CN107223085A - 三维物体子结构 - Google Patents

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Abstract

描述与三维物体的子结构有关的方法和装置。在示例中，方法包括：接收具有一致维度的晶格模型，并确定用于表示三维材料结构的子结构模型，子结构模型基于晶格模型并指定可变的材料分布。可以用半色调阈值数据填充子结构模型，以提供三维半色调阈值矩阵。

Description

三维物体子结构
背景技术
通过增材制造工艺生成的三维物体可以以逐层的方式来形成。在增材制造的一个示例中，通过使构造材料层的部分固化，在打印装置中生成物体。在示例中，构造材料可以是粉末、流体或片材的形式。预期的固化和/或物理属性可以通过将试剂打印到构造材料层上来实现。可以将能量施加到该层，并且可以在冷却时使在其上施加有试剂的构造材料聚结并固化。在其他示例中，化学粘合剂可被用于使构造材料固化。在其他示例中，可以通过使用挤出塑料或者喷涂材料作为固化以形成物体的构造材料，来生成三维物体。
生成三维物体的一些打印工艺使用根据三维物体的模型而生成的控制数据。该控制数据例如可以对将试剂施加到构造材料的位置、或可以放置构造材料自身的位置及将要放置的数量进行指定。
附图说明
为了更完整的理解，现将参考以下结合附图而进行的描述，其中：
图1是生成三维半色调阈值矩阵的方法的示例的流程图；
图2是生成三维半色调阈值矩阵的方法的示例的流程图；
图3是用于生成用于产生三维物体的控制数据的处理装置的示例的简化示意图；
图4是生成子结构模型的示例的示意图；以及
图5是用于生成用于产生三维物体的控制数据的方法的示例。
具体实施方式
本文描述的一些示例提供用于生成可被用以产生三维物体的控制数据的装置和方法。一些示例允许对具有各种指定的物体属性的任意三维内容进行处理并将其用于生成三维物体。这些物体属性可以包括：外观属性(颜色、透明度、光泽度等)、电导率、密度、孔隙度和/或诸如强度等机械属性。
在本文的一些示例中，三维空间以“体素”即三维像素为特征，其中每个体素占据离散体积。在对三维物体进行数据建模时，给定位置处的体素可以具有至少一个特征。例如，它可以为空、或者可以具有特定的颜色、或可以表示特定的材料或特定的物体属性等。体素可以具有任何形状，并且可以具有相同或不同的形状或尺寸。可以使用其他与测定体积有关的描述。在其他示例中，三维空间可以被表征为至少一个点，例如，采用诸如[x，y，z]三维笛卡尔([XYZ])坐标系等坐标系统或者极坐标系统。例如，物体表面可以以镶嵌平坦表面(tessellating flat surface)(例如三角形)的形式来描述，通过对该三角形的角部(其可以被称为顶点)进行限定来实现。对角部进行限定也有效指定了边以及(在一个示例中)三角形的面。这允许物体的形状近似，从而节约地使用计算机的内存空间。数据例如可以是计算机辅助设计(CAD)程序的输出或三维物体的一些其他的数字表达。
在一些示例中，对表示三维物体的数据进行处理，以生成将被用于生成物体的控制数据。
在一些示例中，打印材料覆盖表示对打印材料数据进行定义，例如，对打印材料(例如，将被沉积到构造材料层上的试剂或者在一些示例中的构造材料自身)的数量、以及若恰当则对打印材料的组合进行详细设计。在一些示例中，这可以被规定为比例体积覆盖率(proportional volume coverage)(例如，构造材料层的区域的X％应该具有施加于其上的试剂Y)。这种打印材料可以与诸如例如颜色、透明度、柔韧性、弹性、刚度、表面粗糙度、孔隙度、导电性、层间强度、密度等的物体属性相关、或者被选择以提供诸如例如颜色、透明度、柔韧性、弹性、刚度、表面粗糙度、孔隙度、导电性、层间强度、密度等的物体属性。
可以使用半色调(halftoning)技术来确定如控制数据中所指定的每种打印材料(例如，试剂的一滴)应被施加的实际位置。
例如，物体模型数据内的一组体素可以具有相关联的打印材料覆盖表示，该打印材料覆盖表示包括一组材料体积覆盖率矢量。在一个简单的情况下，这样的矢量可以表明三维空间的给定区域的X％应具有施加于其上的特定试剂，而(100-X)％应不用试剂。随后，打印材料覆盖表示可以提供用于“半色调”处理的输入，以生成可由增材制造系统用来产生三维物体的控制数据。例如，可以确定，为了产生特定的物体属性，构造材料层(或层的一部分)的25％应具有施加于其上的试剂。半色调处理例如通过对每个位置与在半色调阈值矩阵中提供的阈值进行比较，来确定试剂滴落在哪里，以便提供25％的覆盖率。
在一些示例中，用于表示三维结构或物体的数据被“栅格化”，即被转换为一系列的离散位置。经栅格化的数据可以处于三维打印装置的可打印分辨率下，控制数据可以被提供至该3D打印装置。
在一些示例中，生成控制数据，使得根据该数据生成的物体具有子结构。例如，该物体可旨在具有开放的网格状结构，这可以使其较轻和/或耐冲击和/或减少材料的使用量。术语“子结构”被用于与物体模型的形状和形式区分开。
图1是用于生成三维半色调阈值矩阵的方法的示例。这样的矩阵可被用于生成具有子结构的物体。
在块102中，接收用于表示三维材料结构的晶格模型。该模型可以例如表示网格状或晶格状的结构。模型可以表示诸如由空间填充多面体或棱柱体(因此可以形成规则结构)形成的网格或三维晶格等的连续的规则结构、或不规则(例如，分支状或静脉状)结构。
在一些示例中，模型可以是显式的、完全定义的三维模型，例如被定义为矢量对象。在其他示例中，模型可以在数学或算法基础上定义，例如作为计算机可读指令，当其被执行时可以构造或生成该模型的表示。
在该示例中，模型具有一致的维度，例如由尺寸一致的多面体形成，或者如果为不规则结构，则包括一致的平均间距或基于一致的参数而生成，等等。
在块104中，生成基于晶格模型(即保留一致的基本维度)的子结构模型，使得用于形成子结构的材料的材料分布旨在多样化(即，子结构模型指定可变的材料分布)。
例如，晶格可被用于提供子结构模型的中间轴(“骨架”)。然而，通过改变用于形成晶格的结构元素的厚度，可以改变子结构模型中的材料分布。在特定的示例中，立方晶格可以在其体积内包括相同尺寸的立方晶胞，但是确定子结构模型包括：改变将用于在其体积的至少一部分内构造晶格的棒状结构元素的厚度。在另一示例中，可以基于晶格晶胞的维度来定义子结构，但是材料结构可以包括开放晶胞和/或闭合晶胞的组合。因此，闭合晶胞将导致额外的构造材料被用于在其区域中形成材料结构。在一些示例中，可以填充至少一个闭合晶胞。在一些示例中，填充的晶胞可以选择性地以固化的或未经处理的构造材料(在一些示例中可以为粉末)来填充，这在该材料结构的该区域中将再次导致额外的构造材料。在其他示例中，晶胞可以用不同的材料来填充，该不同的材料例如可以作为物体生成工艺的一部分被引入到晶胞中(这可以是逐层生成的一部分，或者通过后处理的方式来实现)。在一些示例中，在子结构模型中，填充材料的晶胞可以针对晶胞或物体的区域来指定。
在块106中，用半色调阈值数据来填充子结构模型(即，在子结构模型中的、存在结构的每个位置)，以提供三维半色调阈值矩阵。该半色调阈值矩阵可以被适用于生成用于使用增材制造打印装置来制造三维物体的控制数据，例如使得所生成的物体具有由子结构模型指定的子结构。
图2示出生成三维半色调阈值矩阵的方法的第二示例。在块202中，接收到用于指示将要生成的物体的信息。该信息例如可以包括尺寸、形状、轮廓和分辨率信息中的任何一个。在块204中，接收到晶格模型。在一些示例中，这可以如以上关于块102所描述的那样。在该示例中，晶格模型包括对晶格形式(例如，立方晶格、三角晶格、分支状或静脉状晶格等)的指示。
在该示例中，在块206中，根据用于指示将要生成的物体的信息来缩放晶格模型。这允许生成适当尺寸的晶格模型。这还可以建立子结构的基本维度。
在一些示例中，缩放晶格模型可以包括：平铺(tiling)或复制晶格的基本“种子”元素。在其他示例中，缩放晶格模型可以包括：对晶格模型或其基本元素自身进行缩放：例如，如果模型由立方晶胞组成，则可以根据该信息来设置立方体的大小。缩放可以包括：与将要生成的物体的总体尺寸相匹配(例如，使得物体和材料结构为大致相同尺寸或者可以由相同尺寸的体素阵列来描述)。在其他示例中，缩放可以包括：与物体的部分尺寸相匹配以具有子结构(即，不同的晶格模型可以被用于所生成的物体的不同部分)。缩放可以包括：考虑将要生成的物体的最小特征的大小，并且确保这样的细节可以由适当尺度的材料结构来体现。缩放还可以包括：考虑针对将要生成的物体所指定的属性，例如在特定体积中的材料的量，以确保物体具有指定的强度。在其他示例中，模型可以由用户自由地或任意地缩放。
缩放可以自动地或使用用户输入来进行。在一些示例中，可以以多个分辨率/比例(例如，使用不同大小的立方体作为基本元素)来定义特定的晶格模型结构(例如，规则的立方晶格)，从而缩放三维材料结构包括：选择预定义的结构中的一个。
在块208中，对取决于物体的材料分布的至少一个属性进行识别。这可以被定义在用于指示将要生成的物体的信息中，或者可以根据用户输入来定义。这些属性可以包括：重量、质心、密度、强度、弹性行为等。
在块210中，为了提供指定的属性或多个属性，对由子结构模型指定的材料分布进行确定。例如，可以对材料进行分布，以将质心放置在指定位置、或使得物体为预定重量或密度、或具有变化密度的区域、或提供一定的弹性或回弹性等。例如这可以包括：对模型的区域中的至少一个结构元素的厚度进行指定、子结构模型的区域中的至少一部分或全部地封闭的晶胞的规范、至少一个晶胞是填充的晶胞的规范等中的任意一个或任意组合。
随后生成基于(缩放的)晶格模型的子结构模型的栅格化表示(块212)，例如作为与子结构模型中的位置相对应的数值的阵列。在一些示例中，该表达可以包括多个平面，每个平面被栅格化为离散位置。如以上所概括的，如果晶格模型包括相对较大比例的未占用空间或空白空间，则每个平面可以是部分地或者在一些示例中为稀疏地填充的数值阵列。在一些示例中，该阵列是二进制的：结构存在于或者不存在于某个位置。在一些示例中，阵列可以是多个二进制位图的形式，每个二进制位图表示材料结构的平面。
在块214中，接收到半色调阈值数据。在一个示例中，该数据可以作为半色调阈值矩阵接收。在一个示例中，阈值矩阵可以包括与三维子结构模型自身相同的维度(即，为三维阈值矩阵)。在其他示例中，阈值数据可以以不同的形式(例如，可以使用更大的阈值矩阵中的部分)来供应、或者可以根据存储的计算机可读指令来生成、等等。
在该示例中，半色调数据包括阈值阵列。在一个示例中，阈值用于执行半色调操作，该半色调操作将阈值矩阵的值与用于指示打印材料(例如试剂(多个试剂)或试剂组合)的概率分布的值(例如表示为Mvoc(材料体积覆盖率)矢量)进行比较。这将根据阈值来选择单个的“状态”(可能的材料或材料组合中的一个)。
打印材料覆盖率可以在物体内部发生变化，并且在构建半色调阈值数据的时候可以对该种变化加以考虑。例如，本来具有“连续色调”阈值的阈值矩阵(或多个矩阵)可以被格式化以具有局部变异性。在一些示例中，打印材料覆盖率可以在平面之间发生变化。
在块216中，用半色调阈值来填充材料结构的存在子结构模型的每个位置。在子结构模型已经被栅格化为一系列阵列的示例中，该系列因此而提供(如果视为堆栈)三维半色调阈值矩阵，该三维半色调阈值矩阵携带子结构模型的结构：由于矩阵在表征结构的位置之外的所有位置中为空，所以无论针对该位置指定的打印材料覆盖率如何，应用该矩阵都将导致在该空位置处不使用打印材料。该阈值矩阵可以被应用于物体模型数据，以生成用于产生三维物体的控制数据(块218)。
半色调阈值可以根据诸如空隙和群集矩阵、误差扩散技术、基于抖动的技术、AM-屏幕、群集点型图案等半色调技术来确定。在其他示例中，不是提供三维矩阵并使用它来填充子结构模型，而是可以使用例如根据这些技术之一而确定的半色调数据，来直接填充子结构模型。
图3示出可以被用于生成用于产生三维物体的控制数据的处理装置300的示例。该示例中的装置300包括：接口302、图像处理器304、映射模块306、半色调发生器308、以及子结构模块310。
在图3的示例中，用于表示三维模型物体312的数据包括：物体模型数据316以及物体属性数据318。物体模型数据316可以对模型物体312的至少一部分的三维模型进行定义。在图3中，物体312是简单的立方体，但是将会理解，物体可以具有其他更为复杂的形式。模型物体312可以对三维坐标系统中的物体的全部或部分的形状和范围(例如，物体的实心部分)进行定义。物体模型数据316例如可以通过计算机辅助设计(CAD)应用来生成。物体属性数据318对将要生成的三维物体的至少一个物体属性进行定义。在一种情况下，物体属性数据318可以包括：针对将要生成的物体的至少一部分的颜色、柔性、弹性、刚度、表面粗糙度、孔隙度、层间强度、密度、导电性等中的任何一个或任意组合。物体属性数据318例如可以针对将要生成的物体的整体来定义(例如，全局属性数据)、或者针对将要生成的物体的一个或多个部分来定义(例如，局部属性数据)。物体属性数据318还可以被用于针对物体的一部分或多个部分来定义多个物体属性。
处理装置300生成控制数据314，当该控制数据314被用于生成三维物体时，将基于输入物体数据316、318外加子结构模块310中指定的结构来生成物体。
更详细而言，接口302接收用于表示三维模型物体312的数据316、318。在一些示例中，接口302可以将物体模型数据316和物体属性数据318作为单个文件来接收；在其他示例中，接口302可以将物体模型数据316和/或物体属性数据318的部分作为多个数据对象来接收，其中物体模型数据316和物体属性数据318分布在多个相关联的数据结构中。在一个示例中，物体模型数据316可以包括在三维(本文中也称为[x，y，z])空间中定义的体素。给定的体素可以具有用于指示模型物体312的一部分是否存在于该位置的相关数据。如上所述，物体属性数据318可以包括全局的物体属性数据和局部的物体属性数据，例如，如在物体属性数据318中定义的某些物体属性值可以与用于定义物体的每个体素相关联，和/或，某些物体属性值可以与一组体素(例如，范围从单个体素到与该物体相关联的所有体素)相关联。在一种情况下，用于表示三维物体的数据包括三维物体的模型，该三维物体的模型具有在模型内的每个位置(例如，在每个[x，y，z]坐标)处指定的至少一个物体属性。
在该示例中，图像处理器304从接口302接收物体模型数据316和物体属性数据318。图像处理器304至少对物体模型数据316进行处理，并且生成三维物体的栅格化表示。在示例中，图像处理器304可以生成随后被栅格化的三维物体的模型的平行平面的切片。每个切片可以涉及增材制造系统中的构造材料的相应层的一部分。在使用三坐标的系统(例如使用[x，y，z]坐标)的三维空间中，这些平行平面可以是z切片、是平行于x轴和y轴(或xy平面)的平面。每个z切片可以包括具有公共z坐标并在x和y维度上延伸的模型的部分。z切片的数量可以取决于z维度的细节的分辨率和/或构造材料的层的输出分辨率。
在该示例中，图像处理器304输出多个二维栅格对象320，每个二维栅格对象320表示在其中定义了模型物体312的三维空间的平面。这些二维栅格对象中的每一个二维栅格对象可以包括诸如位图等的图像。
在该示例中，图像处理器304将至少一个物体属性值与栅格对象中的每个位置相关联。例如，每个栅格对象可以包括在x和y维度上延伸的一组像素；然后可以将每个像素与至少一个物体属性值相关联。在物体属性中的一个定义了颜色的情况下，可以在色彩空间中定义颜色，诸如：单色连续色调空间(例如，灰度级)；红色、绿色、蓝色(RGB)色彩空间；国际照明委员会(CIE)1931XYZ色彩空间，其中使用三个变量('X'，′Y'和'Z'或三色的值)来对一颜色进行建模；CIE 1976(L*，a*，b*-CIELABor'LAB')色彩空间，其中三个变量表示亮度('L')和相对的颜色尺寸('a'和'b')；或任何其他色彩空间或被导出的色彩空间。这些色彩空间中的颜色值可以包括连续色调值，例如预定义的数值范围内的值。例如，在简单的情况下，RGB颜色值可以包括三个8比特的值，因此，每个红色值、绿色值和蓝色值可以在0至255的范围内。可以隐式地和/或显式地定义物体属性，并且物体属性可以包括尤其以下中的任何一个：灵活性值；弹性值；刚度值；表面粗糙度值；孔隙度值；强度值和密度值。
映射模块306接收图像处理器304的输出，并将由图像处理器304生成的栅格化表示映射到三维物体的打印材料覆盖表示。在该示例中，映射模块306接收如上所述的栅格对象320。这些可以逐个地(例如以表示物体的上升高度的顺序)接收，或作为集合(例如，模型物体的所有切片)接收。在一个示例中，映射模块306将物体属性映射到材料体积覆盖率(Mvoc)矢量。在一些示例中，映射模块306可以从接口302直接地接收物体模型数据316和物体属性数据318。
Mvoc矢量可以具有多个值，其中每个值针对三维物体的层中的可寻址位置中的每种打印材料或打印材料的每种组合定义一个比例。例如，在具有两种可用的打印材料(例如，试剂)M1和M2的增材制造系统中，其中每种打印材料可以独立地沉积在三维物体的层的可寻址区域中，在给定的Mvoc矢量中可以存在22(即，四个)比例：没有M2时针对M1的第一比例；没有M1时针对M2的第二比例；针对M1和M2过度沉积(即，组合)时的第三比例(例如，M2沉积在M1上，或者反之亦然)；以及针对不存在M1和M2时的第四比例。在这种情况下，Mvoc矢量可以是：[M1，M2，M1M2，Z]、或者具有示例值[0.2，0.2，0.5，0.1]，即，在z切片中给定的[x，y]位置处，没有M2时的20％的M1，没有M1时的20％的M2，50％的M1和M2，以及10％的空。由于每个值都是一个比例，并且值集合表示可用的材料组合，所以每个矢量中的值的集合总和为1或100％。
例如，在试剂被着色的情况下，可以随后确定Mvoc矢量以生成选择试剂组合，该选择试剂组合用于生成与所供应的物体属性(例如，所供应的RGB值)之间的匹配。例如可以将针对打印材料覆盖表示的映射存储在查找表中。
半色调模块308和子结构模块310或直接且独立地、或组合地对打印材料覆盖表示(例如包括至少一个Mvoc矢量)进行操作，从而通过半色调模块308对子结构进行填充，以提供半色调阈值矩阵。
子结构模块310的材料结构可以基于任何晶格结构，诸如常规的三维晶格(例如，基于任何空间填充多面体(诸如立方体和八面体等)的、基于蜂窝的结构)、空间填充的多面体、或生物模拟的形式(例如静脉或分支状的设计)等。这些晶格类型中的每一种类型可以被称为晶格模型。在一些示例中，晶格模型可以通过具有例如在矢量域中描述其整体几何形状的输入三维模型来明确地定义、和/或使用CAD程序来设计。在图3的示例中，子结构以提供晶格模型322的堆叠立方体网格为基础。在其他示例中，晶格模型的结构可以例如基于规则晶格、填充空间多面体或分形体来隐式地或解析地定义、或者另外根据机器可读指令来生成。在一些示例中，子结构模型可以由可平铺(tile-able)元素形成，使得结构(例如立方体结构、或八面体结构、或分支状元素)在形成子结构模型的过程中可以被重复。可以使用这样的可平铺元素作为种子来提供将要生成的物体的子结构。在一些示例中，子结构模块310可以将诸如立方体或其他形状等的基本元素或种子平铺。
在一些示例中，子结构模块310可以改变基本单元或种子的尺寸。这可以确保物体的特征，例如更精细的特征可以被体现在所生成的物体中。子结构模块310可以有效地复制或平铺用于表示多个立方体或立方体网格的数据，直到晶格模型322占据与模型物体312相同的体积为止。在其他示例中，可以复制和平铺其他的形状或形式以形成晶格模型322，或者晶格结构可以例如通过空间填充多面体作为一个整体例如填充预定体积来“生长”，该预定体积可以与模型物体312的体积相同。
另外，在子结构模型的至少一个区域中，虽然由晶格模型322所指定的子结构的基本维度(在该示例中，晶格模型322中的立方体的边的长度)保持不变，但是子结构模型中的材料分布旨在发生变化。这例如可以包括：对晶格的区域中的至少一个结构元素的厚度进行指定、子结构模型的区域中的至少一部分或者完全地封闭的晶胞的规范、至少一个晶胞可以包括填充的晶胞的规范等中的任意一个或任意组合。
图4示出了这一点的表示。晶格模型322由子结构模块310操作以生成子结构模型402。子结构模型402具有可变的材料分布。
在该示例中，在子结构模型402的区域404中，与它的其他区域相比，结构元素(在该示例中，为构成晶格的条形)的厚度变厚。在其他示例中，元素的一部分可以被增厚或减小。此外，晶格的一个晶胞406是闭合的，使得其包括六个实心壁。也可以指定该晶胞406被填充，并且若如此，则可以指定特定的填充材料。这可以例如包括未经处理的构造材料、或将要用特定的试剂或试剂组合进行处理的构造材料。未经处理的构造材料可以具有不同的密度来构造材料、和/或对诸如强度和弹性等局部物体属性产生影响。在其他示例中，可以指定特定的构造材料。还指定了固体晶胞壁408，固体晶胞壁408并未完全将晶胞封闭，但会导致在其区域中指定额外的材料。
材料分布进行指定可以有助于实现物体的总体重量或平均密度、物体的质心位置、和/或诸如强度、弹性、局部密度等的局部属性。
由于子结构模型下层的晶格具有一致的维度，因此可以以恒定的方式来指定，例如需要单个的标识符或矢量描述。可变的材料分布可以叠加于该晶格上，例如，作为元素宽度、或用于指示填充壁、闭合或填充的晶胞、晶胞填充材料等的特定位置。
此外，由于(至少在该示例中描述的物体的区域中)维度保持一致，因此确保具有不同材料分布的部分在物理上相容的任务(例如使得底层子结构在本质上连续)是相对简单的，并且如果例如晶格尺寸被改变，则可能不需要确定渐变部分。
在一些示例中，子结构模块310可以生成子结构模型402的栅格化表示。
半色调模块308提供在一个示例中具有至少一个所存储的半色调阈值矩阵的半色调阈值数据。
半色调模块308和子结构模块310一起生成半色调阈值矩阵324，其中填充有指令以选择性地使打印材料沉积在存在子结构的位置上，并且该半色调阈值矩阵324例如可以以针对平面中的像素的一组离散打印材料选择的形式，来应用于从映射模块306中输出的打印材料覆盖表示(例如Mvoc矢量)，以生成控制数据314，其中跨平面的区域的离散数值可以代表在打印材料覆盖表示中所列出的比例。
在一些示例中，子结构模型402在填充之前被栅格化。在图4的示例中，物体的一些平面可以具有正方形格子状的图案和一些填充的正方形，而其他平面可以包含稀疏矩阵，该稀疏矩阵表示堆叠立方体的向上延伸的棒状元素的横截面。
虽然在上述示例中，通过平铺结构元素来形成子结构模型402，但在其他示例中，子结构模型的基本元素可以替代地以半色调数据来填充，然后组合以形成半色调子结构模型。例如，可以将至少一个填充的晶胞预定义为一组半色调阈值，如可以预定义为元素厚度、填充壁、壁厚等的范围。可以通过有效地堆叠这种预定义的半色调阈值的组，来形成具有根据子结构模型402的子结构的半色调矩阵。
在特定情况下，可以提供简单的模型，其中跨越一致晶格的单个变量是开放的或填充的晶胞的规范。随后，可以通过“堆叠”晶胞、以及在棒状结构元素的区域中被填充并否则为空的晶胞来构建半色调矩阵，该“堆叠”晶胞被用半色调数据完全填充以表示填充的晶胞。
图5中列出了生成用于产生三维物体的控制数据的方法的示例。在块502中，获取用于表示三维模型物体(其可以是物体的全部或部分)的数据。
在一些示例中，数据可以包括用于定义M×N×L的体素阵列的三维位图，其中M、N和L是正整数，并且其中每个体素位于唯一的三维位置。在一些示例中，M×N×L的体素阵列是立方体，该立方体将三维模型物体的至少一部分(在一些示例中为全部)封闭(enclose)。在块504中，用于表示三维物体的数据被映射到打印材料覆盖表示，该打印材料覆盖表示例如指定在一位置处的打印材料为一组可用打印材料的比例。在一些示例中，在被如此映射之前，模型物体可以被栅格化为多个平面。使用的平面数量可以取决于以下几个因素中的任意一个，例如，提供属性和/或表面处理等的构造材料的类型、聚结剂的类型、所使用的聚结改性剂的类型、每层的厚度等。
在块506中，获取用于表示材料结构的子结构模型。这样的子结构模型可以遵循预定的原则，以种子或基本元素(诸如立方体或其他空间填充多面体等)为基础，或通过种子或基本元素(诸如立方体或其他空间填充多面体等)来生长。可以存在多个子结构模型，并且获取子结构模型可以包括：选择子结构模型。子结构可以是相对开放的网格结构。子结构可能会随其体积而变化。特别地，在该示例中，子结构通过在体积(其可以是子结构的全部或部分)上一致但具有改变的材料分布的晶格结构来指定。
子结构模型用半色调数据来填充以提供三维半色调阈值矩阵。在一些示例中，在被填充之前，子结构模型可以被栅格化为平面。平面的数量可以与作为模型物体的切片的数量相同。
然后将打印材料覆盖表示与用于表示相同三维位置的阈值矩阵的阈值进行比较，以生成控制数据，该控制数据用于基于模型物体来打印三维物体并具有根据子结构模型的材料子结构(块508)。
在本文的一些示例中，以物体可被生成的顺序提供模型物体。然而，所生成的物体旨在具有不作为模型物体数据但是作为半色调操作的一部分来提供的子结构。这允许子结构稍后在设计流程中而不是设计的模型物体生成阶段被指定和/或被应用，因此可以更容易地将新的或不同的子结构应用于将要生成的物体。由于子结构内的材料分布可以发生变化，所以对物体属性的精细控制可以被应用于子结构。
本公开中的示例可以被提供为方法、系统或机器可读指令，诸如软件、硬件、固件等的任何组合。这种机器可读指令可被包括在其中或其上具有计算机可读程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM，光学存储器等)上。
参考根据本公开的示例的方法、设备和系统的流程图和/或框图来描述本公开。虽然以上描述的流程图显示特定的执行顺序，但执行顺序可以与所描述的不同。关联一个流程图而描述的块可以与另一流程图的那些块相组合。应当理解，流程图和/或框图中的每个流程和/或块、以及流程图和/或框图中的流程和/或图形的组合可以通过机器可读指令来实现。
机器可读指令可以例如由通用计算机、专用计算机、嵌入式处理器或其它可编程数据处理设备的处理器来执行，以实现说明和附图中所描述的功能。具体地，诸如处理装置300等处理器或处理装置可以执行机器可读指令。因此，装置和设备的功能模块可以由执行在存储器中存储的机器可读指令的处理器、或者根据嵌入在逻辑电路中的指令进行操作的处理器来实现。术语“处理器”应被广义地解释为包括CPU、处理单元、ASIC、逻辑单元或可编程门阵列等。方法和功能模块可以全部由单个处理器执行、或者在多个处理器之间分配。
这种机器可读指令还可以存储在计算机可读存储器中，该计算机可读存储器可以引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定模式进行操作。
这种机器可读指令还可以被加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得计算机或其他可编程数据处理设备执行一系列的操作以产生计算机实现的处理，因此在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供了用于实现由流程图中的流程和/或框图中的块所指定的功能的手段。
此外，本文的教导可以以计算机软件产品的形式来实现，计算机软件产品被存储在存储介质中并且包括多个指令，该多个指令用于使计算机设备实现本公开的示例中所述的方法。
虽然已经参考某些示例描述了方法、装置和相关方面，但是在不脱离本公开的精神的情况下，可以进行各种修改、改变、省略和替换。应当注意，上述示例用于说明而非限制本文所描述的内容，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计许多备选实现。特别地，来自一个示例的特征或块可以与另一示例的特征/块组合或被其替代。
用语“包括”并不排除存在除了权利要求中所列出的元素之外的元素，“一”或“一个”不排除多个，并且单个处理器或其他单元可以实现权利要求中所述的几个单元的功能。
任何从属权利要求的特征可以与任何独立权利要求或其他从属权利要求的特征相组合。

Claims (15)

1.一种方法，包括：
接收具有一致维度的晶格模型；
确定用于表示三维材料结构的子结构模型，所述子结构模型基于所述晶格模型并且指定可变的材料分布；并且
用半色调阈值数据填充所述子结构模型，以提供三维半色调阈值矩阵。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述晶格模型包括开放晶胞结构，并且确定所述子结构模型包括：指定所述子结构模型内的至少一个闭合晶胞。
3.根据权利要求1的方法，其中，
所述晶格模型包括开放晶胞结构，其中确定所述子结构模型包括：指定所述子结构模型内的至少一个闭合晶胞，所述至少一个闭合晶胞被材料填充。
4.根据权利要求3所述的方法，其中
确定所述子结构模型包括：指定所述子结构模型内的至少一个闭合晶胞用未经处理的构造材料来填充。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述晶格模型由结构元素形成，并且确定所述子结构模型包括：指定所述子结构模型内的不同厚度的结构元素。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述晶格模型包括开放晶胞结构，并且确定所述子结构模型包括：指定所述子结构模型内的至少一个部分封闭的晶胞。
7.一种处理装置，包括：
接口，用于接收用于表示三维模型物体的数据，所述数据包括物体模型数据和物体属性数据；
映射模块，用于将接收到的数据映射到打印材料覆盖表示；
半色调模块，用于提供半色调阈值数据；
子结构模块，用于定义将要生成的三维物体的子结构，所述子结构在至少所述子结构的区域中指定一致的晶格结构和可变的材料分布；
其中所述装置用于将子结构和半色调应用到所述打印材料覆盖表示，以生成控制数据，所述控制数据用于产生具有所述子结构的三维物体。
8.根据权利要求7所述的处理装置，其中，
所述子结构模型内的所述材料分布根据所述物体属性数据确定。
9.根据权利要求7所述的处理装置，其中，
所述物体属性数据指定物体的密度、物体的重量、物体的弹性、物体的质心中的至少一个。
10.根据权利要求7所述的处理装置，其中，
所述半色调模块用于填充所述子结构，以提供具有子结构的三维半色调阈值矩阵，并且所述半色调阈值矩阵被应用于所述打印材料覆盖表示，以生成所述控制数据。
11.根据权利要求7所述的处理装置，其中，
所述子结构模块用于使用半色调阈值数据来定义所述子结构。
12.一种方法，包括：
获取用于表示三维模型物体的数据；
将用于表示所述三维模型物体的所述数据映射到打印材料覆盖表示，所述打印材料覆盖表示指定将要在所述物体中的位置处施加的打印材料；
获取用于表示材料结构的子结构模型，所述子结构模型的至少一部分具有一致的晶格结构和可变的材料分布，并且所述子结构模型用半色调阈值来填充，以提供半色调阈值矩阵；
将所述打印材料覆盖表示与用于表示相同的三维位置的阈值矩阵的阈值进行比较，以生成控制数据，所述控制数据用于生成具有根据所述子结构模型的材料结构的三维物体。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，
用于表示所述三维模型的所述数据指定依赖于材料分布的至少一个属性，并且其中获取所述子结构模型包括：识别至少一个这样的物体属性，并根据所述物体属性来定义子结构模型。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，
获取所述子结构模型包括：缩放、堆叠或复制至少一个子结构基本元素。
15.根据权利要求14的方法，其中，
至少一个基本元素包括半色调数据。
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