CN107850985B

CN107850985B - 对三维物体的物体数据进行半色调

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Publication number: CN107850985B
Application number: CN201580082118.6A
Authority: CN
Inventors: 彼得·莫罗维奇; 贾恩·莫罗维奇; 杰伊·S·贡德克
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2021-10-26
Anticipated expiration: 2035-10-30
Also published as: CN107850985A; US20180239567A1; EP3368972A4; US10225438B2; WO2017074447A1; EP3368972B1; EP3368972A1

Abstract

在本文描述的特定示例涉及与三维物体相对应的物体数据的处理。确定第一数据和第二数据，该第一数据对应于三维物体的第一部分，该第二数据对应于与第一部分分开的三维物体的第二部分。使用第一半色调技术对第一数据进行半色调，以生成使装置产生三维物体的第一部分的控制指令。使用第二半色调技术对第二数据进行半色调，以生成使装置产生三维物体的第二部分的控制指令。

Description

对三维物体的物体数据进行半色调

背景技术

已经提出生成三维物体的装置(包括俗称为“3D打印机”的那些装置)，以作为产生三维物体的可能的便利方式。这些装置典型地以物体模型的形式接收三维物体的定义。对该物体模型进行处理以指示装置使用一个或多个生产材料来产生物体。这些生产材料可以包括制剂和粉状基质的组合，生产材料的加热聚合物和/或液体溶液。可以逐层地执行物体模型的处理。可以期望的是，产生具有诸如彩色、机械和/或结构特性之类的一个或多个性质的三维物体。物体模型的处理可以基于进行实施的装置的类型和/或产生技术而变化。以三维方式生成物体提出与二维打印装置不同的许多挑战。

附图说明

根据接下来的结合以示例性方式图示出本公开的特征的附图的详细描述，本公开的各种特征将明显，并且其中：

图1是根据示例示出的装置的示意图，用于处理表示三维物体的物体数据，以生成使装置产生三维物体的控制指令；

图2是根据示例示出的用于三维物体的产生的装置的示意图；

图3是示出用于生成使装置产生三维物体的控制指令的方法的流程图；

图4是示出用于处理物体数据以生成表示三维物体的壳部分的第一数据和表示三维物体的核部分的第二数据的方法的流程图；以及

图5是根据示例示出的计算设备的示意图。

具体实施方式

本公开描述使用所谓的“3D打印”以产生与物体数据相对应的3D物体的各种技术。为了产生打印的3D物体，处理关于期望的3D物体的物体数据以形成用于3D打印装置的控制指令。这些控制指令能够与能够通过3D打印装置执行的可用的打印操作兼容。例如，3D打印装置具有有限数量k的可用的打印材料和有限数量L的级的离散材料形成(例如，如果在每个打印位置，能够被沉积的每个打印材料的量对应于零、一个或两个单元，则L等于3)。在此类3D打印装置中，能够使用半色调来处理内容数据以生成其中用于每个打印位置存在L^k个可能的放电操作的控制指令。

物体数据是表示3D物体的电子数据，人类能够与其交互。照此，物体数据存储对关于3D物体中的多个位置中的每个位置的至少一个物理参数进行表示的数据。物体数据能够与位置的三维阵列相对应，针对与每个位置的光学性质和/或机械性质相对应的每个位置存储至少一个物理参数，使得物体数据表示具有定义的外观和/或机械功能的三维物体。

对于特定3D物体，存在对于3D物体的不同的部分中的位置所涉及的不同的约束。对于此类示例，以通过计算方面高效的方式实现、满足这些约束的方式将物体数据转换为用于3D物体的控制指令，存在挑战。

在本文描述的特定示例处理针对三维物体的接收的物体数据，以确定与三维物体的第一部分相对应的第一数据和与和第一部分分开的(即，不重叠的)三维物体的第二部分相对应的第二数据。取决于物体的性质——例如光学(即，物体的外观)机械性质，不同的半色调技术可以用于第一数据和第二数据。

例如，第一数据可以是与3D物体的壳部分相对应的壳数据，并且第二数据可以是与3D物体的核部分相对应的核数据。壳数据是表示在3D物体的表面附近的位置的3D物体的光学性质和/或机械性质的电子数据，这些位置共同地被称为3D物体的壳部分。核数据是关于远离3D物体的表面的3D物体内的位置(被通称为核部分)的电子数据，以这样的方式3D物体的核部分和3D物体的壳部分分开。壳部分远离3D物体的表面延伸的量可以被预定，并且可以随物体的不同而不同。在特定示例中，壳部分与影响3D物体的表面的外观的3D物体内的位置相对应。可以使用误差扩散半色调来处理壳数据以产生用于3D物体的壳部分的控制指令，以便缓解物体数据与作为不能够精确再现源内容数据的3D打印机的可用的打印操作的结果的打印输出之间的任意差异的影响，并且可以使用矩阵半色调处理核数据以产生用于3D物体的核部分的控制指令。矩阵半色调与误差扩散半色调相比较在计算方面较廉价且快速，而误差扩散半色调提供源物体数据的更准确的表示。以这种方式，与向物体数据的全部应用矩阵半色调相比较，生产出在3D物体的表面具有高级别的空间和可视详情两者的3D物体，同时与向物体数据的全部应用误差扩散半色调相比较，在计算方面还更廉价且更快。

在另一个示例中，物体的核部分可能牵涉被设计为以低重量提供高强度的复杂的布置，而壳部分可以被期望是简单的固体壳。在此类示例中，可以对于核数据使用与壳数据相比在计算方面更昂贵的半色调技术以便维持所产生的三维物体中的核部分的机械性质。

图1示意性地示出了用于将物体数据110转换为用于3D打印机的控制指令的处理流水线的示例100。在该示例100中，物体数据110包括以基于向量的格式接收的三维模型数据，例如，来自STereoLithography“.stl”文件的数据。基于向量的格式表示使用诸如多边形的网格和/或三维形状模型的组合之类的定义的模型几何结构的三维物体。例如，“.stl”文件可以包括三维顶点列表形式的向量表示，以及三角测量的形式或三个顶点之间的关联形式的表面曲面细分。

物体数据110由栅格化器120接收，其在特定示例中以类似于其中二维图象被划分为被称为“像素”的单位区域的方式，来将物体数据110处理为其中通过在本文被称为体素的单位体积的三维阵列来表示3D物体的基于栅格的格式，其中为每个体素提供材料体积覆盖(M-Vo-C或MVoc)表示。在一种情况下，立方体体积可以被用于关于体素的高度、宽度和深度中的每一个的公共值。在特定情况下，可以定义定制单位体积或体素，例如，其中单位体积是非立方体和/或具有不同于彼此的高度、宽度和深度的值(尽管每个体素具有与栅格表示中的其他体素相同的高度、宽度和深度)。在特定情况下，单位体积或体素可以是非标准或定制-定义的三维形状。

在一种情况中，相对于栅格分辨率将单位体积或“体素”对准。例如，考虑其中所接收的物体数据包括通过立方体体积界定的三维物体的模型的简单的情况。在这种情况下，界定体积的x、y和z轴中的每一个可以被划分为单位，例如，界定向量表示的20cm*20cm*20cm体积可以具有2cm/体素的栅格分辨率，其中，每个轴被分成10个分隔并且界定体积被分成1000个体素(10*10*10)。然后基于例如物体数据形式的为三维物体定义的彩色和/或材料性质来为体素的每个单位体积指配材料体积覆盖向量。

如上所述，在特定实施方式中，体素可以具有例如不是常规立方体划分的形式的定制或非标准体积。例如，在一种情况中，x-y分辨率可以不同于z-分辨率，例如，上述界定体积可以被分成具有10*10*25的分辨率的2500个体素。在特定情况下，体素可以基于德洛内曲面细分(Delaunay tessellation)(例如，填充物体的四面体)或任意其他空间填充多面体。在3D打印的环境中，体素可以与打印-分辨率可寻址的位置相对应。

用于体素的材料体积覆盖表示包括材料体积覆盖向量，该材料体积覆盖向量表示可用于产生三维物体的装置的材料和所述材料的组合的概率分布。概率分布涉及材料的所有组合，例如，构建、抛光制剂和粉末，包括单独使用材料、结合使用材料、以及缺乏任意材料。

为了解释材料体积覆盖向量的分量，可以考虑简单的示例。在该简单的示例中，装置被布置为使用两个材料来生成三维物体：M1和M2。这些可以是沉积在基板或台板上的流体构建材料，或者它们可以包括沉积在粉状构建材料的一个或多个层上的两个可沉积有色的制剂。在一种情况中，这些材料可以包括制剂、油墨和粉状构建材料中的至少一个的组合。在一种情况中，材料可以涉及制剂、油墨和粉状构建材料之一和/或可以涉及这些材料的子集。如果装置被布置为例如以二元沉积来沉积离散量的每个材料，则存在四个不同的材料组合状态：在没有M2的情况下沉积M1的第一状态；在没有M1的情况下沉积M2的第二状态；用于沉积M1和M2两者的第三状态，例如，M2被沉积在M1的上方或反之亦然；以及缺乏M1和M2两者的第四状态，例如，“空白”(Z)或者抑制剂。在该情况下，材料体积覆盖向量具有四个向量分量：[M1、M2、M1M2、Z]。栅格表示的每个体素因此具有该形式的材料体积覆盖向量。在最后的向量分量的情况下，“空白”或“Z”可以表示在处理的层中“空的”或者缺乏材料，例如，如果制剂被沉积在构建材料的层上，这可以表示对于处理的层缺乏构建材料，那么纵然直到完整的物体已经产生，也不可以移除构建材料。

这可以与使材料比例与每个体素相关联的比较的方法形成对比。在这些比较的方法中，对于每个体素定义材料M1和M2中的每一个的百分比，例如，[M1、M2]，其中，向量被归一化为1(范围为0-1)或100％(范围为百分数)。在该比较情况中，不考虑M1和M2的组合，也不考虑两种材料的缺乏。照此，这些比较的方法不考虑材料组合；在不考虑材料组合的情况下，定义的材料比例不能被线性地组合并且呈现使处理有问题的非线性。另外地，材料组合的定义和使用提供对所使用的材料的更准确的且精确的控制。例如，可以使用多个材料体积覆盖向量值(例如，M1、M2和M1M2的各种组合)来控制对于体素定义的关于材料M1和M2中的每一个的给定百分比的特定值——例如，[M1＝0.5,M2＝0.5]。定义任意材料的缺乏(“Z”)作为特定材料组合也进一步促进该控制。

更一般地说，对于具有k个可用的材料和关于所述材料的L个离散的沉积状态的装置，材料体积覆盖向量包括L^k个向量分量，每个向量分量表示可用的材料/沉积状态组合，包括任意材料的单独的和结合的使用以及缺乏。或换句话说，材料体积覆盖向量的向量分量表示可用于装置的所有材料和它们的组合，它们是可用于装置的可能的构建或沉积状态的枚举。这些状态是在本文讨论的“材料原色”。照此，材料体积覆盖向量具有表示这些状态的维度并且包含与每个状态相关联的体积覆盖(例如，概率)。或换句话说，材料体积覆盖向量(MVoc)包括材料原色的加权的组合或概率。这与具有k个向量分量的以上讨论的比较的方法形成对比。能够看出，当多个材料可用于多个产生构建状态时，本示例和比较的方法快速地偏离；材料体积覆盖空间远大于比较材料表示空间。材料体积覆盖向量的向量分量表示可用于装置的所有材料和它们的组合。除其他之外，这些材料可以包括以下的任意组合：不同的构建材料、不同的粘合剂、不同的材料性质改性剂、不同的构建粉末、不同的制剂、不同的环氧和不同的油墨。当与比较的方法相比时，这提供另一个区别：可用于装置的任意材料可以被包括在材料体积覆盖向量中，例如，这不需要受限于可用的有色的构建材料。在一种情况中，取决于实施方式，“可用的材料”可以是材料的选择的子集，例如，可以包括用于特定产生运行的活性的或可沉积的材料。

在图1的示例中，由栅格化器120输出的数据被输入到体积分离器130，该体积分离器130以下文中将更详细地描述的方式来处理由栅格化器120输出的数据，以确定与三维物体的壳部分相对应的壳数据以及与三维物体的核部分相对应的核数据。体积分离器130将壳数据输出到误差扩散半色调器140，该误差扩散半色调器140向壳数据应用误差扩散半色调以生成使3D打印机产生3D物体的壳部分的控制指令。体积分离器130将核数据输出到矩阵半色调器，该矩阵半色调器向核数据应用矩阵半色调以生成使3D打印机产生3D物体的核部分的控制指令。由误差扩散半色调器140输出的控制指令和由矩阵半色调器150输出的控制指令然后被输入到控制数据生成器160以生成使3D打印机再现3D物体的控制指令。

在特定示例中，由处理流水线100执行的处理操作被分布在至少两个设备上。例如，可以在相对于实施体积分离器130、误差扩散半色调器140、矩阵半色调器150以及控制数据生成器160的设备是远程的设备中实施由栅格化器120执行的处理的至少一部分。

图2示出了被布置为产生三维物体260的装置200的示例。装置200被布置为接收三维物体的数据210。装置200包括生产控制器220以及存储器230。生产控制器220可以包括形式为嵌入计算设备的一部分的一个或多个处理器，例如，该一个或多个处理器适配为用于控制增材制造系统。存储器230可以包括被布置为例如以固件的形式存储计算机程序代码的易失性和/或非易失性存储器(例如，非暂时性存储介质)。生产控制器220通信地耦合到被布置为构造三维物体的装置的方面。这些包括构建机构230以及供应机构240、245。在图2的示意性示例中，供应机构240、245包括两个组件：用于第一材料(例如，如以上讨论的构建材料M1)的供应的第一组件240以及用于第二材料(例如，如以上讨论的构建材料M2)的供应的第二组件245。在该示例中，为了易于解释而存在两种材料，但是可以供应任意数量的材料。构建机构230被布置为沉积来自材料组份的集合的一个或多个材料组份的组合以产生三维物体260。在图2的示例中，逐层地将三维物体260构建在台板250上。图2中示出的方面和组件的布置不进行限制；每个装置的精确的布置将根据被实施的产生技术和装置的模型而改变。

在图2的示例中，生产控制器220被配置为处理和/或以另外方式使用数据210以对构建机构230和供应机构240、245中的一个或多个进行控制。在一种实施方式中，装置200可以被布置为使用分别由供应机构240、245的组件所供应的聚结剂以及聚结改性剂制剂。这些制剂允许三维物体具有改变的材料性质。它们形成材料体积覆盖向量的“材料”的一部分。它们可以与例如使用喷墨机机构被施加到沉积的粉末层的一个或多个有色的构建材料组合，以生成具有改变的材料性质的多色物体。构建材料还形成材料体积覆盖向量的“材料”的一部分。可以通过将至少聚结剂和聚结改性剂制剂沉积在构建材料的层(例如，形成z平面切片的粉末或其他材料的层)上、接着施加能量(例如，红外线或紫外线光)以使材料粘结来构造生成的物体。例如，构建机构230和供应机构240、245中的一个或多个可以是例如，在x、y和z方向(其中，y轴进入到图2的薄板中)中的一个或多个上相对于台板250可移动的。构建机构230、供应机构240、245和台板250中的一个或多个可以是在生产控制器220的控制之下可移动的以便实现这一点。另外地，油墨中的一个或多个也可以被沉积在固化和/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。在其他实施方式中，装置可以包括选择性激光器烧结系统、立体平版印刷系统、喷墨机系统、熔化沉积建模系统、任意三维打印系统、喷墨机沉积系统和分层物体制造系统以及其他系统的一部分。这些包括可以使用的直接地沉积构建材料的装置，而不是使用各种制剂的所描述的那些。

在一种情况下，生产控制器220被配置为接收由图1中示出的处理流水线输出的控制数据。例如，图1中示出的流水线100可以位于可通信地耦合到装置200的计算机设备上。图1中示出的流水线100可以进一步位于在空间和时间中的一个或多个上分开的单独的计算设备上，例如，可以通过远程服务器设备(例如，托管或“云”计算服务)来实施栅格化器120，并且可以通过与装置200进行通信的本地个人计算机或移动设备(或任意相关联的组合)来实施控制数据生成器160。

在另一种情况下，可以通过生产控制器220来实施图1中示出的流水线100；例如，数据210可以包括物体数据110或材料体积覆盖表示其中之一。这可以是被布置为例如通过物理传递和/或通过网络接收物体数据110并且相应地产生物体的“独立”的装置的情况。在一种情况下，数据接口——例如，硬件和控制程序代码的任意组合可以被布置为充当用于接收三维物体的材料体积覆盖表示的接收器。

如图3中所示的，流水线100在300开始，通过在310处理物体数据以确定壳数据和核数据来处理所接收的物体数据。所接收的物体数据包括在特定示例中经由纹理映射或与表面网格相关联的色彩所提供的表面色彩信息。壳数据可以与壳部分相对应，该壳部分与位于3D物体的表面的先前定义的距离内的3D物体内的位置相对应。该预定义的距离可以与实现完全不透明的距离相对应；换句话说壳部分的外部的位置基本上不影响3D物体的表面的外观。照此，取决于所使用的构建材料，预定义的距离将对于不同的3D打印机是不同的。构建材料越透明，预定义的距离就越大。如果构建材料完全地不透明，则预定义的距离能够与在3D打印机的打印分辨率的一个体素相对应。

在特定示例中，如图4中所示，流水线100通过在400计算3D物体的低分辨率二元栅格化来识别关于栅格化物体数据的壳数据，其中关于每个低分辨率体素的值指示在该体素中3D物体的存在或不存在。为了易于处理，该二元栅格化的分辨率可以是3D打印机的多个打印分辨率。在410，流水线然后利用与给定半径(其中在空心部分中的值为零并且在球状体的表面部分中值为一)的空心球状体相对应的卷积核应用卷积滤波器。在笛卡尔坐标中，如果在x、y和z方向上半径是相同的，那么球状体是球体。在x、y和z方向上的半径可以与在x、y和z方向上的3D打印机的打印分辨率一致(例如，如果打印分辨率是在x和y方向上1200dpi(大致每cm475点)和在z方向上300dpi(大致每cm120点)，那么可以在z-方向上以系数4压扁球状体)。

应用卷积滤波器的结果是连续色调3D物体数据，其中对于卷积核(即，球状体)完全在物体的外部的所有位置的值是零，对于卷积核完全在3D物体内的所有位置是值‘max_kernel’(等于卷积核的所有非零值之和)，并且对于所有其它位置的值是零和max_kernal之间的值。流水线100然后在420对连续色调3D物体数据执行阈值操作以生成阈值数据。在该阈值操作中，例如小于max-kernel的一半的值被设置为零并且剩余值被设置为一。结果得到的阈值数据然后在430被放大到3D打印机的打印分辨率。该放大后的数据在与壳部分相对应的位置具有非零值，并且壳数据相应地包括关于在栅格化物体数据内的对应的位置的数据。因此，流水线100能够根据放大后的数据在440识别壳数据。替换地，连续色调3D物体数据可以在AND运算中与原始物体数据的二元版本相比较(即，形成具有与具有被设置为值1的非零值的原始物体数据中的位置和被设置为0的所有其它位置相对应的位置的栅格)以识别壳部分。

其他技术能够用于识别壳数据。例如，如果物体是凸面的，那么能够使用朝向物体质心的简单的缩放，其中使用作为相对于初始顶点到质心的距离的壳厚度的倒数的缩放系数向每个顶点应用缩放。替换地，也能够通过对于每个体素分析在该体素的预定义的距离内的体素，并且如果在预定义的距离内存在“外部”空体素(即，具有零值的体素)则把体素分类在表面部分中并且如果在预定义的距离内不存在“外部”空体素则把在内体素分类在核部分中，来采用蛮力计算法来计算壳。在另一种替换方式中，如果存在定义表面的纹理映射的曲面细分网格，那么该网格能够用于把网格的预定的距离内的位置识别为处于表面部分中。

壳厚度可以取决于表面处的体素的Mvoc向量而是可变的，以便提供具有壳部分的最小厚度的恒定不透明度。替换地，可以基于局部特征的维度来局部地确定壳厚度，使得相比更大的特征，用于更小的特征的壳部分更小。

返回到图3，在得出表面数据和核数据之后，在320流水线使用误差扩散半色调对表面数据进行半色调，并且在330使用矩阵半色调对核数据进行半色调。将理解的是，执行这些半色调操作的顺序是不重要的。

误差扩散半色调牵涉考虑由对相邻的体素执行的半色调操作所引起的误差来确定用于体素的半色调值。照此，误差扩散半色调发生显著的处理负载。许多不同的误差扩散半色调技术是已知的并且能够被应用。在示例中，使用3D多尺度误差扩散(3MED)半色调技术，其利用多尺度误差表示来跟踪独立的体素和包括体素组的更大的区域的误差。能够借助于“误差八叉树”来实现该误差追踪，该“误差八叉树”以最高的分辨率存储体素级别误差，并且存储超体素中存储的更低分辨率的误差之和。误差可以以连接、路径形成的方式扩散，路径被局部地约束或全局地约束。其最简单的形式的误差是在体素的期望Mvoc(Mvec的加权/概率组合)与从Mvoc中选择的Mvec之间的差——误差是已经安置了Mvec的概率的补数(即，如果其概率是0.3并且其被安置，实际上得到1的概率，对于该Mvec误差是-0.7)。

相比之下，矩阵半色调牵涉将用于每个体素的MVoc向量与阈值矩阵中的对应值相比较，以确定将被执行的打印操作。照此，与误差扩散半色调相比，矩阵半色调牵涉显著较少的处理。阈值矩阵可以包括诸如白噪声或蓝噪声之类的分散点类型图案，或者诸如绿色噪声、如AM屏幕图案之类的成群点类型，或者其它。在特定情况下，可以使用误差扩散而非阈值矩阵，或者可以使用误差扩散以及阈值矩阵。在一种情况下，矩阵半色调可以包括阈值操作，由此将来自阈值矩阵的值与通过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每个具有33％的值的三个分量，则可以生成具有三个区间[0-33％、33％-66％、66％-100％]的累积分布。在这种情况下，如果来自阈值矩阵的阈值具有落入第一范围[0-33％]的值，那么输出用于沉积第一材料或材料组合的指令。类似地，如果来自阈值矩阵的阈值具有落入第二范围[33-66％]的值，那么输出用于沉积第二材料或材料组合的指令，并且如果来自阈值矩阵的阈值具有落入第三范围[66-100％]的值，那么输出用于沉积第三材料或材料组合的指令。在这种情况下，阈值矩阵被配置为提供阈值的均一的(尽管不是规则的)分布，并且照此在区域或体积的特定的33％的区域或体积上将具有三个分量中的每个分量。

可以例如基于切片或者对于材料体积覆盖表示的全部三个维度应用误差扩散半色调和矩阵半色调两者。对于矩阵半色调，前面的情况可以包括例如在二维中每切片应用阈值矩阵，并且后者情况可以包括在三维中应用三维阈值矩阵，例如，三维操作。

半色调操作的结果是包括使装置产生三维物体的指令集合的控制数据。例如，如果存在可以在三维中以二元方式在一系列可寻址的位置中沉积的两个可用的材料——M1和M2，则指令可以包括在产生的分辨率的体素和以下阵列中的一个：[0、0]-空白；[1、0]-沉积M1；[0、1]-沉积M2；以及[1、1]-沉积M1和M2。通过组合误差扩散半色调和矩阵半色调的结果来产生使装置产生3D物体的控制指令，流水线100在340结束处理。通常，把以基于向量的格式编码的三维物体的内部解释为实体。在特定示例中，设计者可能想要指定三维物体的部分或全部的内部具有满足一个或多个条件的晶格结构。例如，设计者可能希望指定将被应用于模型的部分或全部的晶格尺寸或形状以控制三维物体的机械性质。此类机械性质可以包括抗拉强度、重量、重心和形心中的一个或多个。例如，能够通过为三维物体的不同的部分指定不同的晶格密度来控制重心和形心。能够使用结构半色调来实现这一点，其中根据结构阈值矩阵来确定用于核部分的至少一部分的晶格结构。例如，可以在三维物体的内部的所有或一部分的物体数据中指定多个晶格目录中的一个，其中每个晶格索引具有相关联的阈值矩阵，使得结合相关联的三维阈值矩阵的每个晶格索引表示三维物体的对应的体积的晶格结构。以这种方式，能够使用根据晶格索引所确定的阈值矩阵来处理核数据以生成用于产生三维物体的核部分的控制指令。在此类布置中，实体部分可以被定位在壳部分和具有晶格结构的核部分之间，以便改善壳部分和核部分之间的粘附性。如在本文所描述的术语“晶格”指的是生产材料在三个维度中的布置，例如，这可以是构成将被产生的三维物体的特定子结构的有规则重复的布置。这可以覆盖利用在密度和频率中的至少一个方面变化的拼块、重复的多面体和/或子结构重复的布置。以这样的方式，示例可以包括：材料的条带的规则的交叉；具有改变的厚度的(子)-结构壁；以及线圈类型结构(包括改变的厚度以及由此弹性的那些)以及其他结构。可以在三个维度中的至少一个维度的任意方向上重复结构或子结构。重复的频率可以在三个维度中的至少一个维度的任意方向上改变。

如上所述，向与3D物体的第一部分相对应的第一数据应用第一半色调技术，并且向与3D物体的第二部分相对应的第二数据应用第二半色调技术。取决于物体性质，能够从所有可用的半色调技术——例如，具有不同的处理成本的两个不同的误差扩散半色调技术中选择第一和第二半色调技术。

可以通过可储存在非暂时性存储介质上的计算机程序代码来实施在本文描述的特定系统组件和方法。图5示出包括被布置为从计算机可读存储介质520调取数据的至少一个处理器510的打印控制系统500的示例。计算机可读存储介质520包括存储在其上的计算机可读指令的集合。计算机可读指令的集合被布置为使至少一个处理器执行一系列动作。指令530被布置为处理与三维物体相对应的物体数据以确定与三维物体的第一部分相对应的第一数据和与三维物体的第二部分相对应的第二数据。指令540被布置为使用第一半色调技术对第一数据进行处理以生成使装置产生三维物体的第一部分的控制指令。指令550被布置为使用第二半色调技术对第二数据进行处理以生成使装置产生三维物体的第二部分的控制指令。

可以通过包括被布置为从计算机可读存储介质调取数据的至少一个处理器的控制系统来实施计算机程序代码。控制系统可以包括诸如增材制造系统之类的物体产生系统的一部分。计算机可读存储介质可以包括存储在其上的计算机可读指令的集合。至少一个处理器可以被配置为将指令加载到存储器中用于处理。指令被布置为使至少一个处理器执行一系列动作。非暂时性存储介质能够是能够包含、存储，或者维持供指令执行系统使用或与其结合的程序和数据的任意介质。机器可读介质能够包括许多物理介质中的任意一个，诸如像电子、磁性、光学、电磁，或半导体介质。适当的机器可读介质的更多特定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)、可擦除可编程序只读存储器，或者便携式磁盘。

已经给出在前的描述以仅仅用于说明和描述所描述的原理的示例。本说明书并不意图是穷尽性的或者将这些原理限制到所公开的任意精确形式。根据以上教导，许多修改和变化是可能的。例如通过应用该公开的有关的部分可以在其他所描述的示例中使用关于一个示例所描述的技术、功能和方法。

Claims

1.一种对用于装置的物体数据进行处理的方法，所述装置被布置为产生三维物体，所述方法包括：

接收三维物体的物体数据；

处理所述物体数据以确定第一数据和第二数据，所述第一数据对应于所述三维物体的壳部分，所述第二数据对应于与所述三维物体的所述壳部分分开的所述三维物体的核部分；并且

使用误差扩散半色调对所述第一数据进行半色调，以生成使所述装置产生所述三维物体的所述壳部分的控制指令；

使用矩阵半色调对所述第二数据进行半色调，以生成使所述装置产生所述三维物体的所述核部分的控制指令。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述壳部分具有预定的厚度。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述物体数据的处理包括：

生成用于所述三维物体的低分辨率二元栅格化；

利用与预定维度的空心球状体相对应的三维内核滤波器对所述低分辨率二元栅格化进行卷积，以生成连续色调三维边缘数据；

对所述连续色调三维边缘数据执行阈值操作，以生成二元边缘数据；并且

使用至少一个缩放系数将所述二元边缘数据放大到与用于生成所述三维物体的打印机相关联的分辨率，其中，放大后的边缘数据指示所述三维物体的表面部分，

其中，所述球状体的预定维度和所述至少一个缩放系数根据所述预定的厚度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述误差扩散半色调包括：利用多尺度误差表示来跟踪独立的体素和包括体素组的更大的区域的误差。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述矩阵半色调包括结构半色调，在所述结构半色调中，根据结构阈值矩阵来确定用于所述核部分的至少一部分的晶格结构。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括处理所述物体数据以生成所述三维物体的材料体积覆盖表示，

其中，所述材料体积覆盖表示包括形成所述三维物体的一部分的至少一个相应的体积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可用于所述装置以产生所述三维物体的材料的概率分布，所述概率分布涉及所述材料的所有组合，该材料的所有组合包括单独使用材料、结合使用材料、以及缺乏任意材料。

7.一种被布置为生成用于产生三维物体的控制数据的装置，所述装置包括：

接收表示三维物体的物体数据的数据接口；

物体数据处理器，被布置为处理所述物体数据以确定第一数据和第二数据，所述第一数据对应于所述三维物体的壳部分，所述第二数据对应于与所述壳部分分开的所述三维物体的核部分；以及

第一半色调器，被布置为使用误差扩散半色调对所述第一数据进行处理，以生成使所述装置产生所述三维物体的所述壳部分的控制指令；以及

第二半色调器，被布置为使用矩阵半色调对所述第二数据进行处理，以生成使所述装置产生所述三维物体的所述核部分的控制指令。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述物体数据包括表面色彩数据。

9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述物体处理器被布置为：

生成用于所述三维物体的低分辨率二元栅格化；

利用与预定维度的球体相对应的三维内核滤波器对所述低分辨率二元栅格化进行卷积，以生成连续色调三维边缘数据；

其中，所述球状体的预定维度和所述至少一个缩放系数根据所述壳部分的预定的厚度。

10.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第一半色调器被布置为执行误差扩散半色调，所述误差扩散半色调利用多尺度误差表示来跟踪独立的体素和包括体素组的更大的区域的误差。

11.根据权利要求7所述的装置，其中，所述第二半色调器被布置为执行结构半色调，在所述结构半色调中，根据结构阈值矩阵来确定用于所述核部分的至少一部分的晶格结构。

12.根据权利要求7所述的装置，其中，所述物体处理器被布置为：处理所述物体数据以生成所述三维物体的材料体积覆盖表示，

13.一种非暂时性计算机可读存储介质，包括存储在所述计算机可读存储介质上的计算机可读指令的集合，当所述计算机可读指令由处理器执行时，使所述处理器：

处理与三维物体相对应的物体数据，以确定第一数据和第二数据，所述第一数据对应于所述三维物体的壳部分，所述第二数据对应于与所述壳部分分开的所述三维物体的核部分；

使用误差扩散半色调对所述第一数据进行半色调，以生成使三维打印机产生所述三维物体的所述壳部分的控制指令；并且

使用矩阵半色调对所述第二数据进行半色调，以生成使所述三维打印机产生所述三维物体的所述核部分的控制指令。