CN111361155A - 一种防护装置的3d打印模型生成方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种防护装置的3D打印模型生成方法及装置，方法包括，获取待制作的防护装置的类型；根据所述防护装置的类型扫描获取对应使用位置的人体三维模型；根据所述人体三维模型生成内表面与所述人体三维模型的外表面相匹配的初始三维模型；根据所述人体三维模型识别获取人体三维模型信息；根据所述防护装置的类型和所述人体三维模型信息对初始三维模型划分功能类型区域；根据划分得到的所述功能类型区域修订初始三维模型的模型参数，以生成实际三维模型；获取功能类型区域对应打印材质，根据所述打印材质和实际三维模型，生成3D打印模型。本申请解决了现有技术中非技术人员无法快速个性化定制自身防具的技术问题，实现紧缺物资快速供给。

Description

一种防护装置的3D打印模型生成方法及装置

技术领域

本发明涉及3D打印领域，具体涉及一种防护装置的3D打印模型生成方法。

背景技术

医疗防护物资可以由多种途径生成，注塑加工等工厂通用化生成方式是常规方法，但随着科技的进步，现代医学也常用3D打印技术来打印一些特殊的医用产品，当3D打印设备逐步普及后，在一些紧急情况下，还可利用3D打印机制作医疗用品，如导管、手术工具等，减少获取环节和时间，临时解决医疗用品不足的问题。成本和效率上来说，3D打印护目镜肯定没有注塑加工的方式更有效，但是在紧急情况下，3D打印技术还是可以解决燃眉之急。

然而，由于3D打印技术具有较高的技术含量，普通医护人员在需要防具时，如果采用3D打印机进行打印，批量式的3D打印产品也无法满足人们个性化需求，如果需要符合不同医护人员的个性化需求，又必须进行复杂的操作，或者求助于专业人士进行相关建模后再进行打印；并且，现有技术中虽然有扫描模型后进行3D打印的技术，但这仅局限于扫描的模型和打印的产品是一样的形状，而像类似医用护具等与人体匹配的产品，是无法直接扫描后进行打印的。

因此，急需提供一种能够个性化设定与医护人员相适配的3D打印模型建立方法以及与之相关的用于建立3D打印模型的装置，使得一线医务人员在不具备专业知识的情况下，也能够快速获得与对应人员相匹配的3D打印模型，并将其进行打印以解决一线物资紧缺的情况。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了防护装置的3D打印模型生成方法。所述技术方案如下：

获取待制作的防护装置的类型；

根据所述防护装置的类型扫描获取对应使用位置的人体三维模型；

根据所述人体三维模型生成内表面与所述人体三维模型的外表面相匹配的初始三维模型；

根据所述人体三维模型识别获取人体三维模型信息；

根据所述防护装置的类型和所述人体三维模型信息对初始三维模型划分功能类型区域；

根据划分得到的所述功能类型区域修订初始三维模型的模型参数，以生成实际三维模型；所述模型参数至少包括功能类型区域对应的厚度，以及内表面与所述人体三维模型的外表面的间隙；

获取功能类型区域对应打印材质，根据所述打印材质和实际三维模型，生成3D打印模型。

本申请另一方面提供了一种防护装置的3D打印模型生成装置，所述装置包括：

类型获取模块，用于获取待制作的防护装置的类型；

扫描模块，用于根据所述防护装置的类型扫描获取对应使用位置的人体三维模型；

初始三维模型生成模块，用于根据所述人体三维模型生成内表面与所述人体三维模型的外表面相匹配的初始三维模型；

信息识别模块，用于根据所述人体三维模型识别获取人体三维模型信息；

区域划分模块，用于根据所述防护装置的类型和所述人体三维模型信息对初始三维模型划分功能类型区域；

实际三维模型生成模块，用于根据划分得到的所述功能类型区域修订初始三维模型的模型参数，以生成实际三维模型；所述模型参数至少包括功能类型区域对应的厚度，以及内表面与所述人体三维模型的外表面的间隙；

材质获取模块，用于获取功能类型区域对应打印材质；

打印模型生成模块，用于根据所述打印材质和实际三维模型，生成3D打印模型。

本申请提供的防护装置的3D打印模型生成方法及装置，具有如下技术效果：

(1)根据护具的特点，通过全程自动化建立相应的模型，实现防护装置的个性化设置，并且能够快速用于3D打印出成品，解决了物资紧缺时，重要防护用具无法供应的技术问题。

(2)根据功能类型区域修订模型以及选择不同的材料，使得最终打印出的产品与人体能够很好地适配。

(3)基于需要，可制作一体化防护设备，同时满足整体防护需求；也可分开制作形成特点位置保护，或者与其他部件能够适配的防护装置。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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它附图。

图1是本申请实施例提供的一种防护装置的3D打印模型生成方法的流程图；

图2是具体实施例中箍带式护目镜的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种防护装置的3D打印模型生成装置的模块组成图；

图4是本申请实施例提供的防护装置的3D打印模型生成装置服务器的硬件结构框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是本申请实施例提供的一种防护装置的3D打印模型生成方法，请参照图1，本实施例提供的三维图形识别方法包括如下步骤：

S100，获取待制作的防护装置的类型；

具体地，步骤S100中，获取待制作的防护装置的类型包括但不限于以下步骤：

S110，获取待制作防护装置大类，所述防护装置大类为护目镜、防护手套、防护头罩、防护服中的一种，大类也可以为其他根据需要添加，获取待制作防护装置大类的方式可以是读取预设生产清单，也可以根据临时操作员在可操作界面上选取的大类来获取信息。

S120，获取防护装置大类下的具体款式；

S130，确认具体款式中待打印的区域和待安装区域；

其中，步骤S130中，确认具体款式中待打印的区域和待安装区域包括：

S131，获取待安装区域选取信息；

S132，根据待安装区域选取信息判断是否有区域被选中；

S133，当有区域被选中时，将选中的区域确认为待安装区域，所述待制作防护装置的其余区域确认为待打印区域；

S134，当没有区域被选中时，所述待制作防护装置全部为待打印区域，无待安装区域。

在确认具体款式中待打印的区域和待安装区域之后，进行下一步操作，即：

S140，根据所述待打印的区域和所述待安装区域确定防护装置的类型，由此，防护装置的类型包含待制作的防护装置上述提到的所有获取的特征，可以基于上述特征，用于后续的类型区域的种类选定，以及类型区域的具体划分。所述功能类型区域的种类与所述防护装置的类型存储于预设对照表中，两者一一对应。

S200，根据所述防护装置的类型扫描获取对应使用位置的人体三维模型；

其中，对应使用位置是指待打印防护装置对应人体相关的位置，例如需要生产的是防护帽，则需要扫描头部上半部份穿戴位置的三维信息，如果是手套，则扫描获取的是手部信息，如果是护目镜，则需要扫描对应穿戴护目镜位置的信息，比如眼部、鼻部、耳部等相关位置。

S300，根据所述人体三维模型生成内表面与所述人体三维模型的外表面相匹配的初始三维模型；

初始三维模型仅仅是与穿戴位置反向匹配的模型，但具体应用于实际产品时，防护装置肯定会根据功能区域，有着不同的配合关系，比如密封保护区需要密封，嘴部、鼻部等对应位置则需要间隙来呼吸和器官运动。因此需要对初始三维模型进行进一步地处理。

S400，根据所述人体三维模型识别获取人体三维模型信息；

其中，具体包括如下步骤：

S410，获取人体三维模型的点云及所述人体三维模型的点云中各点的特征数据；具体地，所述目标三维模型的点云中各点的特征数据可以包括但不限于：所述目标三维模型的点云中的点在三维曲面的曲率信息、所述目标三维模型的点云中的点到三维曲面投影平面的距离及所述目标三维模型的点云中的点与周围所有邻接点的平均距离。

在实际应用中，所述获取目标三维模型的点云可以包括基于三维扫描仪器对所述目标三维模型进行三维扫描，得到目标三维模型的点云。具体地，所述点云是通过测量仪器得到的产品外观表面的点数据集合，获取目标三维模型的点云有利于后续对目标三维图形进行识别处理。

S420，根据人体三维模型的点云和各点的特征数据获取二维数组及所述目标三维模型中的点与二维像素的映射关系；具体地，当所述目标三维模型的点云的曲面上有孔洞时，对所述目标三维模型的点云进行预处理，得到目标二维数组及所述目标三维模型中的点与二维像素的映射关系。

S430，基于所述目标二维数组及所述人体三维模型的点云中各点的特征数据，得到与所述人体三维模型对应的目标二维图像；

S440，基于二维图像识别网络对所述目标二维图像进行图像识别，得到目标二维图像识别结果；

S450，基于所述目标三维模型中的点与二维像素的映射关系，将所述目标二维图像识别结果映射到所述人体三维模型，得到人体三维模型信息。

S500，根据所述防护装置的类型和所述人体三维模型信息对初始三维模型划分功能类型区域；

其中，当防护装置的类型中包括待安装区域时，所述功能类型区域包括安装连接区；安装连接区，即为待打印区和安装区之间用于安装匹配的区域；进一步地，所述实际三维模型包括与所述安装连接区对应的安装连接部。待打印区对应的部件由本次方法的模型3D打印获得，安装区对应的部件可以是现有的，也可以是通过另外制造方式获取的，甚至也可以是通过本方法中扫描得到的模型，在下一次3D 打印任务中进行安装区对应部件的打印，最终将待打印区和安装区对应的部件拼装在一起。

S600，根据划分得到的所述功能类型区域修订初始三维模型的模型参数，以生成实际三维模型；所述模型参数至少包括功能类型区域对应的厚度，以及内表面与所述人体三维模型的外表面的间隙；具体地，例如密封区，则与人体表面是密封配合，器官活动区域则根据预设距离设定间隙，各部件的厚度数据则采用现有常用的数值记录在预设对照表中。

S700，获取功能类型区域对应打印材质，根据所述打印材质和实际三维模型，生成3D打印模型。具体的，功能类型区域对应打印材质可以为多种不同材质，3D打印模型用于供3D打印机一体打印成型，一体打印成型过程可以通过3D打印材料喷头喷出不同材料完成，不同材料的一体打印可以使得整体结构更加稳定，减少组装带来的风险。

其中，所述打印材质可以全部是生物相容性材料，也可以是部分生物相容性材料，具体地，可以是医学3D打印专用光敏树脂。

具体地，也可以将功能类型区域与打印材质的预设对照表预先存储，或者打印材质也可以有多种推荐材质供用户选择，可以在互动界面上显示材质的特性，在用户选择相应的材质后获取功能类型区域对应打印材质。

为了更清楚地描述，结合具体例子加以说明，当需要打印的对象为护目镜时，参见图2，对应的，在获取待制作的防护装置的类型步骤中，首先，操作人员选取大类为护目镜，当获取的待制作防护装置大类为护目镜时，供操作人员选择的具体款式为箍带式或耳架固定式；其中，箍带式为如图2所示结构，而耳架固定式则是常规眼睛通过镜架支撑在鼻梁和耳朵上的结构。本实施例中以箍带式护目镜为例，使用状态时，护目镜包括镜框1、密封防护件3、镜片2、以及箍带4。用于打印生产该护目镜的过程结合本申请具体步骤为：

操作人员选取大类为护目镜，进一步选择具体款式为箍带式或耳架固定式；

选择是否有安装区域，即护目镜所有部件均一次性打印，还是部分部件是另外安装。当当无待安装区域时，所述功能类型区域至少包括密封防护件3对应的密封保护区、镜框1对应的主框架区和镜片2 对应的可视区；在其他应用场景中，如果需要进一步扩大视野范围，也可以选择将镜框1的部分或者全部包含在可视区内，使得视野更加的广阔，此时，镜片镜框为同一材质一体成型。其中，护目镜也不局限于上述两种款式，也可以是现有技术中任意其他款式，例如整体头罩式等；可视区也可以根据需求进一步扩大，例如护目镜的可视区域可以扩大到整个头面部，扩大可视范围，使得其对应的可视区域的打印材料均为透明材料。

当有待安装区域时，即用户选取其中一部分部件采用后期安装的方式完成，那么此情况下不打印安装区，但为了与待安装部件配合，待安装区域对应的所述功能类型区域边缘位置为安装连接区。以护目镜为例，如果镜片不选择打印，则镜片区域为待安装区，则镜框打印时边缘处会生成与镜片配合的卡接部，如果是箍带不打印，则镜框打印时会生成卡勾或者其他与箍带配合的连接部件。在确定护目镜待打印部件对应的材料后，生成的打印模型进行一体打印成型过程可以通过3D打印材料喷头喷出不同材料完成，不同材料的一体打印可以使得整体结构更加稳定，减少组装带来的风险。

进一步地，在另一实施例中，还提供一种防护装置的3D打印模型生成装置，如图3所示，所述装置包括：

类型获取模块10，用于获取待制作的防护装置的类型；

扫描模块20，用于根据所述防护装置的类型扫描获取对应使用位置的人体三维模型；

初始三维模型生成模块30，用于根据所述人体三维模型生成内表面与所述人体三维模型的外表面相匹配的初始三维模型；

信息识别模块40，用于根据所述人体三维模型识别获取人体三维模型信息；

区域划分模块50，用于根据所述防护装置的类型和所述人体三维模型信息对初始三维模型划分功能类型区域；

实际三维模型生成模块60，用于根据划分得到的所述功能类型区域修订初始三维模型的模型参数，以生成实际三维模型；所述模型参数至少包括功能类型区域对应的厚度，以及内表面与所述人体三维模型的外表面的间隙；

材质获取模块70，用于获取功能类型区域对应打印材质；

打印模型生成模块80，用于根据所述打印材质和实际三维模型，生成3D打印模型。

具体地，上述模块进一步可实现前述方法步骤的具体功能。

本发明实施例所提供的方法实施例可以在移动终端、计算机终端、服务器或者类似的运算装置中执行，即上述计算机设备可以包括移动终端、计算机终端、服务器或者类似的运算装置。以运行在服务器上为例，图4是本发明实施例提供的一种防护装置的3D打印模型生成方法。如图4所示，该服务器800可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上中央处理器(Central Processing Units，CPU)810(处理器810可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)、用于存储数据的存储器830，一个或一个以上存储应用程序823或数据822的存储介质820(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中，存储器830和存储介质820 可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质820的程序可以包括一个或一个以上模块，每个模块可以包括对服务器中的一系列指令操作。更进一步地，中央处理器810可以设置为与存储介质820通信，在服务器800上执行存储介质820中的一系列指令操作。服务器800还可以包括一个或一个以上电源860，一个或一个以上有线或无线网络接口850，一个或一个以上输入输出接口840，和/或，一个或一个以上操作系统821，例如Windows Server^TM，Mac OS X^TM，Unix^TM,Linux^TM， FreeBSD^TM等等。

输入输出接口840可以用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括服务器800的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，输入输出接口840包括一个网络适配器(Network Interface Controller，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，输入输出接口840可以为射频 (RadioFrequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

本领域普通技术人员可以理解，图4所示的结构仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，服务器800还可包括比图 4中所示更多或者更少的组件，或者具有与图4所示不同的配置。

本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质可设置于服务器之中以保存用于实现方法实施例中一种三维图形识别方法相关的至少一条指令或至少一段程序，该至少一条指令或至少一段程序由该处理器加载并执行以实现上述方法实施例提供的防护装置的3D打印模型生成方法。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以位于计算机网络的多个网络服务器中的至少一个网络服务器。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

由上述本发明提供的一种防护装置的3D打印模型生成方法及装置，具有如下技术效果：

(1)根据护具的特点，通过全程自动化建立相应的模型，实现防护装置的个性化设置，并且能够快速用于3D打印出成品，解决了物资紧缺时，重要防护用具无法供应的技术问题。

(2)根据功能类型区域修订模型以及选择不同的材料，使得最终打印出的产品与人体能够很好地适配。

(3)基于需要，可制作一体化防护设备，同时满足整体防护需求；也可分开制作形成特点位置保护，或者与其他部件能够适配的防护装置。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、设备和存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防护装置的3D打印模型生成方法，其特征在于，所述方法包括：

获取待制作的防护装置的类型；

根据所述防护装置的类型扫描获取对应使用位置的人体三维模型；

根据所述人体三维模型生成内表面与所述人体三维模型的外表面相匹配的初始三维模型；

根据所述人体三维模型识别获取人体三维模型信息；

根据所述防护装置的类型和所述人体三维模型信息对初始三维模型划分功能类型区域；

根据划分得到的所述功能类型区域修订初始三维模型的模型参数，以生成实际三维模型；所述模型参数至少包括功能类型区域对应的厚度，以及内表面与所述人体三维模型的外表面的间隙；

获取功能类型区域对应打印材质，根据所述打印材质和实际三维模型，生成3D打印模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功能类型区域对应打印材质为多种不同打印材质，3D打印模型用于供3D打印机将多种不同打印材质一体打印成型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取待制作的防护装置的类型具体包括：

获取待制作防护装置大类，所述防护装置大类为护目镜、防护手套、防护头罩、防护服中的一种；

获取防护装置大类下的具体款式；

确认具体款式中待打印的区域和待安装区域；

根据所述待打印的区域和所述待安装区域确定防护装置的类型。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述确认具体款式中待打印的区域和待安装区域包括：

获取待安装区域选取信息；

根据待安装区域选取信息判断是否有区域被选中；

当有区域被选中时，将选中的区域确认为待安装区域，所述待制作防护装置的其余区域确认为待打印区域；

当没有区域被选中时，所述待制作防护装置全部为待打印区域，无待安装区域。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

当防护装置的类型中包括待安装区域时，所述功能类型区域包括安装连接区；

所述实际三维模型包括与所述安装连接区对应的安装连接部。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当获取的待制作防护装置大类为护目镜时，所述具体款式为箍带式或耳架固定式；

当无待安装区域时，所述功能类型区域至少包括密封保护区、主框架区和可视区；

当有待安装区域时，待安装区域对应的所述功能类型区域边缘位置为安装连接区。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述可视区对应的打印材质为3D打印透明材质。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述打印材质为医用级3D打印材质。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述人体三维模型识别获取人体三维模型信息包括：

获取人体三维模型的点云及所述人体三维模型的点云中各点的特征数据；

根据人体三维模型的点云和各点的特征数据获取二维数组及所述目标三维模型中的点与二维像素的映射关系；

基于所述目标二维数组及所述人体三维模型的点云中各点的特征数据，得到与所述人体三维模型对应的目标二维图像；

基于二维图像识别网络对所述目标二维图像进行图像识别，得到目标二维图像识别结果；

基于所述目标三维模型中的点与二维像素的映射关系，将所述目标二维图像识别结果映射到所述人体三维模型，得到人体三维模型信息。

10.一种防护装置的3D打印模型生成装置，其特征在于，所述装置包括：

类型获取模块，用于获取待制作的防护装置的类型；

扫描模块，用于根据所述防护装置的类型扫描获取对应使用位置的人体三维模型；

初始三维模型生成模块，用于根据所述人体三维模型生成内表面与所述人体三维模型的外表面相匹配的初始三维模型；

信息识别模块，用于根据所述人体三维模型识别获取人体三维模型信息；

区域划分模块，用于根据所述防护装置的类型和所述人体三维模型信息对初始三维模型划分功能类型区域；

实际三维模型生成模块，用于根据划分得到的所述功能类型区域修订初始三维模型的模型参数，以生成实际三维模型；所述模型参数至少包括功能类型区域对应的厚度，以及内表面与所述人体三维模型的外表面的间隙；

材质获取模块，用于获取功能类型区域对应打印材质；

打印模型生成模块，用于根据所述打印材质和实际三维模型，生成3D打印模型。

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