征对体素的栅格进行编码。对形状特征进行编码能够包括存储除了固体和/或空的值之外的与3D对象的形状相关联的多个数据类型。与体素相关联的多个数据类型能够用于从特定体素和/或体素的组对许多特征进行解码(例如，重构)。许多解码的特征能够是与3D对象相关联的形状(例如，几何结构)特征或材料边界。存储在体素的栅格中的每一个体素中的许多数据类型能够提供打印具有与由体素的栅格提供的分辨率相比更高的分辨率的3D对象的能力。从体素的栅格中的多个体素所解码的许多特征能够提供3D对象的增加的分辨率。

在形状规格330的扫描转换期间，能够确定形状规格330是否是不透水的(例如，不透气的)。如在本文所使用的，不透水用于描述适于3D打印的模型。不透水模型指示在模型中不存在会使模型不适合于3D打印的孔、裂缝，或者遗漏的特征。如果体素的栅格不是不透水的，那么异常342能够被提出，使得扫描转换过程将终止并且参考应当被修复以继续进行3D对象的3D打印的体素的栅格的一部分。

扫描转换还能够包括把与材料规格332相关联的材料属性值变换为构成3D对象的不同类型的材料和/或材料属性。也就是说，形状规格330和材料规格332的体素化334能够包括使体素与在材料规格332中描述的材料和/或材料属性映射。

通过使用自底向上的并行构造来建立树数据结构336、而同时评估树数据结构中的每个节点的材料类型，体素能够被映射至材料类型和/或材料属性。

自底向上的并行构造能够包括遍历体素的栅格。例如，多个叶节点能够与体素的栅格相关联。能够向上游地(例如，从叶节点道根节点)遍历叶节点(例如，层级i)以在它们的父层级(例如，层级i-1)找出非叶节点。节点阵列能够被创建以保持节点叶节点。叶节点的量能够是层级i-1中的非叶节点的量的八倍。在树结构中的每个层级(层级i-2...、层级i-Q)的节点能够被添加到节点阵列，直到到达根节点。

能够并行创建节点阵列。也就是说，能够并行地遍历树结构中的不同的路径以向节点阵列添加节点。在创建节点阵列之后，能够基于材料规格332来定义与叶节点相关联的材料。分层传播能够用于识别表示材料属性的改变的交叉体素，并且将物料信息填入到交叉体素之间的体素中。沿着x轴指定填充处理。然而，填充处理能够沿着任何预定义的轴。

在许多示例中，适于使体素的栅格与材料和/或材料属性映射的树数据结构能够是八叉树。八叉树能够存储形状规格330和材料规格332的体素化334的结果。

能够通过树数据结构(例如，八叉树)中的节点来表示体素的栅格中的每个体素。每个节点能够包括与对应的体素相关联的数据。例如，能够通过使用允许从给定体素和/或体素的组解码(例如，提取)形状特征的与体素相关联的数据类型、在图1中的子体素特征解码模块112对形状特征进行编码中来定义每个节点。因此，也能够在图2中的子体素特征解码模块227中从给定节点对许多形状特征进行解码。使用相关联的数据类型从特定结点对形状特征进行解码能够提供达到与体素的尺寸相比小的分辨率重构形状特征的能力。

八叉树能够表示任意形状(例如，凸的、凹的，和/或具有孔)并且能够携带节点属性来表示任何材料分布(例如，材料类型和/或材料属性)。八叉树能够通过使用尽可能多的体素表示同质的区域来压缩体素数据结构。如在本文所使用的，当与3D对象的形状相关联的界限和/或与形成3D对象的材料和/或材料属性相关联的界限没有与树数据结构(例如，八叉树)中的多个相邻节点交叉的情况下，多个相邻节点具有形状、材料类型，和/或材料属性的均匀性时，区域是同质的。

在本文被称为八叉树剪裁的附加的轻量级后处理过程能够将实施为进一步检查树以将相邻的同质节点合并到一个中。能够通过执行后处理八叉树剪裁来实现用于存储树数据结构的文件的文件尺寸减小。此外，树数据结构序列化输出344(例如，还原序列化)能够被实施以允许将树数据结构写入到文件以供将来使用或用于其他应用。也就是说，八叉树能够被序列化并且输出以提供能够独立于在特定3D打印机上打印3D对象被引用的3D对象的模板。例如，被创建以在第一3D打印机上打印3D对象的八叉树能够被再使用以利用与第一3D打印机相比不同的打印分辨率在第二3D打印机上打印3D对象，而无需再创建八叉树。

能够对树数据结构进行缩放338后处理以满足特定3D打印机的打印分辨率。如在本文所使用的，后处理指的是在树数据结构的构造336之后发生的处理。也就是说，能够独立于树数据结构的构造336对树数据结构进行缩放338。缩放338树数据结构后处理提供再使用树数据结构以利用不同的打印分辨率在多个3D打印机上打印3D对象的能力，而无需多次重构树数据结构。

在许多示例中，能够并行使用多个处理器来执行树数据结构的缩放338。通过检查并且分割叶节点，具有特定分辨率的树数据结构能够被缩放至更高的分辨率，其中能够实现更深的异质性，同时保持现存的树数据结构。

将树数据结构缩放至与由树数据结构提供的分辨率相比更高的分辨率能够包括使用与单独的体素相关联的相关联的数据类型从单独的体素对形状特征进行解码。能够分别在图1和2中的子体素特征模块110和/或子体素特征引擎225对形状特征进行解码。

也能够通过检查并且合并可以包括相似性的叶节点、同时保持现存的树数据结构来将具有特定分辨率的树数据结构缩放338至更低的分辨率。例如，树数据结构的底层中的固体节点能够被合并以将树数据结构缩放338至更低的分辨率。

在保持现存的树数据结构时的缩放338在本文被称为得体缩放，这是因为树数据结构不被重构，而是使用先前现存的树数据结构以进一步定义(例如，提供更高的分辨率的)树数据结构。

得体缩放为树数据结构的高效处理作准备。例如，能够使用形状规格330以及材料规格332将树数据结构以默认分辨率计算并存储一次。能够获取3D打印机所允许的打印分辨率和许多材料以使用树数据结构来打印3D对象。打印分辨率和许多材料能够与树数据结构的默认分辨率和树数据结构中使用的许多材料相比较。基于比较，树数据结构能够被缩放338以满足特定3D打印机的分辨率。在许多示例中，树数据结构能够在树数据结构被缩放338之后被重新评估以移除冗余节点。

树数据结构能够被切片340以向3D打印机提供切片数据。树数据结构能够在树数据结构的构造336和/或树数据结构的缩放338之后被切片340。如在本文所使用的，切片数据是树数据结构中记录的数据的一部分。图6和7提供切片数据的示例。

能够通过在许多CPU和/或GPU上实施树数据结构的自顶向下遍历并且通过使相邻节点与彼此相关联将树数据结构切片340。能够例如使用节点层使相邻节点相关联。也就是说，能够定义与树数据结构相关联的树层次。在许多示例中，能够在形状规格330和/或材料规格332的体素化334、在树数据结构的构造336期间，和/或在树数据结构的缩放338期间定义与树数据结构相关联的树层次。实施树数据结构的自顶向下遍历和节点的分组能够加速树数据结构的切片340。

将树数据结构切片340能够包括识别切片平面的z坐标。切片平面的z坐标能够用于遍历树数据结构以识别由切片平面所截取的有关的节点。与有关的节点相关联的形状和材料属性能够被收集以包括切片数据。在许多示例中，切片数据能够进一步按材料类型被分离为许多位图，其能够被传送到打印机以驱动3D对象的打印(例如，驱动材料沉积和对象形成)。

切片平面能够与体素表示(例如，体素的栅格)所相关联的体素尺寸和/或体素分辨率无关。由于与体素的栅格中的每一个体素相关联地存储的数据类型，能够创建体素分辨率和切片平面之间的无关性。例如，数据类型能够提供在不把体素划分为多个体素的情况下经由解码(例如，子体素特征解码模块112和/或子体素特征解码引擎227)从体素内创建能够用于提供形状特征的切片平面的能力。能够使用通过使用数据类型(例如，边缘数据、表面数据、体积数据，和/或节点数据)所计算的表面三角形来重构形状特征。

图6和7示出此类形状特征解码(例如，重新构造)的示例。该重新构造将服务于切片模块111和/或切片引擎226，使得当实施穿过该体素的平面切割时，材料改变的分辨率将不首先于体素尺寸(例如，层级)，更确切些，例如能够通过利用图7中的截取线768-1截取该切割平面来在体素内定义材料的改变。

表面三角形能够定义图5中所描述的切割边界。切割边界是表示关于特定体素的3D对象的特征的截取的3D表面(例如，平坦的或弯曲的)(例如，形状边界和/或材料边界)。能够通过多条截取线来定义切割边界。图6和7图示出截取线的示例。图6和7还图示出存储在体素中的数据类型如何能够用于重构表面三角形以便以切割边界的形式定义形状特征。如在本文所使用的，切割边界能够描述把体素的体积划分为两个部分的平面。然而，在本文提供的示例不局限于重新构造表面三角形。在许多示例中，能够重新构造其他类型的形状。例如，重构形状特征例如能够包括其他形式的、但是边界表示技术，诸如功能表示。

在许多示例中，能够在树数据结构的切片430之前和/或在其期间使用相关联的数据类型从体素中对形状特征和/或材料边界进行解码。切片数据能够包括使用相关联的数据类型从体素解码的形状特征(子体素特征)。如在本文所使用的，可交换地使用术语形状特征和子体素特征。

向打印机提供346切片数据能够包括渐进地向3D打印机流送切片数据以实现3D对象的打印。流送切片数据能够提供在不使与3D打印机相关联的打印机联网和存储负担过度的情况下打印大且复杂的3D对象的能力。流送切片数据能够减少由3D打印机使用来接收切片数据的存储空间，这是因为被流送到3D打印机的切片数据不一次描述全部3D对象，而是在给定时间提供3D对象的描述的一部分。

3D打印机中的树数据结构的切片将受到安装在3D打印机中的存储器和CPU的限制。向3D打印机上载切片数据将受到安装在3D打印机中的存储空间的限制。

计算设备能够使用并行的GPU将树数据结构切片。计算设备也能够向3D打印机流送切片数据。向3D打印机流送切片数据能够包括在给定时间流送单个切片或者多个切片。向3D打印机流送来自切片数据的切片的速率能够与可用于3D打印机的存储空间和使用3D打印机打印层、层的时间相关联。例如，如果能够向3D打印机提供切片数据中的第一切片，那么能够在3D打印机打印与该数据的切片相关联的3D对象的一部分之后向3D打印机提供数据中的第二切片。

在许多示例中，切片数据能够被连续地流送到打印机，直到直到存储在3D打印机的总的未打印的切片计数等于特定数量的切片(例如，通过打印机中的存储限制所限制的用户设置的数量)。在许多示例中，将已经被打印的切片数据丢弃。

先进先出队列能够用于将流送的切片存储在3D打印机中。队列长度(N)能够被3D打印机中的存贮空间所限制。3D打印机能够从队列的头部拉出切片数据的切片(例如，当前切片)、打印拉出的切片，和/或丢弃打印的切片。如果在队列中存在空的单元，则3D打印机能够从切片引擎226请求附加的切片数据。分割引擎226能够处理附加的切片并且向3D打印机提供附加的切片。

图4图示出根据本公开的体素的栅格的示例。图4图示出3D对象450和体素452的栅格。

如图4中所图示的，通过立方体来表示每个体素。然而，其他形状能够用于表示体素。多个体素中的每一个能够具有不同的维度。例如，来自体素452的栅格的第一体素能够定义第一体积，而来自体素452的栅格的第二体素能够定义第二体积。能够通过来自体素452的栅格的最小的体素来定义与体素452的栅格和/或对应于体素452的栅格的树数据结构相关联的分辨率。能够就体积、区域、材料类型和/或材料属性离散化，和/或为对体素进行比较作准备的任何其他标准而言定义最小的体素。

在图4中，与给定体素相关联的体积能够减小以适应3D对象450的形状。例如，可以使用第一数量的体素来表示与3D对象450相关联的第一形状，其中，第一数量的体素中的每一个具有第一体积。可以使用第二数量的体素表示与第一形状相比较不复杂的与3D对象450相关联的第二形状，其中，第二数量的体素中的每一个具有大于第一体积的第二体积。

图5图示出根据本公开的体素的示例。图5示出具有多个数据类型的体素452。数据类型包括表面数据560、体积数据562、边缘数据564-1、564-2、564-3(例如，在本文被称为边缘数据564)，以及节点数据566。能够使用与图5中示出的数据类型相比更多或更少的数据类型。

图5还图示出引起三角形切割的与体素452的切割边界568截取。该切割边界568可以是形状规格的一部分或者材料规格的一部分以描述两个不同的材料和/或材料属性之间的边界)。

体积数据562能够描述材料的体积百分数。体积数据能够与体素中心相关联。在计算将体素的体积分离为至少两个部分的切割边界568之后，计算体积百分数。能够使用多条截取线(例如，三角形截取线)来计算切割边界568。曲面法线通常与切割边界568相关联，其指示切割边界的哪一侧是哪个材料，或者就描述几何结构而言，哪一侧是3D对象内部(例如，固体)以及哪一侧是3D对象外部(例如，空白)。曲面法线允许通过通知切断三角形的哪一侧是固体来计算体积百分数。通过曲面法线和体积百分数提供的信息(例如，哪一侧是固体、哪一侧是空白)进而被记录为节点数据。例如，能够相对于与体素554的其他七个角相关联的节点数据不同地标记节点数据566。

例如，节点数据566能够被标记为空白以把通过节点566和通过连结边缘数据564-1、564-2，和564-3的三条截取线所定义的切割边界568定义的四面体体积标注为缺乏材料类型和/或材料属性。与体素554的其他7个角相关联的节点数据能够被标记为固体以把体素554中的剩余的体积标注为是由材料类型和/或材料属性形成的。通过连结边缘数据564-1、564-2，和564-3的三角形截取线来定义切割边界568。

表面数据560能够描述材料的面积百分数。表面数据可以与形成体素的表面的中心相关联。表面分数能够被记录为表面值。例如，能够通过连接边缘数据564-1和564-3的截取线把顶面划分为两个部分。关于该表面的表面分数记录被占用的顶面(例如，固体)的百分比。

边缘数据564能够指示交叉点。连接截取点形成截取线。在图5中，截取线是直线，但是也能够是弯曲的。封闭段的截取线能够定义切割穿过体素554的切割边界568。在图5中，通过连接边缘数据(例如，截取点)564-1、564-2，和564-3的线来表示切割边界568。切割边界568能够表示材料的边界。当切割边界568位于由体素554所描述的体积内时，切割边界568能够切割(例如，交叉)体素。边缘数据564能够在没有将体素554划分为多个体素以提供由体素554描述的体积的更高的分辨率的情况下描述切割边界568和体素的交叉。节点数据566能够提供与体素554相关联的许多材料的标识(ID)。

数据类型(例如，表面数据560、体积数据562、边缘数据564，和节点数据566)中的每一个能够是单个浮点或可以是多个浮点。例如，体积数据562能够包括描述体素554的划分的多个浮点。例如，体积数据能够包括描述由体素554描述的体积的分叉的.7浮点和.3浮点。例如，通过边缘数据564定义的切割边界568能够具有.3的体积百分数，而体素554的另一部分能够具有.7的体积百分数。

能够通过添加填入通过形状规格定义的固体的外部的所有空间的材料类型“空白”来进一步捕获与体素554相关联的形状和材料。空白材料类型提供统一形状规格和材料规格的能力。

为了描述单材料部分，体积数据562能够是记录填充体素554的该材料的体积百分比的单个浮点。由于整体是一，空白百分比占用能够被容易地计算。为了描述N材料部分，体积分数能够是尺寸N的多个浮点。表面数据560和边缘数据564能够被类似地定义。

数据类型能够用于描述形状和材料分布。在本文未示出的附加的数据类型能够用于描述与体素554相关联的材料属性。例如，色彩和纹理能够是与表面相关联的表面数据。热膨胀系数和杨氏模量是能够是与体素的554体积相关联的体积数据562的块体材料属性。

当处理形状和材料规格两者时，形状规格和材料规格的图3中的体素化334能够被直接地应用以填入这些数据类型。例如，在分析与形状规格相关联的表面三角形时，边缘数据564能够被子体素特征编码模块110和/或子体素特征编码引擎227计算和存储。那么，在体素化处理期间，节点数据566、表面数据560，和/或体积数据562能够被计算并且与节点554相关联。在许多示例中，在如在图3中所描述的树数据结构的构造336、树数据结构的缩放338、和/或切片340期间，数据类型能够与给定体素554相关联。

如果所有相邻的体素是类似的(例如，具有类似的数据类型和关于对应的数据类型的类似的值)，那么相邻的体素能够被组合为树数据结构(例如，八叉树)的较大的叶节点。换句话说，树数据结构的剪裁可适用于该数据结构。

图6图示出根据本公开的子体素特征的示例。图6包括与体素554类似的体素654，与图5中的边缘数据564-1、564-2，和564-3类似的边缘数据664-1、664-2，和664-3，以及表面数据660。图6提供计算截取线的示例。在图6中提供的示例能够被重复许多次以识别多个多条线。包围段的截取线能够例如定义图5中的切割边界568。

在图6中提供的示例中，截取线能够是线性连接的表面多边形666的一部分。从边缘数据664-1和664-2计算截取线668。能够在子体素特征解码模块112和/或子体素特征解码引擎227计算截取线668。

图6图示出解码(例如，重现)与3D对象相关联的形状特征的示例。与体素654的表面相关联的面积的边缘分数能够用于计算边缘数据664-1和664-2(例如，截取点)。能够从边缘数据664-1和664-2计算体素654的表面上的截取线668。

在许多示例中，能够通过直线连接边缘数据664-1和664-2(例如，回想STL使用线性表面三角形)。基于与体素654相关联的节点数据(例如，材料ID)，能够计算表面多边形666的表面分数。如果计算的表面分数等于对应的表面数据，那么截取线668被假定为直线。照此，直线被接受为表面多边形666和/或切割边界568的一部分。

如果计算的表面分数不等于与体素654相关联的表面数据，那么截取线668不是直线。在许多示例中，如果截取线668不是直线，那么能够假定附加点被包括在截取线668中。图7示出截取线668的示例，其包括使用如图7中所示的相邻的体素所计算的附加的参考点。

类似的过程能够扩展至多材料体素，其中多条截取线可以存在(例如，未示出)。关于表面数据的多个值能够被应用以确定相关联的边缘数据之间的线性和/或非线性连接。

在图6和7中提供的示例中，使用分段线性表面来对形状特征进行建模。STL文件格式和类似的文件格式的使用能够促进使用分段线性表面进行的形状特征的建模。

此外，如果已知与体素664相关联的形状特征是平滑的，那么高阶(例如，第二阶)表面模型和G1(导数)连接能够被应用以连接边缘数据664-1和664-2之间的截取线668。如果例如后处理实施火焰火炬，则形状特征能够是平滑的。

在图6中提供的示例中，使用表面数据和边缘数据664-1和664-2来确定表面多边形666。在许多示例中，能够使用许多表面多边形、表面数据、边缘数据、和/或与体素654和其相邻的体素相关联的体积数据来确定切割边界。

例如，如果通过切割边界创建的体积等于相关联的体积数据，则能够由边界重构模型(例如，平面或非/平面)使用边缘数据664(例如，点)以确定切割边界。在图5中提供的示例中示出了简单的边界重构模型(例如，平面)。用于连接与体素654相关联的边缘数据664的边界重构模型能够描述复杂的形状特征。如在本文所使用的，如果边界重构模型是平面之外的任何模型，形状特征是复杂的。

在其中使用本地计算机辅助设计(CAD)文件(例如，非均匀有理B样条(NURBS)表面)实施形状规格的示例中，复杂的边界重构模型能够被应用以描述与体素和/或相邻的体素的组相关联的形状特征。例如，当扫描转换形状规格(例如，CAD文件)时，有关的NURBS控制点能够被存储在体素内。与特定体素相关联的控制点能够用于重现3D对象的NURBS表面和/或复杂的形状特征。

在用分析法描述形状规格(例如，二次方程式、表面正弦，和/或任何其他分析形式)的示例中，分析函数能够用于参数化形状特征并且能够充当边界重构模型的基础。由特定体素和其相邻的体素携带的数据类型(例如，边缘数据、表面数据、体积数据，和/或节点数据)能够用于拟合分析函数。

例如，函数F(a0,a1,a2x,y,z)＝0能够用于对截取体素654的切割边界进行建模，其中a0,a1,...aN是在特定体素和/或其相邻的体素中记录的数据类型。数据类型例如能够由定义截取点的边缘数据组成，因此对于每个截取点(x0,y0,z0)，f(截取点)＝0。连接边缘数据(例如，G1)可以添加附加的表面导数约束。另外地，如果表面在截取点上是平滑的，那么能够包括附加的公式。附加的公式能够例如包括在(x0,y0,z0)等于零的函数f的表面导数。表面和/或体积数据能够添加积分约束(即，通过节点数据辅助的)以使用f(a0,a1,a2....)计算表面/体积积分作为边界以满足特定体素中所记录的表面和/或体积数据。

每个体素中记录的数据类型可以充当求出明确地重现切割边界的边界重构模型的基础，并且因此以子体素分辨率保留简单且复杂的形状特征。

该公开的子体素特征建模可以实现独立于体素尺寸的向量化切片平面。然后能够以打印机分辨率解析此类切片平面。解析切片平面能够包括能够包括生成多个位图图像(例如，灰度位图图像)的每个以确定一个材料类型的沉积。

在本公开的许多示例中，体素分辨率和形状特征分辨率被解耦并且可以与彼此无关。特征分辨率与体素分辨率的解耦可以提供以打印机分辨率解析精细特征的能力。

在许多示例中，能够通过减小体素的尺寸来捕获子体素特征。减小体素的尺寸能够是缩放的形式。与保留体素尺寸并且把数据类型包括在体素中相比较，减小体素的尺寸并且存储体素的栅格可以增加存储体素的栅格所需要的存储空间。

图7图示出根据本公开的截取线的示例。图7包括体素754-1、754-2，和754-3，边缘数据764-1、764-2、764-3，和764-4，和表面数据760。边缘数据764-1和764-2与体素754-1相关联。边缘数据764-1和764-4与体素754-2相关联。边缘数据764-2和764-3与体素754-3相关联。

如果图6中的截取线768-1被确定为不是直线，那么能够确定不同的连接模型。在图7中提供的示例中，截取线768-1被假定为边缘数据764-1和764-2之间的线性连接。例如，能够使用包括使用相邻的体素754-2和754-3所计算的附加点770的线来计算截取线768-1。

能够使用与相邻的体素754-2和754-3相关联的边缘数据来确定与体素754-1相关联的截取线768-1。例如，能够使用边缘数据764-1、764-2、764-3和764-4来确定形成截取线768-1的边缘数据764-1和764-2之间的线性连接。

与体素754-2相关联的边缘数据764-1和764-4之间的截取线768-2能够用于确定截取线768-1。与体素754-3相关联的边缘数据764-3和764-2之间的截取线768-3也能够用于确定截取线768-1。截取线768-2能够被扩展超过边缘数据764-1以形成截取线768-1。截取线768-3也能够被扩展超过边缘数据764-2以形成768-1。截取线768-2的扩展和截取线768-3的扩展能够在点770相遇以形成截取线768-1。截取线768-1能够用于定义表面多边形(例如，三角形、四边形，或者其他形状)766。能够计算与表面多边形766相关联的表面分数。与表面多边形766相关联的表面分数能够与表面数据760相比较。

如果与表面多边形766相关联的表面分数被确定为等于表面数据760，那么截取线768-1能够用于定义能够定义3D对象的形状特征的切割边界。如果与表面多边形766相关联的表面分数被确定不等于表面数据760，那么能够使用边缘数据764-1、764-2、764-3、764-4和/或图7中未示出的边缘数据的组合来计算不同的截取线768-1。

截取线768-1能够用于以子体素分辨率重新捕获落入体素754-1内部的尖角。

图8图示出根据本公开的、用于从体素表示生成切片数据的方法的示例的流程图。如在880所示的，该方法能够包括获取3D对象的形状规格。形状规格能够是3D对象的3D模型。如在882所示的，该方法能够包括获取3D对象的形状规格。在许多示例中，形状规格和材料规格能够独立于彼此。材料规格能够是材料和/或材料属性的3D分布。在许多示例中，材料属性能够定义许多材料类型和/或材料类型的许多材料属性(例如，性质)。

如在884所示的，该方法能够包括合并形状规格和材料规格以创建3D对象的体素表示，其中，体素表示中的每个体素包括多个数据类型。合并形状规格能够包括使多个数据类型与每个体素相关联，其定义体素表示中的特定体素内的形状特征。合并形状规格和材料规格能够包括从形状规格创建体素的栅格并且使材料规格与体素的栅格映射。映射材料规格还能够包括将来自材料规格的材料属性值映射至体素的栅格并且向体素的栅格指配材料属性值。合并形状规格和材料规格还能够包括将体素的栅格转换到树数据结构中。如在886所示的，该方法能够包括通过向3D打印机提供来自体素表示的切片数据来打印3D对象，其中，切片数据提供与由使用多个数据类型的体素表示提供的分辨率相比更高的分辨率。

如在886所示的，该方法能够包括从体素表示生成切片数据，其中，切片数据提供与由使用多个数据类型的体素表示提供的分辨率相比更高的分辨率。

在本公开中，对形成其一部分并且在其中作为说明示出了能够如何实践本公开的许多的示例的附图进行参考。足够详细地描述了这些示例以使得本领域技术人员能够实践本公开的示例，并且将理解的是，能够使用其他示例并且可以在不背离本公开的范围的情况下进行处理、电气，和/或结构改变。

在本文的图遵循编号规定，其中第一数字对应于绘图号，并且剩余的数字识别图中的要素或组件。能够将在本文在各个图中示出的要素相加、交换，和/或消除，以便提供本公开的许多附加的示例。在图中提供的要素的比例和相对尺度意图是图示出本公开的示例，并且不应当以限制意义来理解。

说明书示例提供对本公开的系统和方法的应用以及使用的描述。因为能够在不背离本公开的系统和方法的精神和范围的情况下作出许多示例，本说明书阐述许多可能的示例配置以及实施方式中的一些。

此外，如在本文所使用的，“一”或“许多”什么的能够指的是一个或多个此类项。例如，“许多小组件”能够指的是一个或多个小组件。

Claims (13)

1.一种用于从体素表示生成切片数据的方法，包括：

获取3D对象的形状规格；

获取所述3D对象的材料规格；

合并所述形状规格和所述材料规格以创建所述3D对象的体素表示，其中，所述体素表示中的每个体素包括多个数据类型，其中，所述多个数据类型包括描述材料边界和体素的交叉的边缘数据；以及

从所述体素表示生成切片数据，其中，所述切片数据捕获使用所述多个数据类型的所述体素表示中的特定体素的切割边界，其中，所述切割边界通过多条截取线来定义，并且所述多条截取线通过所述边缘数据来计算。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个数据类型包括描述材料的体积百分数的体积数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述体积数据与体素中心相关联。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个数据类型包括描述材料的面积百分数的表面数据。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述表面数据与体素中心所关联的表面的中心相关联。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个数据类型包括提供与体素相关联的材料的标识ID的材料数据。

7.一种存储用于从体素表示生成切片数据的指令的非瞬态机器可读介质，所述指令由机器可执行以使所述机器用于：

获取3D对象的形状规格；

获取所述3D对象的材料规格；

合并所述形状规格和所述材料规格以创建所述3D对象的体素表示，其中，所述体素表示中的每个体素包括多个数据类型，其中，所述多个数据类型包括描述材料边界和体素的交叉的边缘数据；

使用所述多个数据类型沿着切片平面将所述体素表示切片，其中，所述切片平面和与所述体素表示相关联的体素尺寸无关；以及

基于所述体素表示的所述切片而生成切片数据，其中，所述切片数据捕获所述体素表示中的体素的切割边界，其中，所述切割边界通过多条截取线来定义，并且所述多条截取线通过所述边缘数据来计算。

8.根据权利要求7所述的介质，其中，被执行以将所述体素表示切片的所述指令包括定义与体素相关联的表面三角形的指令。

9.根据权利要求8所述的介质，其中，所述表面三角形进一步划分所述体素。

10.根据权利要求8所述的介质，其中，所述表面三角形使用所述多个数据类型来定义。

11.一种用于从体素表示生成切片数据的系统，包括：

规格引擎，所述规格引擎用于：

获取3D对象的形状规格；

获取所述3D对象的材料规格；

合并引擎，所述合并引擎用于合并所述形状规格和所述材料规格以创建所述3D对象的体素表示，其中，所述体素表示中的每个体素包括多个数据类型，其中，所述多个数据类型包括描述材料边界和体素的交叉的边缘数据；

子体素特征引擎，所述子体素特征引擎用于使用与特定体素相关联的多个数据类型以及与相邻的体素相关联的多个数据类型来定义所述特定体素内的切割边界，其中，所述切割边界通过多条截取线来定义，并且所述多条截取线通过所述边缘数据来计算；以及

切片引擎，所述切片引擎用于从所述体素表示生成切片数据，其中，所述切片数据捕获所述特定体素内的所述切割边界。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述多条截取线形成定义所述切割边界的三角形。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述截取线包括线性截取线和非线性截取线。

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