CN113715338B

CN113715338B - 三维模型的切片方法、打印方法及相关设备

Info

Publication number: CN113715338B
Application number: CN202111002138.1A
Authority: CN
Inventors: 刘鹏
Original assignee: Shenzhen Anycubic Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Anycubic Technology Co Ltd
Priority date: 2021-08-30
Filing date: 2021-08-30
Publication date: 2023-08-18
Anticipated expiration: 2041-08-30
Also published as: CN113715338A; WO2023029619A1

Abstract

本发明提供一种三维模型的切片方法、打印方法及相关设备，涉及3D打印技术领域，所述方法包括：确定三维模型的目标层切片对应的三角形裙带集合，其中，所述三角形裙带集合包括与所述目标层切片的切平面相交的至少两个所述三角面片；获取所述三角形裙带集合中所述三角面片的半边数据结构；依据所述三角面片的半边数据结构生成所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片。本发明实施例能够提高三维模型切片的效率。

Description

三维模型的切片方法、打印方法及相关设备

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种三维模型的切片方法、打印方法及相关设备。

背景技术

3D打印属于快速成型技术，它以数字模型为基础，利用金属粉末、陶瓷粉末、塑料或液体光敏树脂等材料，逐层地打印出整个三维物体。3D打印的过程首先是通过计算机3D建模软件设计3D模型，再将该三维模型“切片”成逐层的截面，再根据分析截面信息得到加工路径，从而指导3D打印机逐层打印，通过逐层叠加最终形成三维物件。3D打印技术应用较多的为光固化3D打印，光固化3D打印使用的材料一般为光敏树脂，通常为液体，配比一定的光引发剂，在光照射下发生聚合反应，实现固定。在进行光固化3D打印之前，需要对待打印模型进行三维模型的切片，目前在进行三维模型的切片时对待打印模型的所有三角面片进行集中分析，进行三维模型切片的效率较低。

发明内容

本发明实施例提供一种三维模型的切片方法、打印方法及相关设备，以解决现有技术中三维模型切片的效率较低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种三维模型的切片方法，所述方法包括：

确定三维模型的目标层切片对应的三角形裙带集合，其中，所述三角形裙带集合包括与所述目标层切片的切平面相交的至少两个所述三角面片；

获取所述三角形裙带集合中所述三角面片的半边数据结构；

依据所述三角面片的半边数据结构生成所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片。

第二方面，本发明实施例提供了一种打印方法，所述方法包括：

获取待打印文件，并根据所述待打印文件打印模型；其中，所述待打印文件为第一方面所述的三维模型的切片方法生成的轮廓图片。

第三方面，本发明实施例提供了一种打印系统，包括：切片装置和打印设备；

所述切片装置，用于执行第一方面所述的三维模型的切片方法；

打印设备，使用所述切片装置输出的轮廓图片，并依据所述轮廓图片得到待打印模型。

第四方面，本发明实施例提供了一种打印设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序，所述程序被所述处理器执行时实现如第一方面所述的三维模型的切片方法中的步骤。

第五方面，本发明实施例提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如第一方面所述的三维模型的切片方法中的步骤。

本发明实施例中，确定三维模型的目标层切片对应的三角形裙带集合，其中，所述三角形裙带集合包括与所述目标层切片的切平面相交的至少两个所述三角面片；获取所述三角形裙带集合中所述三角面片的半边数据结构；依据所述三角面片的半边数据结构生成所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片。这样，在三维模型的切片过程中通过所述三角形裙带集合中所述三角面片的半边数据结构确定所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片，能够提高三维模型切片的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例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是本发明实施例提供的一种三维模型的切片方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种三维模型切片的示意图之一；

图3是本发明实施例提供的一种半边数据结构的示意图；

图4是本发明实施例提供的一种三维模型切片的示意图之二；

图5是本发明实施例提供的一种三维模型切片的示意图之三；

图6是本发明实施例提供的一种三维模型切片的示意图之四；

图7是本发明实施例提供的一种打印设备的结构示意图。

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作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。

参见图1，图1是本发明实施例提供的一种三维模型的切片方法的流程图，所如图1所示，包括以下步骤：

步骤101、确定三维模型的目标层切片对应的三角形裙带集合，其中，所述三角形裙带集合包括与所述目标层切片的切平面相交的至少两个所述三角面片。

其中，所述目标层切片可以为三维模型的一个层切片，或全部层切片。示例地，所述目标层切片为所述三维模型的任意一个层切片。可以遍历待处理的三维模型的所有三角面片，确定目标层切片对应的三角形裙带集合。可以采用多线程遍历待处理的三维模型中的所有三角面片，如图2所示，可以获取与目标层切片的切平面P相交的三角面片，建立目标层切片对应的三角形裙带集合。

步骤102、获取所述三角形裙带集合中所述三角面片的半边数据结构。

其中，所述三角面片的半边数据结构可以包括所述三角面片的顶点、半边及面片。对于所述三角形裙带集合中的所述三角面片，可以去除冗余顶点，并去除退化三角形，建立所述三角面片的点线面的拓扑数据结构，获取所述三角面片的半边数据结构。

示例地，以三角面片fA和fB为例，如图3所示，三角面片fA由点{0，1，2}，半边{0，1}、{1，2}、{2，0}组成；三角面片fB由点{0，2，3}，半边{0，2}、{2，3}、{3，0}组成；fA和fB互为相邻关系，且fB的半边{0，2}与fA的半边{2，0}构成一条完整的线段。

步骤103、依据所述三角面片的半边数据结构生成所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片。

其中，可以依据所述三角面片的半边数据结构确定所述三角形裙带集合中所述三角面片与所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的切平面的所有交点，依据所述所有交点生成所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片。具体的，所述依据所述所有交点生成所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片，可以是，确定所述所有交点形成的有向线段集合，所述有向线段集合中包括多条有向线段，基于所述三角形裙带集合对应的所述多条有向线段，确定所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片。

另外，在生成所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片之后，可以基于所述轮廓图片生成所述三维模型的切片文件。在所述目标层切片为所述三维模型的任意一个层切片的情况下，可以对三维模型的全部层切片对应的轮廓图片进行打包并压缩，得到所述三维模型的切片文件。示例地，所述三维模型的切片文件可以为对全部轮廓图片打包压缩得到的zip类型的压缩文件。

需要说明的是，本发明实施例中的三维模型的切片方法可以应用于三维模型的光固化切片过程中。

可选的，所述依据所述三角面片的半边数据结构生成所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片，包括：

依据所述三角面片的半边数据结构确定所述三角形裙带集合中的三角面片与所述目标层切片的切平面的所有交点；

确定所述所有交点形成的有向线段集合，所述有向线段集合中包括多条有向线段；

基于所述三角形裙带集合对应的所述多条有向线段确定所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片。

其中，所述三角形裙带集合对应的所述多条有向线段可以形成所述三角形裙带集合对应的至少两条连续线段，所述基于所述多条有向线段确定所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片，可以是，确定所述至少两条连续线段的所有线头的坐标位置，并对所述所有线头的坐标位置进行整型化处理，所述线头为所述连续线段的端点，获取所述整型化处理后得到的坐标位置相同的至少两个目标线头，建立所述目标线头之间的线段以获取所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓线，基于所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓线确定所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片；或者还可以是，确定所述三角形裙带集合对应的所述至少两条连续线段的所有线头的坐标位置，并依据所述所有线头的坐标位置确定所述所有线头中的多对线头，多对线头中每对线头包括位置最相近的两个线头，连接所述两个线头以获取所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓线，基于所述目标层切片的轮廓线确定所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片。本实施例对此不进行限定。

示例地，如图4所示，三角面片fa由点{2，0，1}，半边{2，0}、{0，1}、{1，2}组成；三角面片fb由点{2，1，3}，半边{2，1}、{1，3}、{3，2}组成；三角面片fc由点{3，4，2}，半边{3，4}、{4，2}、{2，3}组成。在确定三角面片与切平面的交点时，fa{0，1}与切平面不相交，则转到fa{1，2}；fa{1，2}与切平面相交，得到交点seg[0]，同时可以找到fa{1，2}的相邻边fb{2，1}；fb{2，1}与fa{1，2}为相同线段，转到fb{1，3}；fb{1，3}与切平面不相交，转到fb{3，2}；fb{3，2}与切平面相交，得到交点seg[1]，同时可以找到fb{3，2}的相邻面fc{2，3}；fc{2，3}与fb{3，2}为相同线段，转到fc{3，4}，fc{3，4}与切平面不相交，转到fc{4，2}；fc{4，2}与切平面相交，得到交点seg[2]。

该实施方式中，依据所述三角面片的半边数据结构确定所述三角形裙带集合中所述三角面片与所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的切平面的所有交点，并确定所述所有交点形成的有向线段集合，能够较为快捷地确定有向线段集合，从而能够基于有向线段集合确定目标层切片的轮廓图片。

可选的，所述依据所述三角面片的半边数据结构确定所述三角形裙带集合中的三角面片与所述目标层切片的切平面的所有交点，包括：

依次确定所述三角形裙带集合中的目标三角面片的第一有向边、第二有向边及第三有向边，与所述目标层切片的切平面是否存在交点，其中，所述目标三角面片为所述三角形裙带集合中的任意一个三角面片，所述目标三角面片的半边数据结构包括所述第一有向边、所述第二有向边及所述第三有向边，所述第一有向边的下一半边为所述第二有向边，所述第二有向边的下一半边为所述第三有向边，所述第三有向边的下一半边为所述第一有向边；

在确定所述目标三角面片与所述目标层切片的切平面存在两个交点的情况下，获取所述目标三角面片与所述目标层切片的切平面的第一交点和第二交点；

所述确定所述所有交点形成的有向线段集合，包括：

依据所述第一交点及所述第二交点确定第一有向线段，所述第一有向线段的方向为所述第一交点指向所述第二交点，所述第一交点的确定时间先于所述第二交点的确定时间；

其中，所述有向线段集合包括所述第一有向线段。

另外，可以依次确定所述三角形裙带集合中与所述目标三角面片相邻的三角面片的第四有向边及第五有向边，与所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的切平面是否存在交点，以获取与所述目标三角面片相邻的三角面片与所述切平面的第三交点，与所述目标三角面片相邻的三角面片的半边数据结构包括所述第四有向边、所述第五有向边及第六有向边，所述第六有向边与所述第三有向边为相同线段，所述第六有向边的下一半边为所述第四有向边，所述第四有向边的下一半边为所述第五有向边，所述第五有向边的下一半边为所述第六有向边；可以依据所述第三交点及所述第二交点确定第二有向线段，所述第二有向线段的方向为第二交点指向所述第三交点，所述第二交点的确定时间先于所述第三交点的确定时间；其中，所述有向线段集合还包括所述第二有向线段。

该实施方式中，依次确定所述三角形裙带集合中的目标三角面片的第一有向边、第二有向边及第三有向边，与所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的切平面是否存在交点，依据确定的交点获取有向线段集合，这样，能够有序且高效地确定有向线段集合。

本发明实施例中的三维模型的切片通过分层级过滤的方法，在三维模型的切片的每次处理中都将后续重复用到的数据提前准备，减少了后续处理需要的数据集合元素，能够极大提高切片效率。

可选的，所述多条有向线段形成至少两条连续线段；

所述基于所述三角形裙带集合对应的所述多条有向线段确定所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片，包括：

确定所述至少两条连续线段的所有线头的坐标位置，并对所述所有线头的坐标位置进行整型化处理，所述线头为所述连续线段的端点；

获取所述整型化处理后得到的坐标位置相同的至少两个目标线头；

建立所述目标线头之间的线段以获取所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓线；

基于所述目标层切片的轮廓线确定所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片。

其中，整型化处理可以是直接去除所有线头的坐标位置的最后一位，或者最后两位；或者，是对坐标位置的最后一位，或者最后两位进行四舍五入处理。示例地，如图5所示，所有线头包括线头A、B、C、D、E、F、G、H、O及Q，以线头A和线头B为例，线头A的坐标位置为(1.085，2.065)，线头B的坐标位置为(1.086，2.068)，对线头A和线头B的坐标位置进行整型化处理后，得到线头A的坐标位置为(1.09，2.07)，线头B的坐标位置为(1.09，2.07)，整型化处理后线头A的坐标位置和线头B的坐标位置相同，可以连接线头A和线头B。

另外，建立所述目标线头之间的线段之后，对于剩余的线头可以采用最邻近点查找，将剩余的线头与其最邻近的线头进行连接，获取所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓线。

该实施方式中，获取整型化处理后得到的坐标位置相同的至少两个目标线头，建立所述目标线头之间的线段以获取所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓线，能够较为快捷地确定有向线段集合，且能够减少线头的数量；并且，通过建立所述目标线头之间的线段以获取所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓线，能够避免由于原始模型存在破损或自相交导致的需要手动连接大量线头，效率较低的问题。

可选的，所述基于所述目标层切片的轮廓线确定所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片，包括：

依据所述三角形裙带集合对应的所述多条有向线段，确定所述目标层切片的轮廓线的方向；

依据所述轮廓线的方向对所述轮廓线进行渲染得到所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片。

其中，可以确定所述三角形裙带集合对应的所述多条有向线段中每条有向线段的第一向量，所述第一向量为所述有向线段的几何表示，依据所述每条有向线段的起点对应的两个三角面片的法向量，确定所述每条有向线段对应的第二向量，其中，所述第二向量为所述两个三角面片的法向量的向量之和，所述起点对应的两个三角面片中每个三角面片与所述目标层切片的切平面的交点均包括所述起点，可以依据所述三角形裙带集合对应的所述每条有向线段对应的第一向量和所述每条有向线段对应的第二向量，确定所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓线的方向。具体的，可以依据所述三角形裙带集合对应的所述每条有向线段的第一向量和所述每条有向线段对应的第二向量的叉乘结果，确定所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓线的方向。

另外，轮廓线的方向可以为朝内或朝外，朝内指的是朝向轮廓线围合而成的区域，朝外指的是朝向轮廓线围合而成的区域以外的区域。一种实施方式中，若轮廓线的方向朝内，则将该轮廓线围合而成的区域渲染为空心区域；若轮廓线的方向朝外，则将该轮廓线围合而成的区域渲染成实心区域。

该实施方式中，依据所述三角形裙带集合对应的所述多条有向线段，确定所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓线的方向，依据所述轮廓线的方向对所述轮廓线进行渲染得到所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片，从而能够较为准确地渲染得到目标层切片的轮廓图片。

可选的，所述依据所述三角形裙带集合对应的所述多条有向线段，确定所述目标层切片的轮廓线的方向，包括：

确定所述三角形裙带集合对应的所述多条有向线段中每条有向线段的第一向量，所述第一向量为所述有向线段的几何表示；

依据所述每条有向线段的起点对应的两个三角面片的法向量，确定所述每条有向线段对应的第二向量，其中，所述第二向量为所述两个三角面片的法向量的向量之和，所述起点对应的两个三角面片中每个三角面片与所述目标层切片的切平面的交点均包括所述起点；

依据所述每条有向线段的第一向量和所述每条有向线段对应的第二向量的叉乘结果，确定所述目标层切片的轮廓线的方向。

其中，如图4所示，以三角面片fa、fb及fc为例，有向线段可以包括交点seg[0]与seg[1]构成的线段，线段的方向为交点seg[0]指向seg[1]；有向线段还可以包括交点seg[1]与seg[2]构成的线段，线段的方向为交点seg[1]指向seg[2]。seg[1]与seg[2]构成的有向线段的起点为seg[1]，seg[1]对应的两个三角面片为fb和fc。

另外，有向线段的第一向量和有向线段对应的第二向量的叉乘结果大于0，可以认为该有向线段投赞成票；有向线段的第一向量和有向线段对应的第二向量的叉乘结果小于或等于0，可以认为该有向线段投反对票。若所述多条有向线段中投赞成票的有向线段多于投反对票的有向线段，则可以将投赞成票的有向线段对应的第二向量所表征的朝向确定为所述轮廓线的方向；若所述多条有向线段中投反对票的有向线段多于投赞成票的有向线段，则可以将投反对票的有向线段对应的第二向量所表征的朝向确定为所述轮廓线的方向。

需要说明的是，有向线段对应的第一向量和第二向量的叉乘结果大于0，可以认为该有向线段投赞成票；有向线段对应的第一向量和第二向量的叉乘结果小于或等于0，可以认为该有向线段投反对票，通过少数服从多数的原则，将该多数有向线段对应的第二向量的方向确定为所述轮廓线的方向。由于三角面片可能反向，若仅按照x轴最小的两个线段决定轮廓线的方向可能会导致轮廓线的方向有误，从而后期需要耗费大量资源去修正轮廓线的方向。如图6所示，nor为有向线段对应的第二向量，seg为有向线段对应的第一向量，即使由于某个三角面片反向导致nor1的方向有误，通过投票机制决策，在大部分有向线段对应的第二向量正确的情况下，轮廓线的方向不会有误。

该实施方式中，依据所述三角形裙带集合对应的所述每条有向线段的第一向量和所述每条有向线段对应的第二向量的叉乘结果，确定所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓线的方向，从而可以采用投票机制确定轮廓线的方向，能够准确且高效地确定轮廓线的方向；并且能够有效的修复模型中一些面片反向、小破洞的情况，提高了切片的容错鲁棒性。

本发明实施例还提供了一种打印方法，所述方法包括：

获取待打印文件，并根据所述待打印文件打印模型；其中，所述待打印文件为采用本发明实施例所述的三维模型的切片方法生成的轮廓图片。

本发明实施例还提供了一种打印系统，包括：切片装置和打印设备；

所述切片装置，用于执行本发明实施例所述的三维模型的切片方法；

如图7所示，本发明实施例还提供了一种打印设备200，包括：存储器202、处理器201及存储在所述存储器202上并可在所述处理器201上运行的程序，所述程序被所述处理器201执行时实现上述三维模型的切片方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

本发明实施例还提供一种可读存储介质，可读存储介质上存储程序或指令，该程序或指令被处理器执行时实现上述三维模型的切片方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。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(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本公开各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本公开的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims

1.一种三维模型的切片方法，其特征在于，所述方法包括：

遍历待处理的三维模型的所有三角面片；

获取所述三角形裙带集合中所述三角面片的半边数据结构；

依据所述三角面片的半边数据结构生成所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片；

所述依据所述三角面片的半边数据结构生成所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片，包括：

基于所述三角形裙带集合对应的所述多条有向线段确定所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片；

所述多条有向线段形成至少两条连续线段；

2.根据权利要求1所述的三维模型的切片方法，其特征在于，所述依据所述三角面片的半边数据结构确定所述三角形裙带集合中的三角面片与所述目标层切片的切平面的所有交点，包括：

所述确定所述所有交点形成的有向线段集合，包括：

其中，所述有向线段集合包括所述第一有向线段。

3.根据权利要求1所述的三维模型的切片方法，其特征在于，所述基于所述目标层切片的轮廓线确定所述三角形裙带集合对应的所述目标层切片的轮廓图片，包括：

4.根据权利要求3所述的三维模型的切片方法，其特征在于，所述依据所述三角形裙带集合对应的所述多条有向线段，确定所述目标层切片的轮廓线的方向，包括：

5.一种打印方法，其特征在于，所述方法包括：

获取待打印文件，并根据所述待打印文件打印模型；其中，所述待打印文件为权利要求1-4中任一项所述的三维模型的切片方法生成的轮廓图片。

6.一种打印系统，其特征在于，包括：切片装置和打印设备；

所述切片装置，用于执行如权利要求1-4中任一项所述的三维模型的切片方法；

7.一种打印设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序，所述程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的三维模型的切片方法中的步骤。

8.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的三维模型的切片方法中的步骤。