CN108437440A - 基于颜色管理的3d打印色彩呈现方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于颜色管理的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ICC颜色特性文件，采用通用色彩管理软件对模型体素进行标准CMYK色标四基色分色处理，得到CMYK四基色分色版；以K版优先为原则，采用八基色体素并列呈色的方法，根据CMYK四基色分色版获得模型体素的八基色打印体素色板，据此采用不透明材料对3D模型进行逐层打印。本发明采用CMYK四基色分色法及K版优先的八基色体素并列聚集的呈色方法，可以打印标准色标，并利用通用色彩管理软件建立3D打印设备的ICC颜色特性文件，有利于色彩的精确管理、交流、传递及再现。

Description

基于颜色管理的3D打印色彩呈现方法、装置及系统

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颜色管理的3D打印色彩呈现方法、装置及系统。

背景技术

3D打印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，可以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，或者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。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。还有一种3D打印色彩呈现方法为侧立面染色法，需要分别打印染色外壳和辅助外壳，而且其颜色位置的打印精度也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。

总之，现有的3D打印方法大多为墨水直接混合呈色，存在颜色再现能力差、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。此外，因其呈色方式和原理的限制，现有3D打印的颜色呈现方法，不符合开放式ICC数字颜色管理规范，无法进行有效的精确颜色管理、传递和交流；因呈色方法的限制，无法打印四色颜色管理色标，不能使用通用开放式ICC颜色管理软件建立3D打印设备的颜色特性文件，进行精确色彩管理，不利于3D打印色彩管理的普及应用和色彩精确交流、传递、再现。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供基于颜色管理的3D打印色彩呈现方法、装置及系统，以使通用色彩管理软件可以应用于3D打印的颜色呈现，便于颜色的精确再现、交流与传递。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于颜色管理的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ICC颜色特性文件和第二颜色信息，采用通用色彩管理软件对模型体素进行标准CMYK色标四基色分色处理，得到模型体素的CMYK四基色分色版；以K版优先为原则，采用八基色体素并列呈色的方法，根据CMYK四基色分色版获得模型体素的八基色打印体素色板；该八基色打印体素色板包括八基色打印体素的位置信息和颜色信息；根据上述八基色打印体素色板，采用不透明材料对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，3D打印设备的ICC颜色特性文件，通过下述方式获得：对3D打印设备进行校准；根据标准CMYK四色色标中设定的CMYK输入值，以K版优先为原则，采用八基色体素并列呈色的方法，打印标准色标；测量标准色标中，各个色块的CIE颜色值，建立CMYK输入值和所述CIE颜色值的映射关系；采用通用色彩管理软件，对上述CMYK输入值和CIE颜色值进行分析，生成3D打印设备的ICC颜色特性文件。

结合第一方面的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，以K版优先为原则，采用八基色体素并列呈色的方法，根据CMYK四基色分色版获得所述模型体素的八基色打印体素色板的步骤，包括：对上述CMYK四基色分色版进行栅格化处理，生成栅格矩阵；根据呈色胞元的形状和预设的阈值矩阵，判断胞元矩阵中各基色打印体素的分布，得到CMY三基色分色数据的打印体素分色版；其中，所述呈色胞元包含多个栅格；将CMY三基色分色数据的打印体素分色版进行叠合处理，得到CMYRGBW七基色打印体素色板；以K版优先为原则，将K版打印体素色板与所述CMYRGBW七基色打印体素色板进行叠合处理，得到八基色打印体素色板。

结合第一方面的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，以K版优先为原则，将K版打印体素色板与CMYRGBW七基色打印体素色板进行叠合处理的步骤，包括：比较胞元矩阵中，W体素与K体素的所占的面积率；其中，面积率为呈色胞元内着色的栅格数量与所述胞元内栅格的总数量之比；如果W体素的面积率大于或等于K体素的面积率，将K体素随机分布于W体素的位置上；如果W体素的面积率小于K体素的面积率，将全部W体素替换为对应的K体素，未替换的K体素在CMYRGB六基色体素位置上随机分布。

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，该方法还包括：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。

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，待打印的3D模型，通过下述方式获得：采集3D物体的形貌数据和颜色数据，以设定的文件格式存储对应的三角面片颜色和顶点位置信息；对所述三角面片颜色和顶点位置信息进行高度维度的切片和平面维度的栅格化处理，生成晶格规则排列的体素；所述切片的高度与晶格高度相同；在每个切片的平面内，对所述三角面片颜色和顶点位置信息进行栅格化处理；根据高度切片与三角面片的交线，采用曲线差值的方法，确定模型表面体素的内部顶点位置；采用空间差值的方法得到每个所述体素的颜色信息；根据所述体素的顶点位置信息得到所述体素的中心位置信息；将所述体素的中心位置信息和颜色信息保存为3D模型。

第二方面，本发明实施例还提供一种基于颜色管理的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；四基色分色模块，用于根据预先获取的3D打印设备的ICC颜色特性文件和第二颜色信息，采用通用色彩管理软件对模型体素进行标准CMYK色标四基色分色处理，得到模型体素的CMYK四基色分色版；八基色分色模块，用于以K版优先为原则，采用八基色体素并列呈色的装置，根据所述CMYK四基色分色版获得所述模型体素的八基色打印体素色板；所述八基色打印体素色板包括八基色打印体素的位置信息和颜色信息；打印模块，用于根据所述八基色打印体素色板，采用不透明材料对所述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，3D打印设备的ICC颜色特性文件，通过下述方式获得：对3D打印设备进行校准；根据标准CMYK四色色标中设定的CMYK输入值，以K版优先为原则，采用八基色体素并列呈色的装置，打印标准色标；测量标准色标中，各个色块的CIE颜色值，建立CMYK输入值和所述CIE颜色值的映射关系；采用通用色彩管理软件，对CMYK输入值和CIE颜色值进行分析，生成3D打印设备的ICC颜色特性文件。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，八基色分色模块，还用于：对所述CMYK四基色分色版进行栅格化处理，生成栅格矩阵；根据呈色胞元的形状和预设的阈值矩阵，判断胞元矩阵中各基色打印体素的分布，得到CMY三基色分色数据的打印体素分色版；其中，所述呈色胞元包含多个栅格；将所述CMY三基色分色数据的打印体素分色版进行叠合处理，得到CMYRGBW七基色打印体素色板；以K版优先为原则，将K版打印体素色板与所述CMYRGBW七基色打印体素色板进行叠合处理，得到八基色打印体素色板。

第三方面，本发明实施例还提供一种基于颜色管理的3D打印色彩呈现系统，包括：3D打印机和控制器，其中，上述基于颜色管理的3D打印色彩呈现装置设置于控制器中。

本发明实施例提供了一种基于颜色管理的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ICC颜色特性文件，采用通用色彩管理软件对模型体素进行标准CMYK色标四基色分色处理，得到模型体素的CMYK四基色分色版；再以K版优先为原则，采用八基色体素并列呈色的方法，根据CMYK四基色分色版获得模型体素的八基色打印体素色板；根据模型体素的八基色打印体素色板，采用不透明材料对3D模型进行逐层打印。该方法中，采用CMYK四基色分色法以及K版优先的八基色体素并列聚集的呈色方法，可以打印标准色标，并利用通用色彩管理软件建立3D打印设备的ICC颜色特性文件，有利于色彩的精确管理、交流、传递及再现。

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颜色管理的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颜色管理的3D打印色彩呈现方法中，3D打印设备的ICC颜色特性文件获取方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的另一种基于颜色管理的3D打印色彩呈现方法中，3D打印设备的ICC颜色特性文件获取方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种基于颜色管理的3D打印色彩呈现方法中，以K版优先为原则，采用八基色体素并列呈色的方法，根据所述CMYK四基色分色版获得所述模型体素的八基色打印体素色板的流程图；

图5为本发明实施例提供的一种基于颜色管理的3D打印色彩呈现方法中，以K版优先为原则的体素叠合流程图；

图6为本发明实施例提供的另一种基于颜色管理的3D打印色彩呈现方法的具体流程图；

图7为本发明实施例提供的一种基于颜色管理的3D打印色彩呈现装置的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种基于颜色管理的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。同时，因其呈色方式和原理的限制，现有3D打印的颜色呈现方法，不符合开放式的ICC(International Color Consortium，国际色彩协会)数字颜色管理规范，无法进行有效的精确颜色管理；因呈色方法的限制，无法打印标准颜色管理色标，不能使用通用开放式ICC颜色管理软件进行精确色彩管理，不利于3D打印色彩管理的普及应用和色彩精确交流、传递、再现。

基于此，本发明实施例提供了一种基于颜色管理的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颜色管理的3D打印色彩呈现方法进行详细介绍。

参见图1所示的一种基于颜色管理的3D打印色彩呈现方法的流程图，该方法包括如下步骤：

步骤S102，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S104，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，将第一颜色信息转换到独立于设备的颜色空间中。

步骤S106，根据预先获取的3D打印设备的ICC颜色特性文件和第二颜色信息，采用通用色彩管理软件对模型体素进行标准CMYK色标四基色分色处理，得到模型体素的CMYK四基色分色版；其中，CMYK是四种印刷油墨名称的首字母，C为青色，M为品红色，Y为黄色，K为黑色。

步骤S108，以K版优先为原则，采用八基色体素并列呈色的方法，根据CMYK四基色分色版获得模型体素的八基色打印体素色板；八基色打印体素色板包括八基色打印体素的位置信息和颜色信息；

步骤S110，根据八基色打印体素色板，采用不透明材料对3D模型进行逐层打印。

本发明实施例提供了一种基于颜色管理的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ICC颜色特性文件，采用通用色彩管理软件对模型体素进行标准CMYK色标四基色分色处理，得到模型体素的CMYK四基色分色版；再以K版优先为原则，采用八基色体素并列呈色的方法，根据CMYK四基色分色版获得模型体素的八基色打印体素色板，得到模型体素的八基色打印体素色板，从而采用不透明材料对3D模型进行逐层打印。该方法中，采用CMYK四基色分色法以及K版优先的八基色体素并列聚集的呈色方法，可以打印标准色标，并利用通用色彩管理软件建立3D打印设备的ICC颜色特性文件，有利于色彩的精确管理、交流、传递及再现。

本发明实施例还提供了另一种基于颜色管理的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所示的基于颜色管理的3D打印色彩呈现方法中，3D打印设备的ICC颜色特性文件获取方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S202，对3D打印设备进行校准；

步骤S204，根据标准CMYK四色色标中设定的CMYK输入值，以K版优先为原则，采用八基色体素并列呈色的方法，打印标准色标；

步骤S206，测量标准色标中，各个色块的CIE(Commission Internationale de L'Eclairage,国际照明委员会)颜色值，建立CMYK输入值和CIE颜色值的映射关系；

步骤S208，采用通用色彩管理软件，对CMYK输入值和所述CIE颜色值进行分析，生成3D打印设备的ICC颜色特性文件。

具体地，首先对3D打印设备进行校准，使设备达到稳定、线性的输出状态；根据标准CMYK四色色标中不同CMYK输入值，利用K版优先的八基色体素并列聚集呈色方法，打印标准色标(如，IT8.7/3、ECI2002、IT8.7/4等)；测量标准色标各色快的CIE颜色值，建立色标CMYK输入值和输出的CIE颜色值的映射关系；测得的标准色标输出CIE颜色数据输入到通用色彩管理软件(如：EFI Color Profiler、Profile Maker、Color Shop、MonacoPROFILER等)，软件分析原色标输入和输出色块的CIE颜色数据，并自动生成该3D打印机的设备ICC颜色特性文件，从而实现开放式的ICC数字颜色管理。参见图3所示的另一种基于颜色管理的3D打印色彩呈现方法中，3D打印设备的ICC颜色特性文件获取方法的流程图。

这种颜色管理，无需用户设计个性化色标、色域压缩映射、颜色数据映射、颜色管理引擎算法等复杂流程，可极大的简化3D打印中ICC颜色管理的流程；利用通用软件进行3D打印的ICC数字颜色管理，降低了3D打印ICC数字颜色管理的难度，使其普适性更强，有利于3D打印ICC数字颜色管理应用的推广，提高颜色再现精度。

参见图4所示的基于颜色管理的3D打印色彩呈现方法中，以K版优先为原则，采用八基色体素并列呈色的方法，根据所述CMYK四基色分色版获得所述模型体素的八基色打印体素色板的流程图；

该八基色体素并列呈色(也可以称为八基色体素并列聚集呈色，或八基色体素空间并列聚集呈色)的原理为：对3D模型进行体素化后，可得每个体素的位置信息和颜色信息；经过颜色空间变换后，每个体素的颜色信息数据变换至独立于设备的CIE颜色空间中；根据3D打印设备的ICC颜色特性文件可知，打印该体素CIE颜色值，需要的CMYK输入值，实现体素颜色信息的CMYK分色。

具体地，上述方法包括如下步骤：

步骤S402，对CMYK四基色分色版进行栅格化处理，生成栅格矩阵；

得到模型体素的CMYK四基色的分色版后，对CMYK四个基色版的模型体素进行栅格化处理的RIP(Raster Image Processor，光栅图像处理器)解析，以单基色打印体素栅格矩阵中着墨栅格的多少呈现该基色的面积率。每个色版的打印着墨栅格呈聚集式分布，可根据不同聚集点的形状设置阈值矩阵，栅格化后的色版模型体素颜色值与阈值矩阵进行比较，以判断打印着墨点的位置。

步骤S404，根据呈色胞元的形状和预设的阈值矩阵，判断胞元矩阵中各基色打印体素的分布，得到CMY三基色分色数据的打印体素分色版；其中，呈色胞元包含多个栅格；

对RIP解析后的模型体素CMYK四基色中的三个基色CMY，利用打印体素CMY聚集呈色的方法，得到CMY三基色打印体素分色版。此时，C、M、Y打印体素分色版上的彩色体素位置有叠合，并非体素并列呈色。与平面印刷不同，3D打印的体素油墨为不透明油墨，无法实现体素叠合呈色。

步骤S406，将CMY三基色分色数据的打印体素分色版进行叠合处理，得到CMYRGBW七基色打印体素色板；

将CMY三基色打印体素分色版进行叠合，在相同空间位置的体素叠合将产生二次色体素RGB；无任何体素的位置，以白色打印体素描述。因此，可以得到叠合后的CMYRGBW七基色打印体素色版；其中，R为红色，G为绿色，B为蓝色，W为白色。

步骤S408，以K版优先为原则，将K版打印体素色板与所述CMYRGBW七基色打印体素色板进行叠合处理，得到八基色打印体素色板；其中，K为黑色。

由于黑板具有较强的遮盖能力，与其他色版叠合时，会导致其他颜色的层级差距变小；而且，人眼对黑色和灰色的敏感程度较高，所以，彩色打印体素色版与黑版叠合时，黑版优先的原则，进行打印体素黑版与CMYRGBW七基色打印体素色版的叠合。最终，得到八基色打印体素的位置信息，实现八基色打印体素并列聚集呈色；并利用提出的黑版优先的打印体素叠合方法，进行标准CMYK色标的打印，利用通用颜色管理软件就可实现3D打印的ICC开放式颜色管理。

上述步骤S408，参见图5所示的另一种基于颜色管理的3D打印色彩呈现方法中，以K版优先为原则的体素叠合流程图；具体可以通过下述方式实现：

(1)比较所述胞元矩阵中，W体素与K体素的所占的面积率；其中，所述面积率为所述呈色胞元内着色的栅格数量与所述胞元内栅格的总数量之比；

(2)如果所述W体素的面积率大于或等于所述K体素的面积率，将所述K体素随机分布于所述W体素的位置上；

(3)如果所述W体素的面积率小于所述K体素的面积率，将全部所述W体素替换为对应的K体素，未替换的所述K体素在CMYRGB六基色体素位置上随机分布。

具体地，对CMYRGBW七基色打印体素色版中与二维打印网点类似的呈色胞元-打印体素聚集矩阵胞元进行分析；将矩阵胞元中的W体素与K版体素的面积率比较，若W大于等于K的面积率，则将K体素随机分布于W体素的位置；若W小于K，则将全部W体素替换为K，剩余的K体素在CMYRGB六基色体素位置上随机分布。这样，就可以优先保证K版体素数量和分布的正确性。

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。

在实际实现时，上述待打印的3D模型，通过下述方式获得：

(1)采集3D物体的形貌数据和颜色数据，以设定的文件格式存储对应的三角面片颜色和顶点位置信息；

(2)对三角面片颜色和顶点位置信息进行高度维度的切片和平面维度的栅格化处理，生成晶格规则排列的体素；切片的高度与晶格高度相同；

(3)在每个切片的平面内，对三角面片颜色和顶点位置信息进行栅格化处理；

(4)根据高度切片与三角面片的交线，采用曲线差值的方法，确定模型表面体素的内部顶点位置；

(5)采用空间差值的方法得到每个体素的颜色信息；

(6)根据体素的顶点位置信息得到体素的中心位置信息；

(7)将体素的中心位置信息和颜色信息保存为3D模型。

在对3D物体进行形貌和颜色数据采集后，以OBJ、STL等不同的文件格式存储三角面片颜色和顶点位置信息。对其进行高度维度的切片和平面维度的栅格化处理，以晶格规则排列的体素描述3D物体的形貌和颜色信息。在xy平面和高度h描述的三维空间中，依据晶格立方体的大小，确定每层切片的高度与晶格高度大小相等；并在每个高度上的xy平面内进行位置及其对应颜色信息的栅格化；利用高度切片与三角面片的交线，并以曲线插值的方法，确定模型表面体素的外表面高度顶点位置；通过xy平面的栅格化处理，确定模型表面体素的内部顶点位置；同时，利用空间插值的方法得到每个模型体素的颜色信息；利用模型体素的八个顶点位置信息，可得该体素的中心位置信息，将该位置信息和体素颜色信息作为3D打印机的模型输入数据。

本发明实施例还提供了另一种基于颜色管理的3D打印色彩呈现方法，该方法具体包括如下步骤：

第一步：利用K版优先的八基色体素并列聚集呈色方法，打印标准CMYK四色色标，并将色标的输入、输出值导入通用色彩管理软件，获取3D打印机的ICC颜色特性文件。

第二步：再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该体素的颜色信息；

第三步：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；

第四步：根据模型体素独立于设备的颜色信息，利用3D打印机的ICC颜色特性文件，进行模型体素的CMYK四基色分色，得到模型体素所对应四基色数量的CMYK分色版；

第五步：采用打印体素聚集式的RIP解析呈色方法，对进行CMY分色数据进行栅格化处理；并根据呈色胞元的形状，设置阈值矩阵，以判断胞元矩阵中该基色打印体素的分布，最终得到打印体素的C、M、Y三基色分色数据的打印体素分色版；

第六步：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、叠和三次色W的体素位置信息，得到CMYRGBW七基色打印体素色版。

第七步：以K版优先的打印体素叠合方法，将K版叠合至CMYRGBW七基色分色版上，得到CMYRGBWK八基色打印体素色版，最终获取八基色打印体素的位置信息。

第八步：对物体3D模型的表面体素进行C、M、Y、R、G、B、K、W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。

本发明实施例还提供了另一种基于颜色管理的3D打印色彩呈现方法，该方法的具体流程包括：利用K版优先的八基色体素并列聚集呈色方法，打印标准CMYK四色色标，并将色标的输入、输出值导入通用色彩管理软件，获取3D打印机的ICC颜色特性文件；特定格式3D模型数据的体素化，得到规则晶格立方体的模型体素位置和颜色信息；通过颜色空间转换，将颜色信息值转换到与独立于设备的颜色空间中；利用开放式ICC数字颜色管理，根据3D打印设备的ICC颜色特性文件，对模型体素颜色信息进行CMYK分色；针对C、M、Y各分色版，以打印体素聚集得到体素聚集点的方式进行模型体素颜色的RIP解析，得到C、M、Y打印体素分色版；对RIP后的各分色版进行合并，得到CMYRGBW七基色打印体素色版；以K版优先的打印体素叠合方法，将K版叠合至CMYRGBW七基色分色版上，得到CMYRGBWK八基色打印体素色版，最终获取八基色打印体素的位置信息；最终，对物体3D模型的表面体素进行CMYRGBWK八基色的逐层多色打印。

首先对3D打印设备进行校准，使设备达到稳定、线性的输出状态；根据标准CMYK四色色标中不同CMYK输入值，利用K版优先的八基色体素并列聚集呈色方法，打印标准色标IT8.7/3；测量标准色标IT8.7/3各色快的CIE颜色值，建立色标CMYK输入值和输出的CIE颜色值的映射关系；测得的标准色标输出CIE颜色数据输入到通用色彩管理软件(如：EFIColor Profiler、Profile Maker、Color Shop、MonacoPROFILER等)，软件分析原色标输入和输出色块的CIE颜色数据，并自动生成该3D打印机的设备ICC颜色特性文件。

在对3D物体进行形貌和颜色数据采集后，以OBJ、STL等不同的文件格式存储三角面片颜色和顶点位置信息。对其进行高度维度的切片和平面维度的栅格化处理，以晶格规则排列的体素描述3D物体的形貌和颜色信息。在xy平面和高度h描述的三维空间中，依据晶格立方体的大小，确定每层切片的高度与晶格高度大小相等；并在每个高度上的xy平面内进行位置及其对应颜色信息的栅格化；利用高度切片与三角面片的交线，并以曲线插值的方法，确定模型表面体素的外表面高度顶点位置；通过xy平面的栅格化处理，确定模型表面体素的内部顶点位置；同时，利用空间插值的方法得到每个模型体素的颜色信息；利用模型体素的八个顶点位置信息，可得该体素的中心位置信息，将该位置信息和体素颜色信息作为3D打印机的模型输入数据。

此外需要对表面轮廓和内部体素进行区分，以确定在不同的位置打印不同类型的材料；在表面轮廓位置的体素打印基色材料以呈现颜色；内部体素打印内部填充材料，以增强打印模型的物理性能，并节省成本。

OBJ、STL等格式3D模型数据中的颜色数据，多为依赖3D扫描设备的颜色空间中的R、G、B数据。必须将依赖设备颜色空间的数据转换到独立于设备的颜色空间，才可以进行开环式的ICC数字颜色管理流程，以实现对三维物体颜色信息的精确再现。本实施例中，根据3D扫描设备的颜色特性化文件，把3D模型的颜色数据统一转换到独立于设备的颜色空间CIELa*b*中。

在对3D打印机的开放式数字颜色管理中，可依据开放式ICC数字颜色管理的流程进行，根据3D打印机的ICC颜色特性文件，利用通用颜色管理软件Profile Maker5.0等，进行模型体素颜色的CMYK分色。

本实施例中，首先以打印体素C、M、Y三基色聚集的方式进行模型体素的呈色，得到打印体素的分色版C、M、Y。然后对C、M、Y分色版进行合并，得到二次色R、G、B，三次色白色W的打印体素位置；利用K版优先的原则，将K版打印体素叠合至CMYRGBW色版上，最终实现八基色打印体素分色，并确定八个基色打印体素的具体位置。

本实施例中，对模型体素颜色信息以打印体素聚集的方式进行RIP解析，实现打印体素的半色调呈色。在单色分色版中，模型体素的颜色以打印体素的胞元矩阵进行呈现，该胞元矩阵由聚集状态的多个打印体素点形成，例如每个胞元由100个打印体素组成。根据打印体素胞元聚集点的形状不同，得到不同的栅格胞元阈值矩阵，用模型体素颜色与阈值矩阵的值作比较，大于等于阈值矩阵值的栅格为喷墨状态，小于的为空白状态。为避免打印中“莫尔条纹”的产生，C、M、Y三基色模型体素分色版中，每个单色分色版的阈值矩阵采用间隔相等的不同角度。

将C、M、Y分色版分别进行RIP解析后，得到每个分色版栅格化后的体素位置，但不同分色版的体素可能会对应栅格矩阵中的同一位置。因此，会产生不同基色体素在同一栅格矩阵位置的颜色叠合现象。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C、M、Y分色版合并后，体素点的叠合位置，直接以对应的基色R、G、B、K和白色W的体素进行打印，栅格叠合体素的位置信息，就是与之对应的二次色R、G、B，三次色W的位置信息；利用K版优先的原则，将K版打印体素叠合至CMYRGBW色版上，最终实现八基色打印体素分色，并确定八个基色打印体素的具体位置。本发明通过对C、M、Y、K四基色进行开放式ICC颜色管理、分色、体素聚集式RIP解析，实现了C、M、Y、R、G、B、K、W八种基色的开放式ICC颜色管理、分色、K版优先的体素聚集式并列呈色。

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。

打印体素的材料为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。

参见图6所示的另一种基于颜色管理的3D打印色彩呈现方法的具体流程图；该方法中，可以设置阈值矩阵的大小为100个打印体素，其打印体素聚集点的形状为圆形或方形，打印体素大小为16微米的立方体，记录分辨率为1700dpi。具体流程如图6所示。

根据3D打印机的ICC颜色特性文件，将体素化后的模型体素分色，得到CMYK四色模型体素分色版。

本实施例中采用了底色去除的黑板替代量，图中单个体素的C版面积率C0、M70、Y94、K20。对每个像素进行RIP栅格化，用10×10的打印体素栅格胞元矩阵呈现模型单体素的面积率值，呈色胞元的形状为圆形。因此，可以根据圆形胞元形状计算10×10胞元阈值矩阵的元素值，模型单体素与打印体素阈值矩阵比较可得胞元矩阵中着墨点位置的分布。图6中，M70和Y94按照圆形呈色胞元的形状，在栅格胞元矩阵中分别占70和94个打印体素栅格。将M和Y版叠合，产生CMYRGBW七基色打印体素色版，其中有二次色R70，Y24和W6。将K20叠加至CMYRGBW七基色打印体素色版上，首先保证K优先颜色呈现，将CMYRGBW七基色打印体素色版上W的6个白色打印体素栅格用K颜色代替，并在剩余打印体素栅格上随机分布14个K色打印体素。最终得到CMYRGBWK八基色打印体素色版。K版优先的叠合方法，保证了中性色的颜色传递和呈现的精确性。

对物体3D模型的表面体素进行C、M、Y、R、G、B、K、W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。

对应于上述方法实施例，参见图7所示的一种基于颜色管理的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700，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701，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；

四基色分色模块702，用于根据预先获取的3D打印设备的ICC颜色特性文件和所述第二颜色信息，采用通用色彩管理软件对所述模型体素进行标准CMYK色标四基色分色处理，得到所述模型体素的CMYK四基色分色版；

八基色分色模块703，用于以K版优先为原则，采用八基色体素并列呈色的装置，根据所述CMYK四基色分色版获得所述模型体素的八基色打印体素色板；所述八基色打印体素色板包括八基色打印体素的位置信息和颜色信息；

打印模块704，用于根据所述八基色打印体素色板，采用不透明材料对所述3D模型进行逐层打印。

上述3D打印设备的ICC颜色特性文件，通过下述方式获得：对3D打印设备进行校准；根据标准CMYK四色色标中设定的CMYK输入值，以K版优先为原则，采用八基色体素并列呈色的装置，打印标准色标；测量标准色标中，各个色块的CIE颜色值，建立CMYK输入值和CIE颜色值的映射关系；采用通用色彩管理软件，对CMYK输入值和CIE颜色值进行分析，生成3D打印设备的ICC颜色特性文件。

上述八基色分色模块，还用于对所述CMYK四基色分色版进行栅格化处理，生成栅格矩阵；根据呈色胞元的形状和预设的阈值矩阵，判断胞元矩阵中各基色打印体素的分布，得到CMY三基色分色数据的打印体素分色版；其中，呈色胞元包含多个栅格；将CMY三基色分色数据的打印体素分色版进行叠合处理，得到CMYRGBW七基色打印体素色板；以K版优先为原则，将K版打印体素色板与CMYRGBW七基色打印体素色板进行叠合处理，得到八基色打印体素色板。

参见图8所示的一种基于颜色管理的3D打印色彩呈现系统的结构示意图；该系统包括3D打印机80和控制器81，控制器81中设置了上述基于颜色管理的3D打印色彩呈现装置。

本发明实施例提供的一种基于颜色管理的3D打印色彩呈现方法、装置及系统，该方法具有一下优点：

1、首先进行四色分色，其中有k版参与分色，可使呈现立体目标的灰度细节和层次更丰富，呈色色域更大；对于过渡色和渐变色会具有更好的呈色效果。

2、现有通用色彩管理软件大多都采用标准的CMYK四色色标，而本发明提出的黑版优先的八基色体素空间并列聚集呈色方法可打印标准CMYK色标，采用此类标准色标的通用色彩管理软件就可实现开放式3D打印ICC颜色管理；可更精准再现颜色；并利于3D打印颜色传递和交流。

3、开放式颜色管理，无需用户设计个性化色标、色域压缩映射、颜色数据映射、颜色管理引擎算法等复杂流程，可极大的简化3D打印中ICC颜色管理的流程；

4、利用通用软件进行3D打印的ICC数字颜色管理，降低了3D打印ICC数字颜色管理的难度，使其普适性更强，有利于3D打印ICC数字颜色管理应用的推广，提高颜色再现精度。

本发明实施例所提供的基于颜色管理的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。

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)

1.一种基于颜色管理的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ICC颜色特性文件和所述第二颜色信息，采用通用色彩管理软件对所述模型体素进行标准CMYK色标四基色分色处理，得到所述模型体素的CMYK四基色分色版；

以K版优先为原则，采用八基色体素并列呈色的方法，根据所述CMYK四基色分色版获得所述模型体素的八基色打印体素色板；所述八基色打印体素色板包括八基色打印体素的位置信息和颜色信息；

根据所述八基色打印体素色板，采用不透明材料对所述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3D打印设备的ICC颜色特性文件，通过下述方式获得：

对3D打印设备进行校准；

根据标准CMYK四色色标中设定的CMYK输入值，以K版优先为原则，采用八基色体素并列呈色的方法，打印标准色标；

测量所述标准色标中，各个色块的CIE颜色值，建立所述CMYK输入值和所述CIE颜色值的映射关系；

采用通用色彩管理软件，对所述CMYK输入值和所述CIE颜色值进行分析，生成3D打印设备的ICC颜色特性文件。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以K版优先为原则，采用八基色体素并列呈色的方法，根据所述CMYK四基色分色版获得所述模型体素的八基色打印体素色板的步骤，包括：

对所述CMYK四基色分色版进行栅格化处理，生成栅格矩阵；

根据呈色胞元的形状和预设的阈值矩阵，判断胞元矩阵中各基色打印体素的分布，得到CMY三基色分色数据的打印体素分色版；其中，所述呈色胞元包含多个栅格；

将所述CMY三基色分色数据的打印体素分色版进行叠合处理，得到CMYRGBW七基色打印体素色板；

以K版优先为原则，将K版打印体素色板与所述CMYRGBW七基色打印体素色板进行叠合处理，得到八基色打印体素色板。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述以K版优先为原则，将K版打印体素色板与所述CMYRGBW七基色打印体素色板进行叠合处理的步骤，包括：

比较所述胞元矩阵中，W体素与K体素的所占的面积率；其中，所述面积率为所述呈色胞元内着色的栅格数量与所述胞元内栅格的总数量之比；

如果所述W体素的面积率大于或等于所述K体素的面积率，将所述K体素随机分布于所述W体素的位置上；

如果所述W体素的面积率小于所述K体素的面积率，将全部所述W体素替换为对应的K体素，未替换的所述K体素在CMYRGB六基色体素位置上随机分布。

5.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。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待打印的3D模型，通过下述方式获得：

采集3D物体的形貌数据和颜色数据，以设定的文件格式存储对应的三角面片颜色和顶点位置信息；

对所述三角面片颜色和顶点位置信息进行高度维度的切片和平面维度的栅格化处理，生成晶格规则排列的体素；所述切片的高度与晶格高度相同；

在每个切片的平面内，对所述三角面片颜色和顶点位置信息进行栅格化处理；

根据高度切片与三角面片的交线，采用曲线差值的方法，确定模型表面体素的内部顶点位置；

采用空间差值的方法得到每个所述体素的颜色信息；

根据所述体素的顶点位置信息得到所述体素的中心位置信息；

将所述体素的中心位置信息和颜色信息保存为3D模型。

7.一种基于颜色管理的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；

四基色分色模块，用于根据预先获取的3D打印设备的ICC颜色特性文件和所述第二颜色信息，采用通用色彩管理软件对所述模型体素进行标准CMYK色标四基色分色处理，得到所述模型体素的CMYK四基色分色版；

八基色分色模块，用于以K版优先为原则，采用八基色体素并列呈色的装置，根据所述CMYK四基色分色版获得所述模型体素的八基色打印体素色板；所述八基色打印体素色板包括八基色打印体素的位置信息和颜色信息；

打印模块，用于根据所述八基色打印体素色板，采用不透明材料对所述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3D打印设备的ICC颜色特性文件，通过下述方式获得：

对3D打印设备进行校准；

根据标准CMYK四色色标中设定的CMYK输入值，以K版优先为原则，采用八基色体素并列呈色的装置，打印标准色标；

测量所述标准色标中，各个色块的CIE颜色值，建立所述CMYK输入值和所述CIE颜色值的映射关系；

采用通用色彩管理软件，对所述CMYK输入值和所述CIE颜色值进行分析，生成3D打印设备的ICC颜色特性文件。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述八基色分色模块，还用于：

对所述CMYK四基色分色版进行栅格化处理，生成栅格矩阵；

根据呈色胞元的形状和预设的阈值矩阵，判断胞元矩阵中各基色打印体素的分布，得到CMY三基色分色数据的打印体素分色版；其中，所述呈色胞元包含多个栅格；

将所述CMY三基色分色数据的打印体素分色版进行叠合处理，得到CMYRGBW七基色打印体素色板；

以K版优先为原则，将K版打印体素色板与所述CMYRGBW七基色打印体素色板进行叠合处理，得到八基色打印体素色板。

10.一种基于颜色管理的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。