CN108115940A - 一种基于vr建模的3d打印成型方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于VR建模的3D打印成型方法及系统，所述方法包括：获取用户在VR建模环境下创建的三维模型成型模式；在三维模型成型模式的基础上生成用于进行定位的立体栅格线；获取用户的动作，根据所生成的立体栅格线，对用户的动作进行定位并构建三维模型；通过3D打印机对三维模型进行打印，得到立体的三维实体。系统包括：三维模型成型模式生成装置，用于获取用户在VR建模环境下创建的三维模型成型模式，生成三维模型成型模式；三维模型构建装置，用于获取用户的动作，根据所生成的立体栅格线，对用户的动作进行定位并构建三维模型；3D打印机，用于对三维模型进行打印，得到立体的三维实体。用户在VR设备中雕塑后3D打印出来，方便快捷。

Description

一种基于VR建模的3D打印成型方法及系统

技术领域

本发明涉及3D打印的技术领域，尤其涉及一种基于VR建模的3D打印成型方法及系统。

背景技术

雕塑是常见的艺术形式，学生或者艺术工作者在进行雕塑创作的过程中，使用各种可塑材料（如石膏、粘土等）或可雕、可刻的硬质材料（如木材、石材或金属等），通过雕、刻减少可雕性物质材料，塑则通过堆增可塑物质性材料，创作雕塑作品，来达到艺术创造的目的。

现有的雕塑创作具有一下两个问题：

问题一：雕塑的创作过程，往往具有不可逆性，一旦雕、刻或塑的效果不理想，比如刻得太深，则无法撤回重来；这个技术问题增加了学生学习雕塑的难度，艺术工作者在创作过程中的废品率也会增加。

问题二：使用可塑材料雕塑所产生的粘土石膏等会污染工作环境，使用硬质材料雕塑产生的碎屑不利于创作者的呼吸健康；这个技术问题使得雕塑艺术无法普及，想要尝试雕塑创作的人没有专门的工作室便无法开展雕塑创作，同时，即使拥有工作室，雕塑过程也会使得工作室环境恶劣，不利于创作者身体健康。

近年来，虚拟现实技术（VR）以及3D打印技术越来越成熟，通过构建3D模型进行打印已经非常方便、快捷能够实现，如果用户能够通过虚拟现实技术进行虚拟现实雕刻生成三维模型，之后再通过3D打印技术对三维模型进行打印，则可以同时解决上述两个问题：虚拟现实技术雕刻使得雕塑过程可逆，从而解决问题一所述的问题，3D打印技术杜绝了雕塑作品的生成对环境的污染，解决了问题二所述的问题。然而现有技术中还没有技术方案，能够实现这个构想。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于VR建模的3D打印成型方法及系统，旨在解决现有技术中的无法通过VR及3D打印技术创造雕塑作品的问题。

本发明为实现上述目的，具体技术方案如下：

一种基于VR建模的3D打印成型方法，其中，所述方法包括：

获取用户在VR建模环境下创建的三维模型成型模式，生成三维模型成型模式；

在三维模型成型模式的基础上生成用于进行定位的立体栅格线；

获取用户的动作，根据所生成的立体栅格线，对用户的动作进行定位并构建三维模型；

通过3D打印机对三维模型进行打印，得到立体的三维实体。

所述的基于VR建模的3D打印成型方法，其中，所述获取用户在VR建模环境下创建的三维模型成型模式，生成三维模型成型模式的步骤中包括：

获取用户选择的三维形状参数，在系统中生成三维形状模型；

获取用户选择的三维结构参数，在系统中生成三维结构模型；

根据三维形状模型和三维结构模型，在系统中生成三维模型成型模式。

所述的基于VR建模的3D打印成型方法，其中，所述获取用户在VR建模环境下创建的三维模型成型模式，生成三维模型成型模式的步骤中包括：

获取用户自定义的三维形状参数，在系统中生成三维形状模型；

获取用户自定义的三维结构参数，在系统中生成三维结构模型；

根据三维形状模型和三维结构模型，在系统中生成三维模型成型模式。

所述的基于VR建模的3D打印成型方法，其中，所述在三维模型成型模式的基础上生成用于进行定位的立体栅格线的步骤中包括：

获取三维模型成型模式的三维轮廓；

根据所获取的三维轮廓，生成包围三维轮廓的表面多边形，所述表面多边形以直线为单位，通过栅格点连接；

对每个栅格点分配坐标，形成栅格点坐标系，生成用于进行定位的立体栅格线。

所述的基于VR建模的3D打印成型方法，其中，所述获取用户的动作，根据所生成的立体栅格线，对用户的动作进行定位并构建三维模型的步骤中包括：

获取用户的动作在三维空间中形成的轨迹；

将所获取的轨迹与栅格点坐标系进行拟合实现动作定位；

立体栅格线根据拟合的结果形变，构建出三维模型。

一种基于VR建模的3D打印成型系统，其中，所述系统包括：

三维模型成型模式生成装置，用于获取用户在VR建模环境下创建的三维模型成型模式，生成三维模型成型模式并自动生成立体栅格线；

三维模型构建装置，用于获取用户的动作，根据所生成的立体栅格线，对用户的动作进行定位并构建三维模型；

3D打印机，用于对三维模型进行打印，得到立体的三维实体。

所述的基于VR建模的3D打印成型系统，其中，所述三维模型成型模式生成装置具体包括：

三维形状模型生成装置，用于获取用户选择的三维形状参数，在系统中生成三维形状模型；

三维结构模型生成装置，用于获取用户选择的三维结构参数，在系统中生成三维结构模型；

三维模型成型模式整合装置，用于根据三维形状模型和三维结构模型，在系统中生成三维模型成型模式。

所述的基于VR建模的3D打印成型系统，其中，所述三维模型构建装置具体包括：

VR建模装置，用于生成虚拟现实的三维模型成型模式，生成立体栅格线，并获取用户的动作；

三维模型生成装置，用于结合立体栅格线与用户动作，构建三维模型。

综上所述，本发明提供一种基于VR建模的3D打印成型方法及系统，所述方法包括：获取用户在VR建模环境下创建的三维模型成型模式，生成三维模型成型模式；在三维模型成型模式的基础上生成用于进行定位的立体栅格线；获取用户的动作，根据所生成的立体栅格线，对用户的动作进行定位并构建三维模型；通过3D打印机对三维模型进行打印，得到立体的三维实体。所述系统包括：三维模型成型模式生成装置，用于获取用户在VR建模环境下创建的三维模型成型模式，生成三维模型成型模式；三维模型构建装置，用于获取用户的动作，根据所生成的立体栅格线，对用户的动作进行定位并构建三维模型；3D打印机，用于对三维模型进行打印，得到立体的三维实体。用户在VR设备中雕塑后3D打印出来，方便快捷。

附图说明

图1为本发明的基于VR建模的3D打印成型方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供一种基于VR建模的3D打印成型方法及系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为本发明的基于VR建模的3D打印成型方法的流程图。如图所述，一种基于VR建模的3D打印成型方法及系统，其中，所述方法包括步骤A-D。

图1中步骤A包括，获取用户在VR建模环境下创建的三维模型成型模式，生成三维模型成型模式。所述VR建模环境，是通过VR建模装置搭建的环境，所述VR建模装置具体包括VR眼镜、VR手套、VR手柄、位置传感器以及控制电脑，其中，VR眼镜用于呈现虚拟现实环境，用户戴上VR眼镜后即可看到VR建模的操作界面，用户佩戴VR手套，持握VR手柄，VR手套及VR手柄设置有多个传感单元，位置传感器能够对VR手套及VR手柄的运动进行识别，从而获取用户的动作，位置传感器将用户动作在三维空间内划出的轨迹数据传送给控制电脑，控制电脑将轨迹数据发送给VR眼镜，使得用户的动作划出的轨迹在VR建模的操作界面中呈现。用户通过佩戴VR手套、持握VR手柄，按照上述工作方式在VR建模的操作界面中创建三维模型成型模式数据发送给三维模型构建装置，生成三维模型成型模式。为后续的虚拟现实雕刻进行准备，相当于创建一个雕塑创作过程中初始的泥胚。

图1中步骤B包括，在三维模型成型模式的基础上生成用于进行定位的立体栅格线。用户创建三维模型成型模式后，控制电脑自动根据三维模型成型模式生成立体栅格线，立体栅格线的形状与步骤A中用户设定的三维模型成型模式具有相同的形状，主要功能是对后续用户的动作进行定位。

图1中步骤C包括，获取用户的动作，根据所生成的立体栅格线，对用户的动作进行定位并构建三维模型。具体工作时，用户通过VR手套可以旋转三维模型成型模式的方向，通过VR手柄对三维模型成型模式进行虚拟现实雕刻，位置传感器对VR手套和VR手柄进行位置感知，将运动的轨迹数据传输给控制电脑，实现了上述过程，位置传感器将轨迹数据实时传递给控制电脑，控制电脑接收轨迹数据后发送给三维模型构建装置与立体栅格线拟合，立体栅格线根据轨迹数据发生形变，三维模型成型模式的形状始终保持与立体栅格线相同，从而实现三维模型成型模式根据用户的雕刻运动改变形状，生成三维模型。上述用户动作即是用户通过VR设备进行雕刻的动作，立体栅格线对雕刻动作进行定位后三维模型成型模式相应地发生形变，步骤C是用户进行虚拟现实雕刻的过程。

图1中步骤D包括，通过3D打印机对三维模型进行打印，得到立体的三维实体。对通过VR建模得到的用户通过虚拟现实雕刻技术雕刻的的三维模型，并通过3D打印机对得到的三维模型进行打印，得到富有美感的艺术作品。

在整个3D打印成型的过程中，用户只需在VR建模环境中操作，创建三维模型成型模式，之后通过VR设备对三维模型成型模式进行虚拟现实雕刻，在用户虚拟现实雕刻的过程中，立体栅格线会定位用户的动作，使得三维模型成型模式发生相应的形变，最后得到用户满意的三维模型后进行3D打印，用户在虚拟现实雕刻的过程中，雕塑中间过程可撤销，当觉得某一笔雕刻不满意时，可以撤回重来，增强了雕塑创作的效率，大大提升了便捷性和容错率；同时，对形成的三维模型进行3D打印，避免了雕塑创作对环境的污染。

所述步骤A具体包括A1-A3。

A1、获取用户在VR建模数据库中选择的三维形状参数，在系统中生成三维形状模型。在具体实施过程中，三维形状参数包括但不限于，具有一定厚度的平面圆形、具有一定厚度的平面椭圆、具有一定厚度的平面三角形、具有一定厚度的平面梯形、具有一定厚度的正方形、具有一定厚度的长方形、具有一定厚度的五边形、具有一定厚度的六边形等三维基础模型，还可以是球形、椭球型、正四面体、正方体、长方体等三维基础模型。用户在进行选择时，可选择三维形状参数中的一个三维基础模型或多个三维基础模型的组合，系统根据用户所选择的一个或多个三维基础模型，得到三维形状模型。

A2、获取用户在VR建模数据库中选择的三维结构参数，在系统中生成三维结构模型。在具体的实施过程中，三维结构参数即是多个三维基础模型在构建三维模型中的空间排列参数，具体的，三维结构参数包括但不限于，平行堆叠、竖直堆叠、倾斜堆叠、平面堆叠、圆柱形螺旋堆叠、圆锥形螺旋堆叠等三维堆叠形式，用户在进行选择是，可选择三维结构参数中的一个三维堆叠形式或多个三维堆叠形式的组合，系统根据用户所选择的一个或多个三维堆叠形式，得到三维结构模型。

A3、根据三维形状模型和三维结构模型，在系统中生成三维模型成型模式。系统根据用户的选择，分别构建得到三维形状模型和三维结构模型，结合三维形状模型和三维结构模型，在系统中生成三维模型成型模式。

进一步地，当用户对现有的三维形状参数和三维结构参数不满意时，可以执行步骤步骤A4-A6，对三维模型成型模式进行自定义设置。

A4、获取用户自定义的三维形状参数，在系统中生成三维形状模型。在具体实施过程中，用户使用VR手套及VR手柄，在VR建模环境下绘制三维形状模型，位置传感器检测VR手套及VR手柄的运动轨迹，得到绘制数据，位置传感器将绘制数据发送给控制电脑，控制电脑生产三维形状模型在VR眼镜上显示。

A5、获取用户自定义的三维结构参数，在系统中生成三维结构模型。在具体实施过程中，用户使用VR手套及VR手柄，在VR建模环境对三维形状模型进行拖动和缩放的操作，位置传感器检测VR手套及VR手柄的运动轨迹，得到结构数据，位置传感器将结构数据发送给控制电脑，控制电脑生产三维结构模型。

A6、根据三维形状模型和三维结构模型，在系统中生成三维模型成型模式。系统根据用户的自定义，分别构建得到三维形状模型和三维结构模型，结合三维形状模型和三维结构模型，在系统中生成三维模型成型模式。

所述步骤B具体包括B1-B3。

B1、获取三维模型成型模式的三维轮廓。控制电脑获取三维成型模式的三维轮廓，为后续生成立体栅格线打下基础。

B2、根据所获取的三维轮廓，生成包围三维轮廓的表面多边形，所述表面多边形以直线为单位，通过栅格点连接。实际工作时，控制电脑在三维轮廓的表面上自动生成多个用于定位的栅格点，栅格点之间通过直线连接，后期当轨迹数据在拟合过程中与所述直线接触时，直线带动栅格点发生相应运动产生形变。

B3、对每个栅格点分配坐标，形成栅格点坐标系，生成用于进行定位的立体栅格线。每个栅格点所分配到的坐标都储存在控制电脑中，所有栅格点的坐标汇总在一起，形成栅格点坐标系，后续轨迹数据与栅格点坐标系拟合时，轨迹数据的一点与一个栅格点相交，控制电脑提取该栅格点的坐标系，即可获取轨迹数据中该点的坐标，从而对轨迹数据进行定位。

结合上述的基于语音识别的3D打印成型的方法，本发明还提供一种基于语音识别的3D打印成型的系统，其中，所述系统包括：

三维模型成型模式生成装置，用于获取用户在VR建模环境下创建的三维模型成型模式，生成三维模型成型模式；

所述步骤C具体包括C1-C3。

C1、获取用户的动作在三维空间中形成的轨迹，具体工作时，用户使用VR手套和VR手柄在VR建模环境中进行创作，位置传感器对VR手套和VR手柄进行位置感知，将VR手套和VR手柄运动的轨迹数据传输给控制电脑。

C2、将所获取的轨迹与栅格点坐标系进行拟合实现动作定位。轨迹数据与栅格点坐标系拟合时，轨迹数据的一点与一个栅格点相交，控制电脑提取该栅格点的坐标系，即可获取轨迹数据中该点的坐标，从而对轨迹数据进行定位，重复上述工作过程，对轨迹数据上的没一点进行定位操作，从而获取到轨迹数据上每一点的坐标数据。

C3、立体栅格线根据拟合的结果形变，构建出三维模型。实际工作中，当轨迹数据在拟合过程中与栅格点间的直线接触时，直线带动栅格点发生相应运动产生形变，从而使得立体栅格线根据用户的动作产生形变，三维成型模式的形状与立体栅格线的形状保持一致，从而得到三维模型。

本发明还提供一种基于VR建模的3D打印成型系统，所述系统包括

三维模型构建装置，用于获取用户在VR建模环境下创建的三维模型成型模式，生成三维模型成型模式并自动生成立体栅格线；

三维模型构建装置，用于获取用户的动作，根据所生成的立体栅格线，对用户的动作进行定位并构建三维模型；

3D打印机，用于对三维模型进行打印，得到立体的三维实体。

更具体的实施方式中，所述三维模型成型模式生成装置具体包括：

三维形状模型生成装置，用于获取用户创建的三维形状参数，在系统中生成三维形状模型；

三维结构模型生成装置，用于获取用户创建的三维结构参数，在系统中生成三维结构模型；

三维模型成型模式整合装置，用于根据三维形状模型和三维结构模型，在系统中生成三维模型成型模式。

更具体的实施方式中，所述三维模型构建装置具体包括：

VR建模装置，用于生成虚拟现实的三维模型成型模式，生成立体栅格线，并获取用户的动作；具体工作中，VR建模装置包括VR眼镜、VR手套、VR手柄、位置传感器以及控制电脑，VR手套与VR手柄上设置有多组定位传感器，用户使用VR手套与VR手柄进行创作的过程中，位置传感器定位VR手套与VR手柄的运动轨迹实现对用户动作的捕捉，实现用户动作的获取，三维模型成型模式生成装置将三维模型成型模式储存在控制电脑中，控制电脑根据三维模型成型模式自动生成立体栅格线。

三维模型生成装置，用于结合立体栅格线与用户动作，构建三维模型。综上所述，本发明提供了一种基于VR建模的3D打印成型方法及系统，所述方法包括：获取用户在VR建模环境下创建的三维模型成型模式；在三维模型成型模式的基础上生成用于进行定位的立体栅格线；获取用户的动作，根据所生成的立体栅格线，对用户的动作进行定位并构建三维模型；通过3D打印机对三维模型进行打印，得到立体的三维实体。系统包括：三维模型成型模式生成装置，用于获取用户在VR建模环境下创建的三维模型成型模式，生成三维模型成型模式；三维模型构建装置，用于获取用户的动作，根据所生成的立体栅格线，对用户的动作进行定位并构建三维模型；3D打印机，用于对三维模型进行打印，得到立体的三维实体。用户在VR设备中雕塑后3D打印出来，方便快捷。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于VR建模的3D打印成型方法，其特征在于，所述方法包括：

获取用户在VR建模环境下创建的三维模型成型模式，生成三维模型成型模式；

在三维模型成型模式的基础上生成用于进行定位的立体栅格线；

获取用户的动作，根据所生成的立体栅格线，对用户的动作进行定位并构建三维模型；

通过3D打印机对三维模型进行打印，得到立体的三维实体。

2.根据权利要求1所述的基于VR建模的3D打印成型方法，其特征在于，所述获取用户在VR建模环境下创建的三维模型成型模式，生成三维模型成型模式的步骤中包括：

获取用户在VR建模数据库中选择的三维形状参数，在系统中生成三维形状模型；

获取用户在VR建模数据库中选择的三维结构参数，在系统中生成三维结构模型；

根据三维形状模型和三维结构模型，在系统中生成三维模型成型模式。

3.根据权利要求1所述的基于VR建模的3D打印成型方法，其特征在于，所述获取用户在VR建模环境下创建的三维模型成型模式，生成三维模型成型模式的步骤中包括：

获取用户自定义的三维形状参数，在系统中生成三维形状模型；

获取用户自定义的三维结构参数，在系统中生成三维结构模型；

根据三维形状模型和三维结构模型，在系统中生成三维模型成型模式。

4.根据权利要求1所述的基于VR建模的3D打印成型方法，其特征在于，所述在三维模型成型模式的基础上生成用于进行定位的立体栅格线的步骤中包括：

获取三维模型成型模式的三维轮廓；

根据所获取的三维轮廓，生成包围三维轮廓的表面多边形，所述表面多边形以直线为单位，通过栅格点连接；

对每个栅格点分配坐标，形成栅格点坐标系，生成用于进行定位的立体栅格线。

5.根据权利要求4所述的基于VR建模的3D打印成型方法，其特征在于，所述获取用户的动作，根据所生成的立体栅格线，对用户的动作进行定位并构建三维模型的步骤中包括：

获取用户的动作在三维空间中形成的轨迹；

将所获取的轨迹与栅格点坐标系进行拟合实现动作定位；

立体栅格线根据拟合的结果形变，构建出三维模型。

6.一种基于VR建模的3D打印成型系统，其特征在于，所述系统包括：

三维模型成型模式生成装置，用于获取用户在VR建模环境下创建的三维模型成型模式，生成三维模型成型模式并自动生成立体栅格线；

三维模型构建装置，用于获取用户的动作，根据所生成的立体栅格线，对用户的动作进行定位并构建三维模型；

3D打印机，用于对三维模型进行打印，得到立体的三维实体。

7.根据权利要求6所述的基于VR建模的3D打印成型系统，其特征在于，所述三维模型成型模式生成装置具体包括：

三维形状模型生成装置，用于获取用户创建的三维形状参数，在系统中生成三维形状模型；

三维结构模型生成装置，用于获取用户创建的三维结构参数，在系统中生成三维结构模型；

三维模型成型模式整合装置，用于根据三维形状模型和三维结构模型，在系统中生成三维模型成型模式。

8.根据权利要求6所述的基于VR建模的3D打印成型系统，其特征在于，所述三维模型构建装置具体包括：

VR建模装置，用于生成虚拟现实的三维模型成型模式，生成立体栅格线，并获取用户的动作；

三维模型生成装置，用于结合立体栅格线与用户动作，构建三维模型。