CN112132943B - 一种面向3d打印的过程纹理合成系统及方法 - Google Patents
一种面向3d打印的过程纹理合成系统及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112132943B CN112132943B CN202010871745.0A CN202010871745A CN112132943B CN 112132943 B CN112132943 B CN 112132943B CN 202010871745 A CN202010871745 A CN 202010871745A CN 112132943 B CN112132943 B CN 112132943B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- contour
- texture
- sampling points
- layer
- printing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 74
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 45
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 13
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 80
- 230000006870 function Effects 0.000 claims abstract description 46
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 15
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims description 12
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 9
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 7
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 3
- 230000002040 relaxant effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 abstract description 22
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T15/00—3D [Three Dimensional] image rendering
- G06T15/04—Texture mapping
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y50/00—Data acquisition or data processing for additive manufacturing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Image Generation (AREA)
Abstract
本发明提供了一种面向3D打印的过程纹理合成系统及方法，接收包含目标3D形状的G‑code文件，并从文件中提取外部轮廓；沿着打印方向和切片的轮廓方向进行参数化，将采样点分布置每个轮廓线上，进行采样点的投影，在采样点均匀分布于每条轮廓线的约束下最小化投影能量；在打印方向和切片的轮廓方向上指定纹理函数，两个方向进行叠加，形成所需的纹理；将形成纹理的轮廓转换生成用于3D打印的G‑Code文件。本发明直接在G‑code文件上进行纹理合成，无需进行网格模型处理与表示，与传统在网格模型上进行纹理嵌入的方法相比，无需进行复杂网格切片等操作，计算效率更高，准确率更高。
Description
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，涉及一种面向3D打印的过程纹理合成系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
纹理是真实感图形学的重要组成部分。在现代生产中，纹理技术的使用范围越来越广，特别是在计算机制作、动画设计、三维游戏和广告设计等领域上。纹理映射是通过将已经存在的纹理图像映射到物体表面，从而实现为物体表面则增加表面细节的过程。三维几何纹理在现实生活中广泛存在并且受到人们的喜爱，这得益于其多变的视觉效果和触觉体验，几何纹理为3D形状提供了美学和触感。
在数字制造的背景下，3D打印可以产生具有复杂几何形状的模型。3D打印，又称增材制造，随着3D打印技术的迅速发展，打印精度与打印速度逐渐提高，3D打印设备与打印材料的价格逐渐降低，3D打印也被广泛的应用于各个领域。
G-code是一系列用于控制计算机数控(CNC)机器的机械和电子设备的命令，包括3D打印机。在典型的线成型制造方式如熔融沉积成型(FDM)打印机中，用来命令设置坐标系统，控制挤出机温度，挤压材料以形成形状等。要打印高质量的对象，命令需要适当的参数，否则会出现打印错误。研究人员将指令参数作为一个设计空间，通过操控G-code，可以实现毛发状的、波浪状的、片状和织物等结构，这是传统方法无法实现的，也比传统方法简单得多。
近年来，3D打印在复杂几何形状模型上的应用推动了在网格上进行纹理合成的研究工作，这些工作通常产生的是三维网格模型，然后将模型发送到制造过程。然而，通常情况下纹理被嵌入到形状中，由于几何纹理的细节，切片和路径规划都需要大量的存储空间和处理时间等工作负载。细致的纹理也会产生高分辨率的网格，这为生成打印文件引入了大量的计算开销。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种面向3D打印的过程纹理合成系统及方法，本发明能够在G-code级别直接嵌入几何纹理。满足了美感及触觉的纹理体验以及操作简单、存储及时间负载小的设计需求。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
一种面向3D打印的过程纹理合成方法，包括以下步骤：
接收包含目标3D形状的G-code文件，并从文件中提取外部轮廓；
沿着打印方向和切片的轮廓方向进行参数化，将采样点分布置每个轮廓线上，进行采样点的投影，在采样点均匀分布于每条轮廓线的约束下最小化投影能量；
在打印方向和切片的轮廓方向上指定纹理函数，两个方向进行叠加，形成所需的纹理；
将形成纹理的轮廓转换生成用于3D打印的G-Code文件。
作为可选择的实施方式，接收包含目标3D形状的G-code文件的具体过程包括：
接收用户选择的带有模型的G-code文件；
接收用户选择的预设函数作为输入的纹理函数，并接收设置参数；
或，接收用户手动绘制的输入的纹理函数。
作为可选择的实施方式，沿着打印方向和切片的轮廓方向进行参数化的具体过程包括：
选择G-code中的第一层作为基本层，假设基础层有m0个轮廓，将k个采样点放入最底层，并将其均匀分布在每个轮廓线上；
确定层i和层i-1中轮廓的继承关系；
对采样点分布进行优化和松弛平滑处理。
作为进一步的限定，确定层i和层i-1中轮廓的继承关系的具体过程包括：
用表示是第i层的第j个轮廓，从其前身轮廓投影采样点，对于每一个轮廓/>找到其前驱轮廓CPi j；使用多边形相交检测来确定相邻层中两个轮廓之间的继承关系，轮廓/>和/>是两个多边形，把它们投影到x-y平面上，如果它们有交集，则/>的前驱是/>
其中，对于第i-1层的每一个轮廓测试其与层i中所有轮廓的继承关系；当轮廓/>与层i中的所有轮廓都不相交，那么则认为轮廓/>在第i层中消失，则忽略这个轮廓线，不把它的任何采样点投影到第i层；当轮廓/>与第i-1层的任一轮廓都不相交，则将其作为基础层，并在其上均匀分配采样点。
作为进一步的限定，对采样点分布进行优化处理的过程包括：
将所有的轮廓上的采样点投影到它的继承轮廓来保持采样点的数量恒定，当将采样点投影到当前层时，使用投影能量E来衡量失真，定义投影能量/>使得
其中，q为当前轮廓采样点的个数，表示第i层的轮廓j的采样点，/>表示/>的前身的采样点，/>是他们的投影距离；n表示当前层内的轮廓数，m表示当前轮廓的采样点的个数，/>表示当前轮廓的长度。
通过能量方程找到每一个满足这个能量方程的设/>为第i层第j个轮廓的长度，抽样点的个数是nc，则求出/>通过在范围δ∈[-λ,λ]内调整/>的位置找到最好的
作为进一步的限定，对采样点分布进行松弛平滑处理的过程包括：
利用一个平滑掩模M(x)来平滑发生拓扑变化的区域的变化。M(x)由一组控制点定义；对于每个控制点pi，定义平滑高斯核/>取设定值；
使用4个相邻的采样点作为影响蒙版，控制点驱动的所有核函数用作松弛调谐算子，平滑操作时，采样点被限制在代表原始模型的轮廓上。
作为可选择的实施方式，在打印的轮廓方向u上指定纹理函数的具体过程包括：在打印的轮廓方向定义基础的纹理函数，纹理函数中的周期Tu是相邻两个采样点之间的距离，spi和spi+1是相邻的两个采样点，从spi到spi+1是一条线段l，对于l上的每一点x都可以得到f(x)；进行逆变换，对原始轮廓上的每一点，沿着轮廓方向u的法线方向n(x)移动f(x)距离，改变其位置。
作为可选择的实施方式，在切片的轮廓方向上指定纹理函数的具体过程包括：采样点构成一组轨迹线t，对于每一个轨迹线，均匀地除以最初G-code中的层数m，对于直线t上的位置x，得到偏移距离f(x)而不是沿着法线方向n(x)改变位置。
一种面向3D打印的过程纹理合成系统，包括：
输入模块，被配置为接收包含目标3D形状的G-code文件，并从文件中提取外部轮廓；
参数化模块，被配置为沿着打印方向和切片的轮廓方向进行参数化，将采样点分布置每个轮廓线上，进行采样点的投影，在采样点均匀分布于每条轮廓线的约束下最小化投影能量；
纹理嵌入模块，被配置为在打印方向和切片的轮廓方向上指定纹理函数，两个方向进行叠加，形成所需的纹理；
模型文件生成模块，被配置为将形成纹理的轮廓转换生成用于3D打印的G-Code文件。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种面向3D打印的过程纹理合成方法。
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种面向3D打印的过程纹理合成方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明直接在G-code文件上进行纹理合成，无需进行网格模型处理与表示，与传统在网格模型上进行纹理嵌入的方法相比，无需进行复杂网格切片等操作，计算效率更高，准确率更高。
2、本发明得到的G-code文件可以直接应用于3D打印，存储空间小，具有更高的打印鲁棒性。
3、本发明还提供了一个用户界面来控制采样点的传播，从而可以生成更多的纹理。
4、本发明全自动化生成纹理，无需较强的专业性，成本较低，便于操作，易于使用。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的一种面向3D打印的过程纹理合成系统的流程图；
图2为输入的模型文件的示意图；
图3为参数空间构造结果示意图；
图4为在轮廓方向u上应用函数后的示意图；
图5(a)为在u方向上应用函数后的结果图；
图5(b)为在v方向上应用函数后的结果图；
图6(a)为应用纹理后的外轮廓示意图；
图6(b)为路径规划后的打印路径示意图；
图7为方法生成的部分纹理集合结果图；
图8为使用本发明的方法生成的最终结果图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
一种面向3D打印的过程纹理合成方法，该方法提出了一个直接在制造编程语言G-code级别生成几何纹理的方法。该方法通过输入的三维模型的G-code，在路径轮廓上逐层嵌入纹理，因而无需重建形状。首先通过采样点传播方法建立参数空间，在参数空间中应用纹理函数，然后转换回轮廓，将几何纹理嵌入到了G-code文件中，即可直接应用于打印制造。
该发明的主要目的是在G-code级别直接嵌入几何纹理。满足了美感及触觉的纹理体验以及操作简单、存储及时间负载小的设计需求。
首先，输入一个包含目标3D形状的G-code文件，本发明设计了一个从所输入的G-code文件中提取外部轮廓的解析器。通过这个解析器，可以逐层构造轮廓，代表了给定输入模型的表面。
然后构造一个参数空间来进行纹理映射。参数化过程有两个坐标轴,这两个坐标轴分别是打印方向u和沿着切片的轮廓方向v。本发明使用采样点来执行参数化，在基础层上生成采样点。我们选择G-code中的第一层作为基础层，设基础层有m0个轮廓。把k个采样点放在基础层并且将它们均匀地分布在每个轮廓线上。对于第i层(i的取值范围为[1,n])，将第i-1层的采样点投影到第i层。
采样点的传播必须连续光滑，否则表面纹理生成会产生较大的失真。本发明提出了一种投影能量来测量失真，并采用了一种投影松弛方案，在采样点均匀分布于每条轮廓线的约束下最小化投影能量。
参数化后G-code所表示的表面可分为两个坐标轴,印刷方向u和沿着切片轮廓方向v。然后在表面上生成纹理。本发明提供一组函数，通过在两个方向分配函数，组合函数f(u,v)就是一种几何纹理，通过应用f(u,v)到每一个轮廓来将纹理嵌入到轮廓中。
最后，本发明应用路径规划的方法来生成与输入文件相同的模型表面带有纹理的G-code文件，并可直接用于3D打印。
作为一种典型的实施方式，本实施例中，采用M表示输入的待制造的模型，如附图2所示。
一种面向3D打印的过程纹理合成方法，如图1所示，包括：
步骤(1)：输入待制造模型M的G-code文件以及用户交互获得的纹理f(u,v)。
其中，读入文件及用户交互部分，包括：
步骤(1.1)在交互界面中选择模型的G-code文件读入待处理。
步骤(1.2)在交互界面中选择预设的函数作为输入的纹理函数f(u,v)，并可调节周期、振幅等参数。
步骤(1.3)若无用户想要获得的纹理函数，可以在绘制面板中进行手动绘制作为输入的纹理函数f(u,v)，使用贝塞尔曲线作为用户绘制的工具。
步骤(2)：构建参数空间。
步骤(2.1)首先进行初始化。选择G-code中的第一层作为基本层。假设基础层有m0个轮廓。我们将k个采样点放入最底层，并将其均匀分布在每个轮廓线上。
步骤(2.2)得到层i和层i-1中轮廓的继承关系。
具体地，用表示是第i层的第j个轮廓，为了保持连续性，需要从其前身轮廓投影采样点。对于每一个轮廓/>需要找到他的前驱轮廓CPi j。使用多边形相交检测来确定相邻层中两个轮廓之间的继承关系。轮廓/>和/>是两个多边形，把它们投影到x-y平面上，如果它们有交集，则/>的前驱是/>
其中，对于第i-1层的每一个轮廓测试其与层i中所有轮廓的继承关系。当轮廓/>与层i中的所有轮廓都不相交，那么则认为轮廓/>在第i层中消失，则忽略这个轮廓线，不把它的任何采样点投影到第i层。当轮廓/>与第i-1层的任一轮廓都不相交，则将其作为基础层，并在其上均匀分配采样点。
步骤(2.3)对采样点分布进行优化。
具体地，为了保证采样点在表面上的平滑传播，将所有的轮廓上的采样点投影到它的继承轮廓来保持采样点的数量恒定。当将采样点投影到当前层时，使用投影能量E来衡量失真。我们定义投影能量/>使得/>
其中，q为当前轮廓采样点的个数，表示第i层的轮廓j的采样点，/>表示/>的前身的采样点，/>是他们的投影距离；n表示当前层内的轮廓数，m表示当前轮廓的采样点的个数，/>表示当前轮廓的长度。
然后，通过这个能量方程找到每一个满足这个能量方程的设/>为第i层第j个轮廓的长度。抽样点的个数是nc，则求出/>通过在范围δ∈[-λ,λ]内调整/>的位置找到最好的/>
步骤(2.4)松弛平滑。经过采样点投影，具有继承的采样点从下到上形成一组轨迹线。尽管均匀分布的约束使投影误差最小。但是，当相邻层发生较大的几何或拓扑变化时，由于采样点间距的恒定，必然导致层间的不平滑，所以要进行平滑操作。
具体地，我们利用一个平滑掩模M(x)来平滑发生拓扑变化的区域的变化。M(x)由一组控制点定义。对于每个控制点pi，定义平滑高斯核/>在实验过程中取值0.25P(pi)。
其中，我们使用4个相邻的采样点作为影响蒙版。控制点驱动的所有核函数用作松弛调谐算子。平滑操作时，采样点必须被限制在代表原始模型的轮廓上，否则经过多次迭代后，基本形状会发生变化。
参数空间构造最终示意图如例图3所示。
步骤(3):纹理嵌入。参数化后，将外表面与坐标空间结合，分别在u和v方向上指定纹理函数，两个方向的叠加可以形成所需的纹理。
步骤(3.1)控制参数。
具体地，该发明以方波函数、正弦函数、锯齿函数和脉冲函数等为基本造型单元，合成具有规则图案的纹理，也可以利用柏林噪声函数得到非结构化纹理。图7为方法生成的部分纹理集合结果图。控制纹理生成的参数为周期T、振幅A。考虑到制作约束条件，需要先对于模型的尺寸及切片层厚度h、打印路径线宽度d进行考虑，选择合适的周期T和振幅A。
具体地，Tu和Au为轮廓方向u上的周期和振幅。其中，为了使打印的纹理与设计相符合，采用了周期Tu>2*(d+δ)，振幅Au>δ。Tv和Av为轮廓方向v上的周期和振幅。Tv>4*(h)。
步骤(3.2)在轮廓方向u上进行纹理嵌入。
具体地，基础的纹理函数定义在轮廓方向u和法线方向n(u)。纹理函数中的周期Tu是相邻两个采样点之间的距离。spi和spi+1是相邻的两个采样点，从spi到spi+1是一条线段l。对于l上的每一点x都可以得到f(x)。然后进行逆变换，对原始轮廓上的每一点，沿着法线方向n(x)移动f(x)距离，改变其位置。如例图4展示了在u方向上应用正弦函数生成纹理的过程。在u方向上应用函数后的结果图如例图5(a)所示。
步骤(3.3)在轮廓方向v上进行纹理嵌入。
具体地，采样点构成一组轨迹线t。对于每一个轨迹线，均匀地除以最初G-code中的层数m。对于直线t上的位置x，我们可以得到偏移距离f(x)而不是沿着法线方向n(x)改变位置。在v方向上应用函数后的结果图如例图5(b)所示。
进一步地，分别在u、v方向上生成纹理后，进行线性组合得到最终结果。
步骤(4)：G-code生成。
纹理嵌入步骤的输出是每一层的一组轮廓，我们需要在进行3D打印步骤之前将这些多边形轮廓转换为G-Code文件。在典型的FDM打印机中，机器设置命令会对坐标系统、热压机设定目标温度等进行设置，使3D打印机能够正常工作。路径规划是基于多边形轮廓生成填充、支撑结构并将其转换为可由3D打印机执行的工具路径的过程。通常不同的3D打印技术的路径规划是不同的。在陶瓷打印中，输入模型应该是自支撑的，不需要填充结构，只需将外轮廓转换为轨迹即可。
具体地，该步骤将根据使用的3D打印机对移动命令、目标温度、路径规划等进行设置，输出可以直接应用于打印的G-Code文件。如例图6(a)为应用纹理后的外轮廓示意图，例图6(b)为路径规划后的打印路径示意图。
步骤(5)：将输出的G-Code文件用于打印制造，获得打印成型的模型。例图8为使用本发明的方法对图1对应G-Code所生成的最终结果图。
本发明直接在G-code文件上进行纹理合成工作，而不进行任何的网格处理，大大降低了传统纹理嵌入方法在网格上进行处理的计算开销。
本发明与传统的纹理嵌入方法相比，得到的G-code文件可以直接应用于打印，避免了空间及时间上的浪费，具有更高的打印效率。
本发明还提供了一个用户界面来控制采样点的传播，从而可以生成更多的纹理。
本发明全自动化生成纹理，无需较强的专业性，成本较低，便于操作，易于使用。
本发明还提供以下产品实施例：
一种面向3D打印的过程纹理合成系统，包括：
输入模块，被配置为接收包含目标3D形状的G-code文件，并从文件中提取外部轮廓；
参数化模块，被配置为沿着打印方向和切片的轮廓方向进行参数化，将采样点分布置每个轮廓线上，进行采样点的投影，在采样点均匀分布于每条轮廓线的约束下最小化投影能量；
纹理嵌入模块，被配置为在打印方向和切片的轮廓方向上指定纹理函数，两个方向进行叠加，形成所需的纹理；
模型文件生成模块，被配置为将形成纹理的轮廓转换生成用于3D打印的G-Code文件。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种面向3D打印的过程纹理合成方法。
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种面向3D打印的过程纹理合成方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种面向3D打印的过程纹理合成方法，其特征是：包括以下步骤：
接收包含目标3D形状的G-code文件，并从文件中提取外部轮廓；
沿着打印方向和切片的轮廓方向进行参数化，将采样点分布置每个轮廓线上，进行采样点的投影，在采样点均匀分布于每条轮廓线的约束下最小化投影能量；使用投影能量E来衡量失真，定义投影能量E=，使得/>=/>；
其中，q为当前轮廓采样点的个数，表示第i层的轮廓j的采样点，/>表示/>的前身的采样点，/>是他们的投影距离；n表示当前层内的轮廓数，m表示当前轮廓采样点的个数，/>表示当前轮廓的长度；
在打印方向和切片的轮廓方向上指定纹理函数，两个方向进行叠加，形成所需的纹理；
将形成纹理的轮廓转换生成用于3D打印的G-Code文件。
2.如权利要求1所述的一种面向3D打印的过程纹理合成方法，其特征是：接收包含目标3D形状的G-code文件的具体过程包括：
接收用户选择的带有模型的G-code文件；
接收用户选择的预设函数作为输入的纹理函数，并接收设置参数；
或，接收用户手动绘制的输入的纹理函数。
3.如权利要求1所述的一种面向3D打印的过程纹理合成方法，其特征是：沿着打印方向和切片的轮廓方向进行参数化的具体过程包括：
选择G-code中的第一层作为基本层，假设基础层有m 0个轮廓，将k个采样点放入最底层，并将其均匀分布在每个轮廓线上；
确定层i和层i-1中轮廓的继承关系；
对采样点分布进行优化和松弛平滑处理。
4.如权利要求3所述的一种面向3D打印的过程纹理合成方法，其特征是：确定层i和层i-1中轮廓的继承关系的具体过程包括：
用表示是第i层的第j个轮廓，从其前驱轮廓投影采样点，对于每一个轮廓/>，找到其前驱轮廓/>；使用多边形相交检测来确定相邻层中两个轮廓之间的继承关系，前驱轮廓的判定方法为：轮廓/>和上一层的轮廓/>是两个多边形，把它们投影到x-y平面上，如果它们有交集，则/>的前驱轮廓是/>；
其中，对于第i-1层的每一个轮廓，测试其与层i中所有轮廓的继承关系；当轮廓/>与层i中的所有轮廓都不相交，那么则认为轮廓/>在第i层中消失，则忽略这个轮廓线，不把它的任何采样点投影到第i层；当轮廓/>与第i-1层的任一轮廓都不相交，则将其作为基础层，并在其上均匀分配采样点。
5.如权利要求3所述的一种面向3D打印的过程纹理合成方法，其特征是：对采样点分布进行优化处理的过程包括：
将所有的轮廓上的采样点投影到它的继承轮廓来保持采样点的数量恒定，当将采样点投影到当前层时，使用投影能量E来衡量失真；
通过能量方程找到每一个满足这个能量方程的，设/>为第i层第j个轮廓的长度，抽样点的个数是nc，则求出/>，通过在范围/>内调整/>的位置找到最好的/>，使得投影能量方程的值最小。
6.如权利要求3所述的一种面向3D打印的过程纹理合成方法，其特征是：对采样点分布进行松弛平滑处理的过程包括：
利用一个平滑掩模M（x）来平滑发生拓扑变化的区域的变化，M（x）由一组控制点定义，表示当前控制点/>前m层的对应的控制点以及后m层的对应的控制点；对于每个控制点/>，定义平滑高斯核M i（x）=/>，/>取设定值；
使用多个相邻的采样点作为影响蒙版，控制点驱动的所有核函数M（x）=用作松弛调谐算子，平滑操作时，采样点被限制在代表原始模型的轮廓上。
7.如权利要求1所述的一种面向3D打印的过程纹理合成方法，其特征是：在打印的轮廓方向u上指定纹理函数的具体过程包括：在打印的轮廓方向定义基础的纹理函数，纹理函数中的周期Tu是相邻两个采样点之间的距离，sp i和sp i+1是相邻的两个采样点，从sp i到sp i+1是一条线段l，对于l上的每一点x都可以得到偏移距离f（x）；进行逆变换，对sp i和sp i+1之间的每个点修改位置，对原始轮廓上的每一点，沿着轮廓方向u的法线方向n（x）移动f（x）距离，改变其位置；
在切片的轮廓方向上指定纹理函数的具体过程包括：采样点构成一组轨迹线t，对于每一个轨迹线，均匀地除以最初G-code中的层数m，对于直线t上的位置x，得到偏移距离f（x）而不是沿着法线方向n（x）改变位置。
8.一种面向3D打印的过程纹理合成系统，其特征是：包括：
输入模块，被配置为接收包含目标3D形状的G-code文件，并从文件中提取外部轮廓；
参数化模块，被配置为沿着打印方向和切片的轮廓方向进行参数化，将采样点分布置每个轮廓线上，进行采样点的投影，在采样点均匀分布于每条轮廓线的约束下最小化投影能量；使用投影能量E来衡量失真，定义投影能量E=，使得/>=/>；
其中，q为当前轮廓采样点的个数，表示第i层的轮廓j的采样点，/>表示/>的前身的采样点，/>是他们的投影距离；n表示当前层内的轮廓数，m表示当前轮廓采样点的个数，/>表示当前轮廓的长度；
纹理嵌入模块，被配置为在打印方向和切片的轮廓方向上指定纹理函数，两个方向进行叠加，形成所需的纹理；
模型文件生成模块，被配置为将形成纹理的轮廓转换生成用于3D打印的G-Code文件。
9.一种计算机可读存储介质，其特征是：其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-7中任一项所述的一种面向3D打印的过程纹理合成方法。
10.一种终端设备，其特征是：包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种面向3D打印的过程纹理合成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010871745.0A CN112132943B (zh) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | 一种面向3d打印的过程纹理合成系统及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010871745.0A CN112132943B (zh) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | 一种面向3d打印的过程纹理合成系统及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112132943A CN112132943A (zh) | 2020-12-25 |
| CN112132943B true CN112132943B (zh) | 2023-09-26 |
Family
ID=73848867
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010871745.0A Active CN112132943B (zh) | 2020-08-26 | 2020-08-26 | 一种面向3d打印的过程纹理合成系统及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112132943B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117836811A (zh) * | 2021-09-16 | 2024-04-05 | 西门子股份公司 | 生成模型表面纹理的方法、装置、计算设备及存储介质 |
| CN114347212B (zh) * | 2021-12-17 | 2022-10-25 | 山东大学 | 一种面向3d打印壳体结构的路径生成方法及系统 |
| CN116227120B (zh) * | 2022-12-01 | 2023-09-19 | 中国航空综合技术研究所 | 基于采样点和反向面的航空射流泵铸造泵体壁厚优化方法 |
| CN117274344B (zh) * | 2023-11-22 | 2024-02-06 | 北京渲光科技有限公司 | 真实材质纹理的模型训练方法、纹理合成及映射方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103823649A (zh) * | 2014-02-25 | 2014-05-28 | 浙江大学 | 一种基于切片文件的三维打印均匀壁厚抽壳方法 |
| CN111383351A (zh) * | 2018-12-29 | 2020-07-07 | 上海联泰科技股份有限公司 | 三维纹理贴图方法及装置、计算机可读存储介质 |
-
2020
- 2020-08-26 CN CN202010871745.0A patent/CN112132943B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103823649A (zh) * | 2014-02-25 | 2014-05-28 | 浙江大学 | 一种基于切片文件的三维打印均匀壁厚抽壳方法 |
| CN111383351A (zh) * | 2018-12-29 | 2020-07-07 | 上海联泰科技股份有限公司 | 三维纹理贴图方法及装置、计算机可读存储介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112132943A (zh) | 2020-12-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112132943B (zh) | 一种面向3d打印的过程纹理合成系统及方法 | |
| Lewis et al. | Pose space deformation: a unified approach to shape interpolation and skeleton-driven deformation | |
| Zehnder et al. | Designing structurally-sound ornamental curve networks | |
| Wang et al. | Design automation for customized apparel products | |
| KR101250163B1 (ko) | 메쉬로부터 파라미터화 표면의 아이소토폴로직(ｉｓｏｔｏｐｏｌｏｇｉｃ) 세트를 생성하는 프로세스 | |
| CN112132970B (zh) | 一种面向3d打印的自然纹理合成系统及方法 | |
| Song et al. | Function representation based slicer for 3D printing | |
| Michalik et al. | Sketch-and constraint-based design of B-spline surfaces | |
| Takahashi et al. | Expressive fused deposition modeling by controlling extruder height and extrusion amount | |
| US6678571B1 (en) | Micro-slicing contour smoothing technique | |
| WO2005101326A1 (en) | System and method for smoothing three-dimensional images | |
| US20190325098A1 (en) | System, method, and computer program for part model generation and analysis and part production and validation | |
| Wang et al. | Rapid parametric design methods for shoe-last customization | |
| JP2023527853A (ja) | ３ｄオブジェクトの形状変形の制約方法及び装置 | |
| Zhong et al. | Ceramic 3D printed sweeping surfaces | |
| Ledalla et al. | Performance evaluation of various STL file mesh refining algorithms applied for FDM-RP process | |
| Wang et al. | From designing products to fabricating them from planar materials | |
| Yan et al. | Man-made by computer: On-the-fly fine texture 3D printing | |
| Sienz et al. | Computational modelling of 3D objects by using fitting techniques and subsequent mesh generation | |
| Guan et al. | Development of 3D printing entity slicing software | |
| Pal | A reconstruction method using geometric subdivision and NURBS interpolation | |
| Cho et al. | 3D volume drawing on a potter's wheel | |
| He et al. | Tri-Dexel model based geometric simulation of multi-axis additive manufacturing | |
| Adnan et al. | Contour generation algorithm for projection mask stereolithography 3D printing process | |
| He et al. | A Haptics-guided hole-filling system based on triangular mesh |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |