CN112581623B - 一种面向stl文件的三维模型预处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向STL文件的三维模型预处理方法及系统，涉及3D打印领域，包括：将待打印零件的实体模型转换成STL文件；在z轴坐标系中确定三角网格模型的各三角面的顶点在z轴方向上的距离；在平面直角坐标系中确定每个分层内各顶点分别在x轴方向和y轴方向上的距离；根据各顶点在z轴方向上的距离及每个分层内各个顶点在x轴方向和在y轴方向上的距离，计算每个顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数及各自分层上每个顶点在x轴方向和在y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；根据上述自适应收缩补偿偏移系数对每个顶点进行偏移处理，进而重建三角网格模型。本发明提供的方法或系统，能够提高3D打印的零件尺寸精度。

Description

一种面向STL文件的三维模型预处理方法及系统

技术领域

本发明涉及3D打印领域，特别是涉及一种面向STL文件的三维模型预处理方法及系统。

背景技术

在3D打印领域中，对三维模型的预处理修改是保证后续模型打印质量的关键步骤。通过偏移原有三维模型，进而补偿在逐层打印过程中因“阶梯效应”而造成的误差，为打印出的零件进行减材加工提供足够的加工余量。在STL文件中，三维模型由多个三角面拼接而成，因此偏移三维模型通常是偏移其三角面。为了闭合偏移之后的三角面，需要识别交叉的曲面以完成修剪，识别所有间隙以完成填充，这个过程是相当复杂的。如果通过偏移三维模型的每个单独顶点来代替偏移三角面，这样就避免了偏移三角面时所需的复杂过程，同时还避免了耗时地修剪和延伸操作。

偏移操作可以应用于曲线、曲面或整个3D模型。根据现有研究的定义，偏移是指将3D模型的点、曲线或曲面在垂直于模型的曲线或曲面的方向上移动相同距离“d”。然而在3D打印过程中，被打印零件的不同位置会有不同的收缩量，因此零件的三维模型采用相同距离的偏移操作不再适用于3D打印工艺。尤其对于3D打印技术有广泛应用的航空航天领域，通常对零件尺寸的精度有严格要求。如果零件三维模型的偏移距离设置的不合理，将会增大打印后零件尺寸误差，增加零件失效风险；同时3D打印零件往往结构复杂，余量去除困难，不合理的偏移距离会提高不必要的加工成本。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种面向STL文件的三维模型预处理方法及系统，以提高3D打印的零件尺寸精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种面向STL文件的三维模型预处理方法，包括：

将待打印零件的实体模型转换成STL文件；所述STL文件内置待打印零件的三角网格模型；

在z轴坐标系中，确定所述三角网格模型的各三角面的顶点在z轴方向上的距离；所述z轴坐标系为各所述顶点在z轴的坐标均为正的坐标系；

根据各所述顶点在z轴方向上的距离，计算每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；

在平面直角坐标系中，确定每个分层内所述三角网格模型的各三角面的顶点分别在x轴方向和y轴方向上的距离；所述平面直角坐标系为以分层中第一固定点为坐标原点，以扫描方向为x轴，以垂直x轴方向为y轴，建立的坐标系；所述分层为所述三角网格模型进行切片处理后得到的截面轮廓，且一个所述分层对应一个平面直角坐标系；所述第一固定点为所述分层中的一个点；

根据每个分层内各所述顶点在x轴方向上的距离和在y轴方向上的距离，计算各自分层上每个所述顶点分别在x轴方向上和在y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；

根据每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数以及每个分层内各所述顶点在x轴方向和y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数，对每个所述顶点进行偏移处理，并根据偏移处理后的顶点重建三角网格模型。

可选的，所述在z轴坐标系中，确定所述三角网格模型的各三角面的顶点在z轴方向上的距离，具体包括：

确定第二固定点；所述第二固定点为所述三角网格模型底部的一个点；

根据所述第二固定点，建立z轴坐标系；

在所述z轴坐标系中，确定所述三角网格模型的各三角面的顶点的z轴坐标；

根据各所述顶点的z轴坐标，确定各所述顶点在z轴方向上的距离。

可选的，所述根据各所述顶点在z轴方向上的距离，计算每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数，具体包括：

根据以下公式计算每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；所述公式为：

其中，λ_iz为第i个顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；z_i为第i个顶点在z轴方向上的距离；i＝1,2,3…n，n为顶点的个数。

可选的，所述在平面直角坐标系中，确定每个分层内所述三角网格模型的各三角面的顶点分别在x轴方向和y轴方向上的距离，具体包括：

确定分层方向和分层厚度；

根据所述分层方向和所述分层厚度，对所述三角网格模型进行切片处理，得到多个分层；

以分层中第一固定点为坐标原点，以扫描方向为x轴，以垂直x轴方向为y轴，建立每个所述分层对应的平面直角坐标系；

根据每个所述分层对应的平面直角坐标系，确定每个分层内所述三角网格模型的各三角面的顶点分别在x轴方向和y轴方向上的距离。

可选的，所述根据每个分层内各所述顶点在x轴方向上的距离和在y轴方向上的距离，计算各自分层上每个所述顶点分别在x轴方向上和在y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数，具体包括：

根据以下公式计算各自分层上每个所述顶点分别在x轴方向上和在y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；所述公式为：

其中，λ_ix为第i个顶点在第i个顶点所在分层内x轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；x_i为第i个顶点在第i个顶点所在分层内x轴方向上的距离；i＝1,2,3…m，m为第i个顶点所在分层内顶点的个数；λ_iy为第i个顶点在第i个顶点所在分层内y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；y_i为第i个顶点在第i个顶点所在分层内y轴方向上的距离；i＝1,2,3…m，m为第i个顶点所在分层内顶点的个数。

可选的，所述根据每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数以及每个分层内各所述顶点在x轴方向和y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数，对每个所述顶点进行偏移处理，并根据偏移处理后的顶点重建三角网格模型，具体包括：

根据以下公式对每个所述顶点进行偏移处理；所述公式为：

x_i,new＝x_i,original+λ_ix·d_offset；

y_i,new＝y_i,original+λ_iy·d_offset；

z_i,new＝z_i,original+λ_iz·d_offset；

其中，d_offset为偏移距离，x_i,new、x_i,original分别为第i个顶点在第i个顶点所在分层内x轴方向上新坐标与原坐标，y_i,new、y_i,original分别为第i个顶点在第i个顶点所在分层内y轴方向上新坐标与原坐标，z_i,new、z_i,original分别为第i个顶点在z轴方向上新坐标与原坐标；

将偏移处理后的顶点连接起来形成新的三角形，从而构建新的三角网格模型。

一种面向STL文件的三维模型预处理系统，包括：

转换模块，用于将待打印零件的实体模型转换成STL文件；所述STL文件内置待打印零件的三角网格模型；

顶点z轴方向距离确定模块，用于在z轴坐标系中，确定所述三角网格模型的各三角面的顶点在z轴方向上的距离；所述z轴坐标系为各所述顶点在z轴的坐标均为正的坐标系；

顶点z轴方向偏移系数计算模块，用于根据各所述顶点在z轴方向上的距离，计算每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；

各自分层内顶点在xy轴方向距离确定模块，用于在平面直角坐标系中，确定每个分层内所述三角网格模型的各三角面的顶点分别在x轴方向和y轴方向上的距离；所述平面直角坐标系为以分层中第一固定点为坐标原点，以扫描方向为x轴，以垂直x轴方向为y轴，建立的坐标系；所述分层为所述三角网格模型进行切片处理后得到的截面轮廓，且一个所述分层对应一个平面直角坐标系；所述第一固定点为所述分层中的一个点；

各自分层内顶点在xy轴方向偏移系数计算模块，用于根据每个分层内各所述顶点在x轴方向上的距离和在y轴方向上的距离，计算各自分层上每个所述顶点分别在x轴方向上和在y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；

重建模块，用于根据每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数以及每个分层内各所述顶点在x轴方向和y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数，对每个所述顶点进行偏移处理，并根据偏移处理后的顶点重建三角网格模型。

可选的，所述顶点z轴方向距离确定模块，具体包括：

第二固定点确定单元，用于确定第二固定点；所述第二固定点为所述三角网格模型底部的一个点；

z轴坐标系建立单元，用于根据所述第二固定点，建立z轴坐标系；

顶点z轴坐标计算单元，用于在所述z轴坐标系中，确定所述三角网格模型的各三角面的顶点的z轴坐标；

顶点z轴方向距离确定单元，用于根据各所述顶点的z轴坐标，确定各所述顶点在z轴方向上的距离。

可选的，所述顶点z轴方向偏移系数计算模块，具体包括：

顶点z轴方向偏移系数计算单元，用于根据公式

计算每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；其中，λ_iz为第i个顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；z_i为第i个顶点在z轴方向上的距离；i＝1,2,3…n，n为顶点的个数。

可选的，所述各自分层内顶点在xy轴方向距离确定模块，具体包括：

分层参数确定单元，用于确定分层方向和分层厚度；

切片处理单元，用于根据所述分层方向和所述分层厚度，对所述三角网格模型进行切片处理，得到多个分层；

平面直角坐标系建立单元，用于以分层中第一固定点为坐标原点，以扫描方向为x轴，以垂直x轴方向为y轴，建立每个所述分层对应的平面直角坐标系；

各自分层内顶点在xy轴方向距离确定单元，用于根据每个所述分层对应的平面直角坐标系，确定每个分层内所述三角网格模型的各三角面的顶点分别在x轴方向和y轴方向上的距离。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种面向STL文件的三维模型预处理方法及系统，其基于STL文件的特点，通过比较各三角面的顶点在x、y、z方向的距离，得到收缩补偿比例，并作为偏移距离系数，使得STL文件中各三角面的顶点有一个自适应收缩补偿偏移值，避免了模型各处的偏移距离都是固定值的缺陷，提高3D打印零件尺寸精度。

此外本发明提供的方法或系统适用于复杂结构，灵活性高，极易作为扩展模块植入3D建模软件中，简单易行。

附图说明

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

图1为本发明面向STL文件的三维模型预处理方法的流程图；

图2为本发明面向STL文件的三维模型预处理系统的结构图；

图3为本发明各三角面顶点在z轴方向距离的示意图；

图4为本发明一分层内各三角面顶点在x、y轴方向距离的示意图；

图5为本发明三角面顶点偏移的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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。

本发明提供了一种面向STL文件的三维模型预处理方法及系统，以提高3D打印的零件尺寸精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明在基于STL文件顶点偏移方法的基础上，依据3D打印工艺特性，提出了偏移距离能够根据各顶点位置的收缩性而自适应收缩补偿的方法。通过在模型底部建立z轴以及在每个分层(将三维模型切片处理，得到一层层的截面轮廓)中建立x、y轴坐标系，并比较各三角面顶点在三个方向上的距离，进而给出不同的偏移系数。本发明可以让STL文件中各三角面顶点有一个自适应收缩补偿偏移值，避免了模型各顶点的偏移距离都是固定值，提高了3D打印零件的尺寸精度，且该方法适用于复杂结构，灵活性高，极易作为扩展模块植入3D建模软件中，简单易行。

实施例一

本实施例在基于STL文件顶点偏移方法的基础上，依据3D打印工艺特性，提出了偏移距离能够根据各顶点位置的收缩性而自适应收缩补偿距离的方法，而不再是固定值，并提供了简单的实施方式，一定程度上提高了3D打印零件的尺寸精度。

如图1所示，本实施例提供的一种面向STL文件的三维模型预处理方法，包括如下步骤。

步骤101：将待打印零件的实体模型转换成STL文件；所述STL文件内置待打印零件的三角网格模型。

步骤102：在z轴坐标系中，确定所述三角网格模型的各三角面的顶点在z轴方向上的距离；所述z轴坐标系为各所述顶点在z轴的坐标均为正的坐标系。

步骤103：根据各所述顶点在z轴方向上的距离，计算每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数。

步骤104：在平面直角坐标系中，确定每个分层内所述三角网格模型的各三角面的顶点分别在x轴方向和y轴方向上的距离；所述平面直角坐标系为以分层中第一固定点为坐标原点，以扫描方向为x轴，以垂直x轴方向为y轴，建立的坐标系；所述分层为所述三角网格模型进行切片处理后得到的截面轮廓，且一个所述分层对应一个平面直角坐标系；所述第一固定点为所述分层中的一个点。

步骤105：根据每个分层内各所述顶点在x轴方向上的距离和在y轴方向上的距离，计算各自分层上每个所述顶点分别在x轴方向上和在y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数。

步骤106：根据每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数以及每个分层内各所述顶点在x轴方向和y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数，对每个所述顶点进行偏移处理，并根据偏移处理后的顶点重建三角网格模型。

作为优选的实施方式，本实施例的步骤101具体包括：

采用三维软件将待打印零件的实体模型转换为由三角网格构成的STL文件。

作为优选的实施方式，本实施例的步骤102具体包括：

确定第二固定点；所述第二固定点为所述三角网格模型底部的一个点。

根据所述第二固定点，建立z轴坐标系。

在所述z轴坐标系中，确定所述三角网格模型的各三角面的顶点的z轴坐标。

根据各所述顶点的z轴坐标，确定各所述顶点在z轴方向上的距离。

作为优选的实施方式，本实施例的步骤103具体包括：

根据以下公式计算每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；所述公式为：

其中，λ_iz为第i个顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；z_i为第i个顶点在z轴方向上的距离；i＝1,2,3…n，n为顶点的个数。

作为优选的实施方式，本实施例的步骤104具体包括：

确定分层方向和分层厚度。

根据所述分层方向和所述分层厚度，对所述三角网格模型进行切片处理，得到多个分层。

以分层中第一固定点为坐标原点，以扫描方向为x轴，以垂直x轴方向为y轴，建立每个所述分层对应的平面直角坐标系。

根据每个所述分层对应的平面直角坐标系，确定每个分层内所述三角网格模型的各三角面的顶点分别在x轴方向和y轴方向上的距离。

作为优选的实施方式，本实施例的步骤105具体包括：

根据以下公式计算各自分层上每个所述顶点分别在x轴方向上和在y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；所述公式为：

其中，λ_ix为第i个顶点在第i个顶点所在分层内x轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；x_i为第i个顶点在第i个顶点所在分层内x轴方向上的距离；i＝1,2,3…m，m为第i个顶点所在分层内顶点的个数；λ_iy为第i个顶点在第i个顶点所在分层内y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；y_i为第i个顶点在第i个顶点所在分层内y轴方向上的距离；i＝1,2,3…m，m为第i个顶点所在分层内顶点的个数。

作为优选的实施方式，本实施例的步骤106具体包括：

根据以下公式对每个所述顶点进行偏移处理；所述公式为：

x_i,new＝x_i,original+λ_ix·d_offset；

y_i,new＝y_i,original+λ_iy·d_offset；

z_i,new＝z_i,original+λ_iz·d_offset；

其中，d_offset为偏移距离，x_i,new、x_i,original分别为第i个顶点在第i个顶点所在分层内x轴方向上新坐标与原坐标，y_i,new、y_i,original分别为第i个顶点在第i个顶点所在分层内y轴方向上新坐标与原坐标，z_i,new、z_i,original分别为第i个顶点在z轴方向上新坐标与原坐标；

将偏移处理后的顶点连接起来形成新的三角形，从而构建新的三角网格模型。

实施例二

为实现上述目的，本实施例提供了一种如图2所示的面向STL文件的三维模型预处理系统，包括：

转换模块201，用于将待打印零件的实体模型转换成STL文件；所述STL文件内置待打印零件的三角网格模型；具体包括：

转换单元，用于采用三维软件将待打印零件的实体模型转换为由三角网格构成的STL文件。

顶点z轴方向距离确定模块202，用于在z轴坐标系中，确定所述三角网格模型的各三角面的顶点在z轴方向上的距离；所述z轴坐标系为各所述顶点在z轴的坐标均为正的坐标系；具体包括：

第二固定点确定单元，用于确定第二固定点；所述第二固定点为所述三角网格模型底部的一个点。

z轴坐标系建立单元，用于根据所述第二固定点，建立z轴坐标系。

顶点z轴坐标计算单元，用于在所述z轴坐标系中，确定所述三角网格模型的各三角面的顶点的z轴坐标。

顶点z轴方向距离确定单元，用于根据各所述顶点的z轴坐标，确定各所述顶点在z轴方向上的距离。

顶点z轴方向偏移系数计算模块203，用于根据各所述顶点在z轴方向上的距离，计算每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；具体包括：

顶点z轴方向偏移系数计算单元，用于根据公式

计算每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；其中，λ_iz为第i个顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；z_i为第i个顶点在z轴方向上的距离；i＝1,2,3…n，n为顶点的个数。

各自分层内顶点在xy轴方向距离确定模块204，用于在平面直角坐标系中，确定每个分层内所述三角网格模型的各三角面的顶点分别在x轴方向和y轴方向上的距离；所述平面直角坐标系为以分层中第一固定点为坐标原点，以扫描方向为x轴，以垂直x轴方向为y轴，建立的坐标系；所述分层为所述三角网格模型进行切片处理后得到的截面轮廓，且一个所述分层对应一个平面直角坐标系；所述第一固定点为所述分层中的一个点；具体包括：

分层参数确定单元，用于确定分层方向和分层厚度。

切片处理单元，用于根据所述分层方向和所述分层厚度，对所述三角网格模型进行切片处理，得到多个分层。

平面直角坐标系建立单元，用于以分层中第一固定点为坐标原点，以扫描方向为x轴，以垂直x轴方向为y轴，建立每个所述分层对应的平面直角坐标系。

各自分层内顶点在xy轴方向距离确定单元，用于根据每个所述分层对应的平面直角坐标系，确定每个分层内所述三角网格模型的各三角面的顶点分别在x轴方向和y轴方向上的距离。

各自分层内顶点在xy轴方向偏移系数计算模块205，用于根据每个分层内各所述顶点在x轴方向上的距离和在y轴方向上的距离，计算各自分层上每个所述顶点分别在x轴方向上和在y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；具体包括：

各自分层内顶点在xy轴方向偏移系数计算单元，用于根据公式

和

计算各自分层上每个所述顶点分别在x轴方向上和在y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；

其中，λ_ix为第i个顶点在第i个顶点所在分层内x轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；x_i为第i个顶点在第i个顶点所在分层内x轴方向上的距离；i＝1,2,3…m，m为第i个顶点所在分层内顶点的个数；λ_iy为第i个顶点在第i个顶点所在分层内y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；y_i为第i个顶点在第i个顶点所在分层内y轴方向上的距离；i＝1,2,3…m，m为第i个顶点所在分层内顶点的个数。

重建模块206，用于根据每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数以及每个分层内各所述顶点在x轴方向和y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数，对每个所述顶点进行偏移处理，并根据偏移处理后的顶点重建三角网格模型；具体包括：

顶点偏移处理单元，用于根据以下公式对每个所述顶点进行偏移处理；所述公式为：

x_i,new＝x_i,original+λ_ix·d_offset；

y_i,new＝y_i,original+λ_iy·d_offset；

z_i,new＝z_i,original+λ_iz·d_offset；

其中，d_offset为偏移距离，x_i,new、x_i,original分别为第i个顶点在第i个顶点所在分层内x轴方向上新坐标与原坐标，y_i,new、y_i,original分别为第i个顶点在第i个顶点所在分层内y轴方向上新坐标与原坐标，z_i,new、z_i,original分别为第i个顶点在z轴方向上新坐标与原坐标。

三角网格模型重建单元，用于将偏移处理后的顶点连接起来形成新的三角形，从而构建新的三角网格模型。

实施例三

本实施例提供的一种面向STL文件的三维模型预处理方法，其包括以下步骤：

第1步：通过三维软件将待打印零件的实体模型转换为由三角网格构成的STL文件，并读取STL文件，导入待打印零件的三角网格模型。具体为：

首先通过CAD软件将待打印零件的实体模型转换为由三角网格构成的STL文件；其次读取STL文件，导入待打印零件的三角网格模型，识别三角网格模型上各三角面的顶点，记为p₁、p₂、p₃……p_n。

第2步：在三角网格模型的底部找一固定点，并根据此固定点建立z轴坐标系，其主要作用是标定各个顶点在z轴方向上的距离，并比较各顶点z方向到坐标原点的距离。具体为：

在三角网格模型底部找一固定点O，建立z轴坐标系，并使各顶点在z轴的坐标都为正，识别出各顶点的z轴坐标，记为z₁、z₂、z₃……z_n，其反应了各顶点在z轴方向上到坐标原点的距离，接着将各顶点的z轴坐标排列起来进行比较z₁:z₂:z₃:……:z_n。在图3中仅取了p₁、p₂、p₃三点和z₁、z₂、z₃三段距离来表示。

第3步：根据各三角面顶点的z轴距离，给定其在z轴方向上的不同收缩比例，将收缩比例作为z轴方向偏移距离的系数，进而使得各三角面顶点在z轴方向上实现不同的偏移距离。具体为：

通过以下公式计算得到各顶点的z轴坐标在所有顶点z轴坐标中的比例，其反应了各顶点z轴方向的距离在所有顶点z轴方向上的距离中所占比例，根据不同尺寸会有不同程度的收缩原因，即为各顶点在z轴方向上的收缩比例，进而将收缩比例作为z轴方向偏移距离的系数，使各顶点在z轴方向上因收缩不均匀性而偏移不同距离。

其中，λ_iz(i＝1,2,3…n)为P_i点在z轴方向偏移距离的系数，z_i(i＝1,2,3…n)为P_i点在z轴方向上到坐标原点的距离。

第4步：在每个分层(将三角网格模型切片处理，得到一层层的截面轮廓)上找一固定点为坐标原点，扫描方向为x轴，y轴与其垂直，建立平面直角坐标系。将该分层上各三角面顶点与坐标原点的连线投影到平面直角坐标系上，分离出x、y轴方向上距离，其主要反映每个切层上三角面顶点在x、y轴方向的距离，比较两个方向的距离。具体为：

确定分层方向与分层厚度，将模型进行分层处理，在每个分层上找一固定点作为坐标原点，记为o₁、o₂、o₃……o_n，扫描方向为x轴，y轴与其垂直，建立平面直角坐标系。将每个分层上的三角面顶点到自身所在分层坐标原点的距离，投影到各自分层的平面直角坐标系上，分离出每个分层上各顶点在x、y轴方向上的距离x₁、x₂、x₃……x_n，y₁、y₂、y₃……y_n，比较两个方向的距离，给定每个分层内各顶点在x、y轴上的收缩比例。

这里以其中一个分层为例，在该分层中建立坐标系xo₁y，识别出该分层上的各三角面顶点到坐标原点的距离，记为d₁、d₂、d3……d_m，将每段距离投影到xo₁y中分离出各顶点在x、y轴方向上的距离x₁、x₂、x₃……x_m，y₁、y₂、y₃……y_m。将各顶点在x轴方向上的距离排列起来进行比较x₁:x₂:x₃:……:x_m，将各顶点在y轴方向上的距离排列起来进行比较y₁:y₂:y₃:……:y_m。在图4中仅取了一个分层中的p₁、p₂、p₃三点来分析表示。

第5步：根据每个三角面顶点在各自分层内的x、y轴距离，给定其在各自分层内x、y轴方向上的不同收缩比例，并将两个方向的收缩比例分别作为各自的偏移系数，进而使得各三角面顶点在每分层x、y轴方向上实现不同的偏移距离。具体为：

通过以下公式计算得到各顶点在x、y轴方向上的距离在所有顶点在x、y轴方向上的距离中所占比例，根据不同尺寸会有不同程度的收缩原因，即为该分层各顶点在x、y轴方向上的收缩比例，进而将收缩比例作为x、y轴方向偏移距离的系数，使该分层各顶点在x、y轴方向上因收缩不均匀性而偏移不同距离。每个分层都按照该分层计算收缩比例的方法，计算出每个分层的各顶点在x、y轴方向上的收缩比例。

其中，λ_ix(i＝1,2,3…m)为P_i点在其所在分层中x轴方向偏移距离的系数，λ_iy(i＝1,2,3…m)为P_i点在其所在分层中y轴方向偏移距离的系数，x_i(i＝1,2,3…m)为P_i点在其所在分层中x轴方向到坐标原点的距离，y_i(i＝1,2,3…m)为P_i点在其所在分层中y轴方向到坐标原点的距离。

第6步：根据上述偏移距离，偏移各三角面顶点，连接新顶点，构建新的三维模型。具体为：

依次对STL文件中的各三角面顶点进行偏移，从图5中可以知道，新顶点P_i,new的坐标可以通过旧顶点P_i,original在x、y、z轴上偏移得到，新顶点坐标的计算公式为：

x_i,new＝x_i,original+λ_ix·d_offset；

y_i,new＝y_i,original+λ_iy·d_offset；

z_i,new＝z_i,original+λ_iz·d_offset；

其中，d_offset为偏移距离，x_i,new、x_i,original分别为P_i点在其分层x轴方向上新坐标与原坐标，y_i,new、y_i,original分别为P_i点在其分层y轴方向上新坐标与原坐标，z_i,new、z_i,original分别为P_i点在z轴方向上新坐标与原坐标。偏移顶点后，将原三角面顶点偏移之后得到的新顶点连接起来形成新的三角形，从而构建新的模型。

本发明基于STL文件的特点，通过比较STL文件中各三角面的顶点相对于其他顶点在各坐标轴上的距离，给出不同的偏移系数，使STL文件中各三角面的顶点有一个自适应收缩补偿偏移值，然后根据此自适应收缩补偿偏移值偏移各三角面顶点，得到新的三维模型。本发明通过每个顶点对应的自适应收缩补偿偏移值进行偏移来提高3D打印的零件尺寸精度；本发明通过偏移顶点代替偏移三角面来避免偏移三角面时所需的复杂过程，同时还避免耗时地修剪和延伸操作，显然本发明适用于复杂结构，简单易行。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种面向STL文件的三维模型预处理方法，其特征在于，包括：

将待打印零件的实体模型转换成STL文件；所述STL文件内置待打印零件的三角网格模型；

在z轴坐标系中，确定所述三角网格模型的各三角面的顶点在z轴方向上的距离；所述z轴坐标系为各所述顶点在z轴的坐标均为正的坐标系；

根据各所述顶点在z轴方向上的距离，计算每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；

在平面直角坐标系中，确定每个分层内所述三角网格模型的各三角面的顶点分别在x轴方向和y轴方向上的距离；所述平面直角坐标系为以分层中第一固定点为坐标原点，以扫描方向为x轴，以垂直x轴方向为y轴，建立的坐标系；所述分层为所述三角网格模型进行切片处理后得到的截面轮廓，且一个所述分层对应一个平面直角坐标系；所述第一固定点为所述分层中的一个点；

根据每个分层内各所述顶点在x轴方向上的距离和在y轴方向上的距离，计算各自分层上每个所述顶点分别在x轴方向上和在y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；

根据每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数以及每个分层内各所述顶点在x轴方向和y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数，对每个所述顶点进行偏移处理，并根据偏移处理后的顶点重建三角网格模型。

2.根据权利要求1所述的一种面向STL文件的三维模型预处理方法，其特征在于，所述在z轴坐标系中，确定所述三角网格模型的各三角面的顶点在z轴方向上的距离，具体包括：

确定第二固定点；所述第二固定点为所述三角网格模型底部的一个点；

根据所述第二固定点，建立z轴坐标系；

在所述z轴坐标系中，确定所述三角网格模型的各三角面的顶点的z轴坐标；

根据各所述顶点的z轴坐标，确定各所述顶点在z轴方向上的距离。

3.根据权利要求1所述的一种面向STL文件的三维模型预处理方法，其特征在于，所述根据各所述顶点在z轴方向上的距离，计算每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数，具体包括：

根据以下公式计算每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；所述公式为：

其中，λ_iz为第i个顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；z_i为第i个顶点在z轴方向上的距离；i＝1,2,3…n，n为顶点的个数。

4.根据权利要求1所述的一种面向STL文件的三维模型预处理方法，其特征在于，所述在平面直角坐标系中，确定每个分层内所述三角网格模型的各三角面的顶点分别在x轴方向和y轴方向上的距离，具体包括：

确定分层方向和分层厚度；

根据所述分层方向和所述分层厚度，对所述三角网格模型进行切片处理，得到多个分层；

以分层中第一固定点为坐标原点，以扫描方向为x轴，以垂直x轴方向为y轴，建立每个所述分层对应的平面直角坐标系；

根据每个所述分层对应的平面直角坐标系，确定每个分层内所述三角网格模型的各三角面的顶点分别在x轴方向和y轴方向上的距离。

5.根据权利要求1所述的一种面向STL文件的三维模型预处理方法，其特征在于，所述根据每个分层内各所述顶点在x轴方向上的距离和在y轴方向上的距离，计算各自分层上每个所述顶点分别在x轴方向上和在y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数，具体包括：

根据以下公式计算各自分层上每个所述顶点分别在x轴方向上和在y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；所述公式为：

其中，λ_ix为第i个顶点在第i个顶点所在分层内x轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；x_i为第i个顶点在第i个顶点所在分层内x轴方向上的距离；i＝1,2,3…m，m为第i个顶点所在分层内顶点的个数；λ_iy为第i个顶点在第i个顶点所在分层内y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；y_i为第i个顶点在第i个顶点所在分层内y轴方向上的距离；i＝1,2,3…m，m为第i个顶点所在分层内顶点的个数。

6.根据权利要求1所述的一种面向STL文件的三维模型预处理方法，其特征在于，所述根据每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数以及每个分层内各所述顶点在x轴方向和y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数，对每个所述顶点进行偏移处理，并根据偏移处理后的顶点重建三角网格模型，具体包括：

根据以下公式对每个所述顶点进行偏移处理；所述公式为：

x_i,new＝x_i,original+λ_ix·d_offset；

y_i,new＝y_i,original+λ_iy·d_offset；

z_i,new＝z_i,original+λ_iz·d_offset；

其中，d_offset为偏移距离，x_i,new、x_i,original分别为第i个顶点在第i个顶点所在分层内x轴方向上新坐标与原坐标，y_i,new、y_i,original分别为第i个顶点在第i个顶点所在分层内y轴方向上新坐标与原坐标，z_i,new、z_i,original分别为第i个顶点在z轴方向上新坐标与原坐标；

将偏移处理后的顶点连接起来形成新的三角形，从而构建新的三角网格模型。

7.一种面向STL文件的三维模型预处理系统，其特征在于，包括：

转换模块，用于将待打印零件的实体模型转换成STL文件；所述STL文件内置待打印零件的三角网格模型；

顶点z轴方向距离确定模块，用于在z轴坐标系中，确定所述三角网格模型的各三角面的顶点在z轴方向上的距离；所述z轴坐标系为各所述顶点在z轴的坐标均为正的坐标系；

顶点z轴方向偏移系数计算模块，用于根据各所述顶点在z轴方向上的距离，计算每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；

各自分层内顶点在xy轴方向距离确定模块，用于在平面直角坐标系中，确定每个分层内所述三角网格模型的各三角面的顶点分别在x轴方向和y轴方向上的距离；所述平面直角坐标系为以分层中第一固定点为坐标原点，以扫描方向为x轴，以垂直x轴方向为y轴，建立的坐标系；所述分层为所述三角网格模型进行切片处理后得到的截面轮廓，且一个所述分层对应一个平面直角坐标系；所述第一固定点为所述分层中的一个点；

各自分层内顶点在xy轴方向偏移系数计算模块，用于根据每个分层内各所述顶点在x轴方向上的距离和在y轴方向上的距离，计算各自分层上每个所述顶点分别在x轴方向上和在y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；

重建模块，用于根据每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数以及每个分层内各所述顶点在x轴方向和y轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数，对每个所述顶点进行偏移处理，并根据偏移处理后的顶点重建三角网格模型。

8.根据权利要求7所述的一种面向STL文件的三维模型预处理系统，其特征在于，所述顶点z轴方向距离确定模块，具体包括：

第二固定点确定单元，用于确定第二固定点；所述第二固定点为所述三角网格模型底部的一个点；

z轴坐标系建立单元，用于根据所述第二固定点，建立z轴坐标系；

顶点z轴坐标计算单元，用于在所述z轴坐标系中，确定所述三角网格模型的各三角面的顶点的z轴坐标；

顶点z轴方向距离确定单元，用于根据各所述顶点的z轴坐标，确定各所述顶点在z轴方向上的距离。

9.根据权利要求7所述的一种面向STL文件的三维模型预处理系统，其特征在于，所述顶点z轴方向偏移系数计算模块，具体包括：

顶点z轴方向偏移系数计算单元，用于根据公式

计算每个所述顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；其中，λ_iz为第i个顶点在z轴方向上的自适应收缩补偿偏移系数；z_i为第i个顶点在z轴方向上的距离；i＝1,2,3…n，n为顶点的个数。

10.根据权利要求7所述的一种面向STL文件的三维模型预处理系统，其特征在于，所述各自分层内顶点在xy轴方向距离确定模块，具体包括：

分层参数确定单元，用于确定分层方向和分层厚度；

切片处理单元，用于根据所述分层方向和所述分层厚度，对所述三角网格模型进行切片处理，得到多个分层；

平面直角坐标系建立单元，用于以分层中第一固定点为坐标原点，以扫描方向为x轴，以垂直x轴方向为y轴，建立每个所述分层对应的平面直角坐标系；

各自分层内顶点在xy轴方向距离确定单元，用于根据每个所述分层对应的平面直角坐标系，确定每个分层内所述三角网格模型的各三角面的顶点分别在x轴方向和y轴方向上的距离。

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