CN108381905A - 基于八叉树误差扩散的3d打印色彩呈现方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法和装置；其中，该方法对3D模型进行体素化处理后，得到模型体素的位置信息和颜色信息；对颜色信息进行颜色空间转换后，根据预先获取的3D打印设备的颜色特性文件，对模型体素进行CMY三基色分色处理，得到CMY三基色分色版；对该分色版进行RIP解析，得到模型体素与打印体素的对应关系；采用八叉树误差扩散呈色的方式，根据上述对应关系获得打印体素的CMY三基色分色版；根据CMY三基色分色版确定RGBKW基色的体素位置信息，得到打印体素的八基色分色版，从而采用不透明材料对3D模型进行逐层打印。本发明实提高了3D打印色彩的空间分辨率和色彩再现能力，可呈现更大色域，且过渡色更为逼真。

Description

基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法和装置

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其是涉及一种基于八叉树误差扩散的 3D打印色彩呈现方法和装置。

背景技术

3D打印技术正广泛地应用于工业、艺术、装饰、生活等领域。该技术是通过逐层增材制造的方式生成3D物体，其首先通过计算机设计、扫描等方法获取打印物体的3D模型数据，并通过电脑辅助设计得到该3D模型的位置和颜色信息，然后逐层打印，将各层堆叠，直到整个固态物体模型成型，从而完成打印。

现有的3D打印色彩呈现方法中，有的对不同比例混合的打印色料进行熔融混合，然后挤出至打印表面；有的将打印色料按照颜色要求进行预先混合，通过一个线型挤出头生产耗材，并利用单喷头进行逐层打印；还有的为侧立面染色法，需要分别打印染色外壳和辅助外壳。这些方法在打印过程中，需要根据不同目标颜色，不断进行目标色预混合，而且前一次的混合色在预混合器中可能会残留，进而影响下次颜色效果，或者颜色位置的打印精度无法达到较小体素的水平，打印结束后，需要溶解或剥离外壳，后处理过程复杂。这些3D打印方法大多为墨水直接混合呈色，存在颜色空间分辨率低、再现能力差、无法呈现过渡色和大色域范围真彩色等问题，导致色彩还原的精确度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法和装置，以提高3D打印的颜色再现能力，使呈现的颜色色域广且过渡色逼真。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法，该方法包括：对待打印的3D模型进行体素化处理，得到模型体素的位置信息和第一颜色信息；对第一颜色信息进行颜色空间转换，得到独立于设备的第二颜色信息；根据预先获取的3D打印设备的颜色特性文件和第二颜色信息，对模型体素进行CMY三基色分色处理，得到模型体素的CMY三基色分色版；对CMY三基色分色版进行RIP解析，得到模型体素与打印体素的对应关系；采用八叉树误差扩散呈色的方式，根据所述模型体素与打印体素的对应关系获得打印体素的CMY三基色分色版；根据 CMY三基色分色版确定RGBKW基色的体素位置信息，得到打印体素的八基色分色版；根据八基色分色版，采用不透明的材料对3D模型进行逐层打印。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，采用八叉树误差扩散呈色的方式，根据模型体素与所述打印体素的对应关系获得所述打印体素的CMY三基色分色版的步骤，包括：对 CMY三基色中，每个基色通道进行下述处理：按照预设的阈值，对体素层中的边界体素进行二值化处理，得到每个边界体素的误差值；根据边界体素之间的打印顺序和位置关系，确定可扩散体素；按照预设的扩散比例，将误差值扩散至可扩散体素，得到CMY三基色的二值图像；根据各体素层的CMY三基色的二值图像，得到CMY三基色分色版。

结合第一方面第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，根据边界体素之间的打印顺序和位置关系，确定可扩散体素的步骤，包括：对于每层体素层中的边界体素，按照预设的打印顺序，在当前体素层中确定当前边界体素的第一可扩散体素；在下一层体素层中，将与当前边界体素相邻的边界体素确定为第二可扩散体素。

结合第一方面第一种或第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，该方法还包括：对3D模型进行分层处理，得到各体素层；按照由低层到顶层的顺序，对各体素层进行执行第一方面第一种或第二种可能的实施方式。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，根据CMY三基色分色版确定RGBKW基色的位置信息，得到打印体素的八基色分色版的步骤，包括：对CMY三基色分色版进行叠合处理，得到二次色RGB、三次色K和白色W的体素位置信息；将二次色RGB、三次色K和白色W的颜色信息确定为打印体素的打印基色，将二次色RGB、三次色K和白色W的位置新确定为打印体素的RGBKW的位置信息；将 CMY三基色分色版、打印体素的打印基色和RGBKW的位置信息确定为八基色分色版。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，该方法还包括：判断所述模型体素的位置属性；当位置属性为表面轮廓体素时，确定模型体素的打印材料为基色材料；当位置属性为内部体素时，确定模型体素的打印材料为内部填充材料。

第二方面，本发明实施例还提供一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现装置，包括：体素化处理模块，用于对待打印的3D模型进行体素化处理，得到模型体素的位置信息和第一颜色信息；转换模块，用于对第一颜色信息进行颜色空间转换，得到独立于设备的第二颜色信息；三基色分色模块，用于根据预先获取的3D打印设备的颜色特性文件和第二颜色信息，对模型体素进行CMY三基色分色处理，得到模型体素的CMY三基色分色版；解析模块，用于对CMY三基色分色版进行RIP解析，得到模型体素与打印体素的对应关系；误差扩散模块，用于采用八叉树误差扩散呈色的方式，根据模型体素与所述打印体素的对应关系获得打印体素的CMY三基色分色版；确定模块，用于根据CMY三基色分色版确定RGBKW基色的体素位置信息，得到打印体素的八基色分色版；打印模块，用于根据八基色分色版，对3D模型进行逐层打印。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，误差扩散模块，还用于对CMY三基色中，每个基色通道进行下述处理：按照预设的阈值，对体素层中的边界体素进行二值化处理，得到每个边界体素的误差值；根据边界体素之间的打印顺序和位置关系，确定可扩散体素；按照预设的扩散比例，将误差值扩散至所述可扩散体素，得到CMY三基色的二值图像；根据各体素层的所述CMY三基色的二值图像，得到CMY三基色分色版。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，确定模块，还用于：对CMY三基色分色版进行叠合处理，得到二次色RGB、三次色K和白色W的体素位置信息；将二次色RGB、三次色K和白色W的颜色信息确定为打印体素的打印基色，将二次色RGB、三次色K和白色W的位置新确定为打印体素的RGBKW的位置信息；将 CMY三基色分色版、打印体素的打印基色和RGBKW的位置信息确定为八基色分色版。

第三方面，本发明实施例还提供一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现系统，包括：3D打印机和控制器，其中，上述基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现装置设置于控制器中。

本发明实施例提供一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法、装置及系统，该方法对3D模型进行体素化处理后，得到模型体素的位置信息和颜色信息；对颜色信息进行颜色空间转换后，根据预先获取的3D打印设备的颜色特性文件，对模型体素进行CMY三基色分色处理，得到模型体素的CMY三基色分色版；对CMY三基色分色版进行RIP解析，从而得到模型体素与打印体素的对应关系；采用八叉树误差扩散呈色的方式，根据模型体素与所述打印体素的对应关系获得打印体素的CMY三基色分色版；再根据CMY三基色分色版确定RGBKW基色的体素位置信息，得到打印体素的八基色分色版，从而对3D模型进行逐层打印。该方式提高了3D打印色彩的空间分辨率和色彩再现能力，可呈现更大色域，且过渡色更为逼真。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法中，采用八叉树误差扩散呈色的方式，根据模型体素与打印体素的对应关系获得打印体素的CMY三基色分色版的流程图；

图3为本发明实施例提供的3D模型对象外表面轮廓的绘制次序示意图；

图4为本发明实施例提供的一个体素层上3D模型对象轮廓的绘制次序示意图；

图5为本发明实施例提供的当前体素向本层下一个体素扩散过程及向下一层轮廓体素扩散过程示意图；

图6为本发明实施例提供的当前体素的下一体素层中，可以用于扩散的体素示意图；

图7为本发明实施例提供的基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法中，八叉树误差扩散处理和彩色体素数据获取流程图；

图8为本发明实施例提供的基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法中，八叉树误差扩散呈色处理流程图；

图9为本发明实施例提供的一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现装置的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

现有的3D(three dimensional三维)打印方法大多为墨水直接混合呈色，存在颜色空间分辨率低、再现能力差、无法呈现过渡色和大色域范围真彩色等问题，导致色彩还原的精确度较低。

基于此，本发明实施例提供了一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法、装置及系统，该技术可以应用于彩色3D打印领域。为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法进行详细介绍，

参见图1所示的基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法流程图，该方法包括如下步骤：

步骤S100，对待打印的3D模型进行体素化处理，得到模型体素的位置信息和第一颜色信息；通常，针对特定存储格式的3D数据，进行体素化处理后，可以得到规则晶格立方体模型体素位置和颜色信息。

步骤S102，对第一颜色信息进行颜色空间转换，得到独立于设备的第二颜色信息；可以利用扫描设备或人工渲染得到颜色特性数据，通过颜色空间转换，将上述第一颜色信息转换到独立于设备的颜色空间中。

步骤S104，根据预先获取的3D打印设备的颜色特性文件和第二颜色信息，对模型体素进行CMY三基色分色处理，得到模型体素的CMY三基色分色版；其中，CMY是三种印刷油墨名称的首字母，C为青色，M为品红色，Y为黄色。

步骤S106，对CMY三基色分色版进行RIP(Raster Image Processor，光栅图像处理器)解析，得到模型体素与打印体素的对应关系；

步骤S108，采用八叉树误差扩散呈色的方式，根据模型体素与打印体素的对应关系获得打印体素的CMY三基色分色版；

步骤S110，根据CMY三基色分色版确定RGBKW基色的体素位置信息，得到打印体素的八基色分色版；其中RGBKW为五种印刷油墨名称的首字母，R为红色，G为绿色，B为蓝色，K为黑色，W为白色；

步骤S112，根据所述八基色分色版，采用不透明材料对3D模型进行逐层打印。

本发明实施例提供一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法，对3D模型进行体素化处理后，得到模型体素的位置信息和颜色信息；将颜色信息进行颜色空间转换后，根据预先获取的3D打印设备的颜色特性文件，对模型体素进行CMY三基色分色处理，得到模型体素的CMY三基色分色版；对CMY三基色分色版进行RIP解析，从而得到模型体素与打印体素的对应关系；采用八叉树误差扩散呈色的方式，根据模型体素与所述打印体素的对应关系获得打印体素的CMY三基色分色版；再根据CMY三基色分色版确定RGBKW基色的体素位置信息，得到打印体素的八基色分色版，从而对3D模型进行逐层打印。该方式提高了3D打印色彩的空间分辨率和色彩再现能力，可呈现更大色域，且过渡色更为逼真。

本发明实施例还提供了另一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法，该方法在图1中所示方法基础上实现；具体地，参见图2所示的基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法中，采用八叉树误差扩散呈色的方式，根据模型体素与打印体素的对应关系获得打印体素的CMY三基色分色版的流程图。

八叉树误差扩散呈色的方式(也可以称为依据边界形状的八叉树误差扩散的方法)的原理为：体素化后的3D物体模型由不同颜色的体素组成，晶格体素规则排布；对各体素的颜色信息分离颜色通道，对边界体素逐个进行二值化处理，所产生的误差向本层下一个体素以及下层的若干个体素扩散。

具体地，上述方法对CMY三基色中，每个基色通道进行下述处理：

步骤S202，按照预设的阈值，对体素层中的边界体素进行二值化处理，得到每个所述边界体素的误差值；具体地，设定阈值，若当前灰度级大于阈值，则用当前灰度级减去255，得到误差E，反之当前灰度级即为误差；

步骤S204，根据边界体素之间的打印顺序和位置关系，确定可扩散体素；通常情况下，每个体素二值化后，所产生的误差向本层下一个体素以及下一层的多个体素扩散；

步骤S206，按照预设的扩散比例，将所述误差值扩散至所述可扩散体素，得到CMY三基色的二值图像；

步骤S208，根据各体素层的所述CMY三基色的二值图像，得到CMY 三基色分色版。

上述步骤S204，具体可以通过下述方式实现：

(1)对于每层体素层中的边界体素，按照预设的打印顺序，在当前体素层中确定当前边界体素的第一可扩散体素；即确定三维对象外表面轮廓绘制次序，以确定在本层中当前像素相邻的下一个体素。

(2)在下一层体素层中，将与所述当前边界体素相邻的边界体素确定为第二可扩散体素；即在下一层中，当前像素有哪些相邻的体素可以用于误差扩散。

(3)确定各相邻体素的误差扩散份额

具体地，借鉴八叉树的方法，从当前体素出发，从它的下、右下、右上、上、左上、左、左下八个方向查找，以确定下一个边界体素的位置。参见图3所示的3D模型对象外表面轮廓的绘制次序示意图，数字0表示当前体素，数字1-8代表了从当前体素出发，下一步将从这八个位置来确定下一个将要绘制的体素的位置。从图中可以发现，下一个将要绘制的体素在2号位置，即在当前体素的下方，因此再将2号位置处的体素作为当前体素，从它的周围8个位置，来确定它的下一个将要绘制体素的位置。如此，由第一个体素推出第二个体素，由第二个体素确定第三个体素，最终，将该体素层的三维对象轮廓确定后，也能得到该层轮廓的绘制次序。参见图4 所示的一个体素层上3D模型对象轮廓的绘制次序示意图。其中，标号为1，6，12，15的色块为三维对象与分层平面的交点，其余标号色块为三维对象与分层平面的轮廓。依照上述方法，分别确定各体素层的轮廓体素块。

选定某一层(非底层或顶层)体素后，再选一个三维对象外表面轮廓的体素，对其作二值化处理：即设定阈值，若当前灰度级大于阈值，则用当前灰度级减去255，得到误差E；反之当前灰度级即为误差E。每个体素二值化后，所产生的误差向本层下一个体素以及下一层的多个体素扩散。参见图5所示的当前体素向本层下一个体素扩散过程及向下一层轮廓体素扩散过程示意图。其中，图5中的(a)为当前体素向本层下一个体素扩散过程；图5中的(b)为当前体素向下一层轮廓体素扩散过程；如果当前层的体素 5在下一层轮廓体素中并没有其正下方的体素，则需要在下层对应体素周围寻找距离接近的体素扩散误差。此时，需要对误差的扩散比例进行进一步调整。

要确定误差扩散的比例，首先需要确定当前体素拥有的可用于扩散的体素个数。本层中与当前体素相邻并可误差扩散的体素有轮廓体素、一种可能；而下层体素中，与当前体素相邻的体素具有9种可能性。因此，有 0-9这10种误差扩散的可能性。参见图6所示的当前体素的下一体素层中，可以用于扩散的体素示意图；依据上下左右、左上左下、右上右下的顺序，依次寻找最接近的体素，对可扩散体素数进行计数，可知当前体素的颜色误差可扩散至下一体素层的体素以及其周边8个体素。

接下来计算误差扩散的比例。一种简单的扩散比例算法是：将误差以一定比例，如PCurr＝7/16，扩散到当前层的下一个体素上去；而对下层体素，则将剩余误差均匀扩散，即：(1-PCurr)/NNL，式中的PCurr为当前层下一个体素的误差扩散比例，NNL为下一层可扩散的体素数量。如果NNL 为0，则不再扩散。

此外，也可以对不同位置的下层体素赋予不同的扩散比例。由图5可知，当前体素5仅能向本层下一个轮廓体素6及下一层相邻体素4进行误差扩散。因此，下一层相邻体素4扩散比例为9/16，本层下一个轮廓体素6 扩散比例为7/16。

在对一个通道进行误差扩散处理后，依次完成其余两个通道的八叉树误差扩散，最终，CMY三个通道分别得到一个三维对象外表面轮廓的单通道灰度级，即当前通道在该轮廓体素上有无该通道颜色。

由于体素化的三维物体通常是底部的体素最多，层数越高，体素数减小的可能也就较大。基于此，上述方法还包括以下步骤：对所述3D模型进行分层处理，得到各体素层；按照由低层到顶层的顺序，对各体素层进行执行步骤S202～S208所述方法；该过程也可以描述如下：在为每一个外表面轮廓体素映射颜色信息后，按照从底层到顶层的顺序，分CMY三个通道对体素层上轮廓体素块作误差扩散加网。

本发明实施例提供了另一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法，该方法在图2中所示方法基础上实现；具体地，基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法中，采用八叉树误差扩散呈色的方式，根据CMY 三基色分色版确定RGBKW基色的位置信息，得到打印体素的八基色分色版的步骤如下；

(1)对CMY三基色分色版进行叠合处理，得到二次色RGB、三次色 K和白色W的体素位置信息；由于不同基色的打印体素可能会对应空间的同一位置，会产生不同基色打印体素在同一空间位置的颜色叠合现象。

(2)将二次色RGB、三次色K和白色W的颜色信息确定为打印体素的打印基色，将二次色RGB、三次色K和白色W的位置新确定为打印体素的RGBKW的位置信息；

(3)将CMY三基色分色版、打印体素的打印基色和RGBKW的位置信息确定为八基色分色版。

在实际实现时，打印体素的材料为不透明的光固化材料或温度固化材料；在体素打印的同时利用光源或风扇进行材料逐层固化。打印体素的材料分为呈色材料和填充材料，在模型表面内部一定的深度范围内，利用呈色材料进行打印，以呈现表面的颜色；在模型表面更深的内部使用填充材料进行打印，以增强模型强度等性能，并节约成本。

基于此，上述方法还包括如下步骤：判断所述模型体素的位置属性；当所述位置属性为表面轮廓体素时，确定所述模型体素的打印材料为基色材料；当所述位置属性为内部体素时，确定所述模型体素的打印材料为内部填充材料。

本发明实施例提供的基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法，将目标体素的误差扩散至立体空间中八叉树邻域的体素，可有效提高目标体素的颜色呈现精确度，同时有效避免打印过程中“摩尔条纹”的产生，可以呈现大色域范围的真彩色及高色彩打印分辨率，可更精确的呈现3D物体细节、颜色，尤其对渐变色的呈现具有优势。

本发明实施例还提供了另一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法，该方法具体包括如下步骤：

第一步：针对所存储的该格式3D模型数据进行体素化处理，得到模型中每个体素的三维位置信息及表明体素的颜色信息；

第二步：针对三维数据格式存储的表面体素颜色信息，根据扫描设备的特性，进行颜色空间转换，将模型体素的颜色信息转换至独立于设备的颜色空间中；

第三步：根据3D打印机特性文件中模型体素颜色信息与3D打印原色之间的映射关系，进行模型体素的CMY三基色分色，得到模型体素对应的三基色的数量的分色版；

第四步：对CMY模型体素分色版进行RIP解析，得到模型体素与打印体素的对应关系；并利用八叉树误差扩散的方法，以打印体素的离散分布呈现模型体素颜色，打印体素的CMY三基色分色数据的分色版；

第五步：对CMY打印体素的分色版进行叠合，得到因叠合产生的二次色RGB、三次色K和白色W的体素位置信息。

第六步：二次色RGB、三次色K和白色W使用与之相同颜色的打印基色代替，它们的位置信息即为打印基色RGBKW的位置信息。

第七步：对物体3D模型的表面体素进行CMYRGBKW的逐层多色打印。在打印每层时，3D模型内部体素可使用单独喷头同时进行内部填充材料的打印。

其中，上述方法的第五步利用八叉树误差扩散的方法，以打印体素的离散分布呈现模型体素颜色，打印体素的CMY三基色分色数据的分色版，也称为八叉树误差扩散处理和彩色体素数据获取，可分为二值化、误差比例确定、误差扩散三个步骤，参见图7所示的基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法中，八叉树误差扩散处理和彩色体素数据获取流程图。

本发明实施例还提供了另一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法，参见图8所示的基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法中，八叉树误差扩散呈色处理流程图。

步骤S900，为CMYK原图、CMY分通道原图、CMY分通道误差扩散图像、最终彩色图像所需的储存空间分配内存；

步骤S902，读取文件，将CMYK原图置入原图内存，并将其中CMY 图像数据分别置入CMY分通道原图内存中；

步骤S904，依据各层边界体素的顺序位置表数据，读取分通道原图数据放置于分通道误差扩散图像的边界体素上

步骤S906，对每一层的每个边界体素，先按阈值进行二值化处理，由此产生误差。

步骤S908，在当前层的当前体素下，查找其周围可扩散误差的体素数量和位置：可根据边界体素的顺序位置表，找到本层的下一个体素；而对下一层，则查找本层当前体素下方的9个位置，即：除“八叉树”的八个位置(下、右下、右、右上、上、左上、左下)外，还有本层当前体素正下方 (或正上方)的一个体素位置。由此得到：可扩散误差的体素数及其位置信息。

步骤S910，根据可扩散误差的体素数和位置，决定体素的误差扩散比例，并将误差扩散到相应体素上去。

步骤S912，在各层误差扩散完毕后，根据各层CMY三色二值图像，获得各层彩色体素图像。

步骤S914，将各层彩色体素图像存储为最终彩色体素文件。

具体地，对当前层内存中的边界体素，逐个进行二值化处理。如：取固定的阈值127，凡大于它者，将当前体素值置为255，反之置为0。二值化后，根据置255或0的不同，获得误差值。

在本发明实施例中，为扩散误差，最为关键的是查找当前体素在本层和下一层的可扩散误差像素。对本层，根据边界体素位置序列表数据，找到本层下一个体素位置；对下一层，按当前体素周围8个体素位置以及当前体素正上方或下方体素位置，查找是否确有体素存在，若有则计数并记录该位置。获得可扩散体素数和位置后，即可计算、设定各体素的扩散比例。最终，对本层和下层的相关体素，实施误差扩散。对CMY三通道都进行相应的误差扩散处理。处理后，可以对本层的三基色打印体素图像进行逐体素分析，获得本层彩色体素数据并存储。在下一循环处理之前，将下层打印体素图像数据放入当前层内存，再将未扩散过层的图像数据放入下一层对应的打印体素图像内存。各层的所有体素处理完毕，即可获得彩色体素图像数据。下一步，对打印体素的逐层打印，是利用多色彩色喷头根据打印体素点的基色信息，将基色材料和内部填充材料逐层打印至相应位置，并在每层打印的同时进行打印体素的固化。

对应于上述方法实施例，参见图9所示的一种基于八叉树误差扩散的 3D打印色彩呈现装置的结构示意图，该装置包括：

体素化处理模块1000，用于对待打印的3D模型进行体素化处理，得到模型体素的位置信息和第一颜色信息；

转换模块1002，用于对第一颜色信息进行颜色空间转换，得到独立于设备的第二颜色信息；

三基色分色模块1004，用于根据预先获取的3D打印设备的颜色特性文件和所述第二颜色信息，对所述模型体素进行CMY三基色分色处理，得到模型体素的CMY三基色分色版；

解析模块1006，用于对CMY三基色分色版进行RIP解析，得到模型体素与打印体素的对应关系；

误差扩散模块1008，用于采用八叉树误差扩散呈色的方式，根据模型体素与打印体素的对应关系获得打印体素的CMY三基色分色版；

确定模块1010，用于根据CMY三基色分色版确定RGBKW基色的体素位置信息，得到打印体素的八基色分色版；

打印模块1012，用于根据八基色分色版，对3D模型进行逐层打印。

上述误差扩散模块1008，还可用于对所述CMY三基色中，每个基色通道进行处理：按照预设的阈值，对体素层中的边界体素进行二值化处理，得到每个边界体素的误差值；根据边界体素之间的打印顺序和位置关系，确定可扩散体素；按照预设的扩散比例，将误差值扩散至可扩散体素，得到CMY三基色的二值图像；根据各体素层的CMY三基色的二值图像，得到CMY三基色分色版。

上述确定模块1010，还可用于对CMY三基色分色版进行叠合处理，得到二次色RGB、三次色K和白色W的体素位置信息；将二次色RGB、三次色K和白色W的颜色信息确定为打印体素的打印基色，将二次色RGB、三次色K和白色W的位置新确定为打印体素的RGBKW的位置信息；将 CMY三基色分色版、打印体素的打印基色和RGBKW的位置信息确定为八基色分色版。

实际实施时，本发明中的3D打印材料为不透明材料，体素点无法叠合呈色。在CMY分色版合并后，打印体素点的叠合位置，直接以对应的基色 RGBK和白色W的体素进行打印，叠合打印体素的位置信息，就是与之对应的二次色R、G、B，三次色K，以及白色W的位置信息。

参见图10所示的一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现系统的结构示意图；该系统包括3D打印机1100和控制器1101，控制器1101中设置了上述基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现装置。

本发明实施例提供的基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法、装置及系统具有以下的特点：

1与传统的3D打印呈色方式相比，可以呈现大色域范围的真彩色。

2高打印分辨率，其体素大小决定了打印分辨率的大小(打印体素大小为16微米的立方体，记录分辨率可达到1700dpi)，可更精确的呈现3D 物体细节、颜色，尤其对渐变色的呈现具有优势。

3将目标体素的误差扩散至立体空间中八叉树邻域的体素，可有效提高目标体素的颜色呈现精确度，更精准的呈现3D模型颜色。

4在3D打印中采用八叉树误差扩散的打印体素离散随机呈色的方法，可有效避免打印过程中“摩尔条纹”的产生，颜色呈现能力和效果更强。

本发明实施例所提供的基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法、装置及系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和/或装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现方法，其特征在于，所述方法包括：

对待打印的3D模型进行体素化处理，得到模型体素的位置信息和第一颜色信息；

对所述第一颜色信息进行颜色空间转换，得到独立于设备的第二颜色信息；

根据预先获取的3D打印设备的颜色特性文件和所述第二颜色信息，对所述模型体素进行CMY三基色分色处理，得到所述模型体素的CMY三基色分色版；

对CMY三基色分色版进行RIP解析，得到所述模型体素与打印体素的对应关系；

采用八叉树误差扩散呈色的方式，根据所述模型体素与所述打印体素的对应关系获得所述打印体素的CMY三基色分色版；

根据所述CMY三基色分色版确定RGBKW基色的体素位置信息，得到所述打印体素的八基色分色版；

根据所述八基色分色版，采用不透明的材料对所述3D模型进行逐层打印。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用八叉树误差扩散呈色的方式，根据所述模型体素与所述打印体素的对应关系获得所述打印体素的CMY三基色分色版的步骤，包括：

对所述CMY三基色中，每个基色通道进行下述处理：

按照预设的阈值，对体素层中的边界体素进行二值化处理，得到每个所述边界体素的误差值；

根据边界体素之间的打印顺序和位置关系，确定可扩散体素；

按照预设的扩散比例，将所述误差值扩散至所述可扩散体素，得到CMY三基色的二值图像；

根据各体素层的所述CMY三基色的二值图像，得到CMY三基色分色版。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据边界体素之间的打印顺序和位置关系，确定可扩散体素的步骤，包括：

对于每层体素层中的边界体素，按照预设的打印顺序，在当前体素层中确定当前边界体素的第一可扩散体素；

在下一层体素层中，将与所述当前边界体素相邻的边界体素确定为第二可扩散体素。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述3D模型进行分层处理，得到各体素层；

按照由低层到顶层的顺序，对各体素层进行执行权利要求2或3所述的方法。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述CMY三基色分色版确定RGBKW基色的位置信息，得到所述打印体素的八基色分色版的步骤，包括：

对所述CMY三基色分色版进行叠合处理，得到二次色RGB、三次色K和白色W的体素位置信息；

将所述二次色RGB、三次色K和白色W的颜色信息确定为所述打印体素的打印基色，将所述二次色RGB、三次色K和白色W的位置新确定为所述打印体素的RGBKW的位置信息；

将所述CMY三基色分色版、所述打印体素的打印基色和RGBKW的位置信息确定为八基色分色版。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

判断所述模型体素的位置属性；

当所述位置属性为表面轮廓体素时，确定所述模型体素的打印材料为基色材料；

当所述位置属性为内部体素时，确定所述模型体素的打印材料为内部填充材料。

7.一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现装置，其特征在于，所述装置包括：

体素化处理模块，用于对待打印的3D模型进行体素化处理，得到模型体素的位置信息和第一颜色信息；

转换模块，用于对所述第一颜色信息进行颜色空间转换，得到独立于设备的第二颜色信息；

三基色分色模块，用于根据预先获取的3D打印设备的颜色特性文件和所述第二颜色信息，对所述模型体素进行CMY三基色分色处理，得到所述模型体素的CMY三基色分色版；

解析模块，用于对CMY三基色分色版进行RIP解析，得到所述模型体素与打印体素的对应关系；

误差扩散模块，用于采用八叉树误差扩散呈色的方式，根据所述模型体素与所述打印体素的对应关系获得所述打印体素的CMY三基色分色版；

确定模块，用于根据所述CMY三基色分色版确定RGBKW基色的体素位置信息，得到所述打印体素的八基色分色版；

打印模块，用于根据所述八基色分色版，对所述3D模型进行逐层打印。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述误差扩散模块，还用于：

对所述CMY三基色中，每个基色通道进行下述处理：

按照预设的阈值，对体素层中的边界体素进行二值化处理，得到每个所述边界体素的误差值；

根据边界体素之间的打印顺序和位置关系，确定可扩散体素；

按照预设的扩散比例，将所述误差值扩散至所述可扩散体素，得到CMY三基色的二值图像；

根据各体素层的所述CMY三基色的二值图像，得到CMY三基色分色版。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定模块，还用于：

对所述CMY三基色分色版进行叠合处理，得到二次色RGB、三次色K和白色W的体素位置信息；

将所述二次色RGB、三次色K和白色W的颜色信息确定为所述打印体素的打印基色，将所述二次色RGB、三次色K和白色W的位置新确定为所述打印体素的RGBKW的位置信息；

将所述CMY三基色分色版、所述打印体素的打印基色和RGBKW的位置信息确定为八基色分色版。

10.一种基于八叉树误差扩散的3D打印色彩呈现系统，其特征在于，所述系统包括3D打印机和控制器；权利要求7-9任一项所述的装置设置于所述控制器中。