CN113947669A - 一种stl三角网格模型数据提取和处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种STL三角网格模型数据提取和处理方法，包括以下步骤：S1、载入STL文件，并验证STL文件的正确性；S2、创建存储顶点，边，三角形数据的容器，解决STL文件有二进制格式和ASCII码格式两种存储方式；S3、根据STL文件的内容向容器列表中添加数据。在本发明去除了重复的三角形顶点坐标，减少数据存储所需空间，去除重复三角形顶点坐标，具体包括，STL文件中原本的三角形顶点坐标被重复存储，这种重复存储隐式包含了三角形顶点之间的位置关系。通过本方法对STL文件数据处理和转换，将STL文件转换为另一种格式的三角网格模型，每个顶点坐标在此模型中只被保存一次，并显式地保存三角网格顶点和边之间的拓扑结构。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，特别涉及一种STL三角网格模型数据提取和处理方法。
背景技术
STL文件格式是由3D SYSTEMS公司于1988年制定的一个接口协议。STL文件由多个三角面片的定义组成，每个三角面片的定义包括三角形顶点坐标和三角面片的法矢量。
STL文件的三角形顶点坐标是正数，没有尺度信息，且计量单位为任意的。STL文件分为ASCII码和二进制两种格式；
相对于其他形式的文件格式，诸如step，iges等文件格式，STL文件有数据结构简单，数据存储量高的优点。
但是STL文件中存储的信息有以下不足之处：
一、顶点的数据被重复存储，浪费存储空间。
二、存储的信息不包含三角面片的相对位置，这种相对位置在机床轨迹生成等应用中非常重要，为此，提出一种STL三角网格模型数据提取和处理方法。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例希望提供一种STL三角网格模型数据提取和处理方法，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，至少提供一种有益的选择。
本发明实施例的技术方案是这样实现的：一种STL三角网格模型数据提取和处理方法，包括以下步骤：
S1、载入STL文件，并验证STL文件的正确性；
S2、创建存储顶点，边，三角形数据的容器，解决STL文件有二进制格式和ASCII码格式两种存储方式；
S3、根据STL文件的内容向容器列表中添加数据；
S4、保存转换后的数据容器列表。
在一些实施例中，在所述S1中，包括：S11判断STL文件格式，读取STL文件的81-84byte，将其转换为整型数据N，若该STL文件为二进制格式，N为此STL文件包含的三角面片数量；
若该STL文件为二进制格式，则STL文件长度LEN符合以下关系：
LEN＝84+50N
若验证以上关系成立，则该STL文件格式为二进制格式；
若以上关系不成立，则则查询文件中的标志字符串，若在STL文件中查找到多个标志字符串，则该STL文件格式为ASCⅡ码格式。
在一些实施例中，在所述S1中，包括以下步骤：
S12、按照所述S11确定的格式解析STL文件；将STL文件中的数据分组保存，每组数据包含一个三角面片的三个顶点坐标，和三角面片的法向量；
S13、验证三角面片的法向量方向是否正确；
STL文件中保存的三角面片法向量指向模型外部，假设STL文件中每个三角面片的三个顶点依次为P1，P2，P3，则STL文件法向量方向为：
通过以上公式计算法向量，并和STL文件中原本保存的法向量比较，验证STL文件中保存的法向量是否正确；
S14、若S13中验证得到法向量正确，则保存所述S12转换后的数据容器列表。
在一些实施例中，在所述S2中，数据存储容器包含三种，分别为顶点容器，边容器，三角形容器：
顶点容器包含顶点三维坐标、顶点对边容器编号两部分，其中顶点三维坐标唯一，顶点对边容器编号包含该顶点所有对边。
在一些实施例中，在所述S2中，边容器包含顶点编号、临边编号两部分，每个边容器包含两个顶点编号，每个边容器包含2个或4个临边编号；
三角形容器包含顶点编号、边编号、法向量三部分，其中包含3个顶点编号，3个边编号，1个法向量。
在一些实施例中，在所述S3中包括以下步骤：
S21、载入STL文件；
S22、读取STL文件的第一个未被读取的三角面片数据，该三角面片中包含的信息包含3个顶点的三维坐标、该三角面片的法向量；
S23、创建3个顶点数据容器，保存3个顶点的三维坐标；
S24、创建3个边数据容器，保存该三角面片的3个边，其中每个边数据容器中包含2个顶点容器的编号，这些顶点容器在所述S23中被创建。
在一些实施例中，在所述S3中包括以下步骤：
S25、检查当前所有的边容器，去掉重复的边容器；
S26、向所述S23中创建的顶点容器加入对边编号，在所述S22读取的三角面片中，每个顶点都有1个对边；
S27、向所述S24中创建的边容器加入临边编号，在所述S22读取的三角面片中，每个边都有2个临边，即对三角面片3个边的任意1个边而言，其余2个边是这个边的临边；
S28、去掉在所述S27中加入的，每个边容器的临边编号中的重复临边；
S29、验证STL文件中是否还有三角面片数据未被读取；
S210、若所述S29中还有未被读取的三角面片，则返回所述S22；
若所述S29中还有未被读取的三角面片，则返回所述S22。
在一些实施例中，在所述S4中，按照该方法的S4，保存转换后的数据容器列表，保存为一个新的文件，供下一步计算使用，或者直接将这些数据用作CAD/CAM，轨迹规划应用的输入数据；通过建立以上数据存储容器，使三维坐标和顶点之间建立一一对应的关系，避免顶点三维坐标的重复存储。
本发明实施例由于采用以上技术方案，其具有以下优点：
一、在本发明去除了重复的三角形顶点坐标，减少数据存储所需空间，去除重复三角形顶点坐标，具体包括，STL文件中原本的三角形顶点坐标被重复存储，这种重复存储隐式包含了三角形顶点之间的位置关系。通过本方法对STL文件数据处理和转换，将STL文件转换为另一种格式的三角网格模型，每个顶点坐标在此模型中只被保存一次，并显式地保存三角网格顶点和边之间的拓扑结构。
二、在本发明提取了三角面片之间位置关系，建立整个三角网格模型的拓扑结构，建立三角网格顶点和边之间的拓扑结构，具体包括，三角形所有边之间的位置关系，三角形所有顶点之间的位置关系，三角面片和三角面片法向量之间的对应关系，可以转换STL文件的二进制存储方式和ASCII码存储方式，将其存储为统一格式的三角网格模型。
上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
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，下面将对实施例或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他的附图。
图1为本发明的载入STL文件流程图；
图2为本发明的建立数据容器流程图；
图3为本发明的向容器中添加数据流程图；
图4为本发明的STL三角网格模型数据图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例一
如图1-4所示，本发明实施例提供了一种STL三角网格模型数据提取和处理方法，包括以下步骤，
S1、载入STL文件，并验证STL文件的正确性；
S2、创建存储顶点，边，三角形数据的容器，解决STL文件有二进制格式和ASCII码格式两种存储方式；
S3、根据STL文件的内容向容器列表中添加数据；
S4、保存转换后的数据容器列表。
在一个实施例中，在S1中，包括：S11判断STL文件格式，读取STL文件的81-84byte，将其转换为整型数据N，若该STL文件为二进制格式，N为此STL文件包含的三角面片数量；
若该STL文件为二进制格式，则STL文件长度LEN符合以下关系：
LEN＝84+50N
若验证以上关系成立，则该STL文件格式为二进制格式；
若以上关系不成立，则则查询文件中的标志字符串，若在STL文件中查找到多个标志字符串，则该STL文件格式为ASCⅡ码格式，通过S1进行判定STL文件的格式，方便进行下面工作流程。
在一个实施例中，在S1中，包括以下步骤：
S12、按照S11确定的格式解析STL文件；将STL文件中的数据分组保存，每组数据包含一个三角面片的三个顶点坐标，和三角面片的法向量；
S13、验证三角面片的法向量方向是否正确；
STL文件中保存的三角面片法向量指向模型外部，假设STL文件中每个三角面片的三个顶点依次为P1，P2，P3，则STL文件法向量方向为：
通过以上公式计算法向量，并和STL文件中原本保存的法向量比较，验证STL文件中保存的法向量是否正确。
S14、若S13中验证得到法向量正确，则保存S12转换后的数据容器列表，通过验证三角面片的法向量方向是否正确，进一步方便进行操作以下流程。
在一个实施例中，在S2中，数据存储容器包含三种，分别为顶点容器，边容器，三角形容器：
顶点容器包含顶点三维坐标、顶点对边容器编号两部分，其中顶点三维坐标唯一，顶点对边容器编号包含该顶点所有对边，通过对顶点容器的三维坐标与定点边进行编号，方便将多个定点容器进行匹配。
在一个实施例中，在S2中，边容器包含顶点编号、临边编号两部分，每个边容器包含两个顶点编号，每个边容器包含2个或4个临边编号；
三角形容器包含顶点编号、边编号、法向量三部分，其中包含3个顶点编号，3个边编号，1个法向量，通过三角形容器设置，提高储存量。
在一个实施例中，在S3中包括以下步骤：
S21、载入STL文件；
S22、读取STL文件的第一个未被读取的三角面片数据，该三角面片中包含的信息包含3个顶点的三维坐标、该三角面片的法向量；
S23、创建3个顶点数据容器，保存3个顶点的三维坐标；
S24、创建3个边数据容器，保存该三角面片的3个边，其中每个边数据容器中包含2个顶点容器的编号，这些顶点容器在S23中被创建，通过以上流程，方便对边数据容器进行组合。
在一个实施例中，在S3中包括以下步骤：
S25检查当前所有的边容器，去掉重复的边容器；
S26向S23中创建的顶点容器加入对边编号，在S22读取的三角面片中，每个顶点都有1个对边；
S27向S24中创建的边容器加入临边编号，在S22读取的三角面片中，每个边都有2个临边，即对三角面片3个边的任意1个边而言，其余2个边是这个边的临边；
S28去掉在S27中加入的，每个边容器的临边编号中的重复临边；
S29验证STL文件中是否还有三角面片数据未被读取；
S210若S29中还有未被读取的三角面片，则返回S22；
若S29中还有未被读取的三角面片，则返回S22，通过以上流程，用于审查三角面片是否读取，保证三角面片精确性。
在一个实施例中，在S4中，按照该方法的S4，保存转换后的数据容器列表，保存为一个新的文件，供下一步计算使用，或者直接将这些数据用作CAD/CAM，轨迹规划应用的输入数据；通过建立以上数据存储容器，使三维坐标和顶点之间建立一一对应的关系，避免顶点三维坐标的重复存储，通过以上流程，从而避免顶点三维坐标的重复存储。
实施例二
本发明实施例提供了一种STL三角网格模型数据提取和处理方法，以ASCII码格式的STL文件为例，如图3所示，方法包括以下步骤：
S301、载入STL文件，验证STL文件中法向量的正确性；
S302、读取STL文件中的第一个三角面片数据，如图4所示，读取到的第一个三角形面片为三角形ABC；
S303、创建3个顶点容器，存储A、B、C三个顶点的三维坐标；
具体地，以上3个顶点容器的编号分别为1、2、3；
S304、创建3个边数据容器，存储3个边，分别为AB、AC、BC；具体地，以上3个边数据容器编号分别为1、2、3；
其中，每个边容器包含两个顶点容器编号，边容器1(AB)包含的顶点容器编号为1、2；边容器2(AC)包含的顶点容器编号为1、3；边容器3(BC)包含的顶点容器编号为2、3；
S305、检查S304创建的所有边容器，去掉重复的容器，此实例中，创建的三个边容器是非重复的，即S304中创建的3个边容器都被保留；
S306、向S303中创建的顶点容器加入对边编号，在S302读取的三角面片中，每个顶点都有1个对边；
具体地，顶点容器1对边为BC(边容器3)；顶点容器2对边为AC(边容器2)；顶点容器3对边为AB(边容器1)；
S307、向S304中创建的边容器加入临边容器编号；
具体地，边容器1的临边容器编号为2、3；边容器2的临边容器编号为1、3；边容器3的临边容器编号为1、2；
S308、去掉在S307中，每个边容器中，临边编号中的重复临边；
具体地，此实例中的步骤7中暂时未有重复临边，即S307中边容器中增加的临边都被保留；
S309、STL文件中还有三角面片数据未被读取；
S310、返回步骤2，继续读取下一个三角面片数据，直到所有三角面片数据被读取完毕；
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到其各种变化或替换，这些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以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种STL三角网格模型数据提取和处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、载入STL文件，并验证STL文件的正确性；
S2、创建存储顶点，边，三角形数据的容器，解决STL文件有二进制格式和ASCII码格式两种存储方式；
S3、根据STL文件的内容向容器列表中添加数据；
S4、保存转换后的数据容器列表。
2.根据权利要求1所述的STL三角网格模型数据提取和处理方法，其特征在于：在所述S1中，包括：S11判断STL文件格式，读取STL文件的81-84byte，将其转换为整型数据N，若该STL文件为二进制格式，N为此STL文件包含的三角面片数量；
若该STL文件为二进制格式，则STL文件长度LEN符合以下关系：
LEN＝84+50N
若验证以上关系成立，则该STL文件格式为二进制格式；
若以上关系不成立，则则查询文件中的标志字符串，若在STL文件中查找到多个标志字符串，则该STL文件格式为ASCⅡ码格式。
3.根据权利要求2所述的STL三角网格模型数据提取和处理方法，其特征在于：在所述S1中，包括以下步骤：
S12、按照所述S11确定的格式解析STL文件；将STL文件中的数据分组保存，每组数据包含一个三角面片的三个顶点坐标，和三角面片的法向量；
S13、验证三角面片的法向量方向是否正确；
STL文件中保存的三角面片法向量指向模型外部，假设STL文件中每个三角面片的三个顶点依次为P1，P2，P3，则STL文件法向量方向为：
通过以上公式计算法向量，并和STL文件中原本保存的法向量比较，验证STL文件中保存的法向量是否正确；
S14、若S13中验证得到法向量正确，则保存所述S12转换后的数据容器列表。
4.根据权利要求1所述的STL三角网格模型数据提取和处理方法，其特征在于：在所述S2中，数据存储容器包含三种，分别为顶点容器，边容器，三角形容器：
顶点容器包含顶点三维坐标、顶点对边容器编号两部分，其中顶点三维坐标唯一，顶点对边容器编号包含该顶点所有对边。
5.根据权利要求2所述的STL三角网格模型数据提取和处理方法，其特征在于：在所述S2中，边容器包含顶点编号、临边编号两部分，每个边容器包含两个顶点编号，每个边容器包含2个或4个临边编号；
三角形容器包含顶点编号、边编号、法向量三部分，其中包含3个顶点编号，3个边编号，1个法向量。
6.根据权利要求1所述的STL三角网格模型数据提取和处理方法，其特征在于：在所述S3中包括以下步骤：
S21、载入STL文件；
S22、读取STL文件的第一个未被读取的三角面片数据，该三角面片中包含的信息包含3个顶点的三维坐标、该三角面片的法向量；
S23、创建3个顶点数据容器，保存3个顶点的三维坐标；
S24、创建3个边数据容器，保存该三角面片的3个边，其中每个边数据容器中包含2个顶点容器的编号，这些顶点容器在所述S23中被创建。
7.根据权利要求1所述的STL三角网格模型数据提取和处理方法，其特征在于：在所述S3中包括以下步骤：
S25、检查当前所有的边容器，去掉重复的边容器；
S26、向所述S23中创建的顶点容器加入对边编号，在所述S22读取的三角面片中，每个顶点都有1个对边；
S27、向所述S24中创建的边容器加入临边编号，在所述S22读取的三角面片中，每个边都有2个临边，即对三角面片3个边的任意1个边而言，其余2个边是这个边的临边；
S28、去掉在所述S27中加入的，每个边容器的临边编号中的重复临边；
S29、验证STL文件中是否还有三角面片数据未被读取；
S210、若所述S29中还有未被读取的三角面片，则返回所述S22；
若所述S29中还有未被读取的三角面片，则返回所述S22。
8.根据权利要求1所述的STL三角网格模型数据提取和处理方法，其特征在于：在所述S4中，按照该方法的S4，保存转换后的数据容器列表，保存为一个新的文件，供下一步计算使用，或者直接将这些数据用作CAD/CAM，轨迹规划应用的输入数据；通过建立以上数据存储容器，使三维坐标和顶点之间建立一一对应的关系，避免顶点三维坐标的重复存储。
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| CN202111226734.8A CN113947669A (zh) | 2021-10-21 | 2021-10-21 | 一种stl三角网格模型数据提取和处理方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114693817A (zh) * | 2022-04-13 | 2022-07-01 | 广州柏视医疗科技有限公司 | 一种3d网格模型的压缩及解压方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114693817A (zh) * | 2022-04-13 | 2022-07-01 | 广州柏视医疗科技有限公司 | 一种3d网格模型的压缩及解压方法 |
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