DE112016007098T5

DE112016007098T5 - Indexierung von voxeln für das 3d-drucken

Info

Publication number: DE112016007098T5
Application number: DE112016007098.5T
Authority: DE
Inventors: Jun Zeng; Ana DEL ANGEL; Scott White; Sebastia Cortes i Herms; Gary J. Dispoto
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2019-04-18
Also published as: US10839598B2; US20190122427A1; WO2018022011A1

Abstract

Ein Beispiel umfasst ein nicht transitorisches maschinenlesbares Speichermedium, das in einem Octree organisierte Voxel und mindestens einen Quadtree-Index aufweist. Der Octree definiert ein zu druckendes dreidimensionales Objekt und weist eine Liste von Knoten für jede Tiefe des Octrees auf, wobei jeder Knoten einen mindestens ein Voxel darstellenden Knoteninhalt aufweist. Der mindestens eine Quadtree-Index dient zum Indexieren mindestens eines Knotens des Octrees und hat eine Tiefe, die kleiner als oder gleich einer maximalen aufgelösten Tiefe ist. Der mindestens eine Quadtree-Index ist durch computerausführbare Anweisungen zugänglich, um den Knoteninhalt von dem Octree abzurufen, um einen Prozessor zum Bearbeiten des zu druckenden dreidimensionalen Objekts anzusteuern.

Description

Hintergrund
Drucktechnologien können dazu verwendet werden, dreidimensionale Objekte aus von einer computergesteuerten Modellquelle ausgegebenen Daten zu bilden. Zum Beispiel kann ein dreidimensionales Objekt unter Verwendung eines Computerprogramms gestaltet werden (z. B. einer computerunterstützten Konstruktions-Anwendung (CAD)), und der Computer kann die Daten der Konstruktion an ein Druckersystem ausgeben, das in der Lage ist, das räumlich dreidimensionale Objekt nachzubilden. Die räumliche Freiform-Herstellung (oder schichtweise Herstellung) kann allgemein als eine Fabrikationstechnologie definiert werden, die zum Aufbauen eines dreidimensionalen Objekts unter Verwendung einer schichtweisen oder punktweisen Herstellung verwendet wird. Mit diesem Herstellungsverfahren können komplexe Formen ohne die Verwendung eines vorab angefertigten Werkzeugs oder einer entsprechenden Gießform gebildet werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Bearbeitungssystems für das dreidimensionale Drucken zeigt.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Octree-Darstellung zeigt.
Die 3A-3D sind Diagramme, die jede Tiefe der beispielhaften Octree-Darstellung von 2 zeigen.
4A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die quaternäre Knotennummerierungsregel darstellt.
4B ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Zuordnung eines Quadtree-Indexes zu einem Quadtree darstellt.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zum Erzeugen von Quadtree-Indizes für einen Octree darstellt.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel für ein Verfahren zum Erzeugen von Quadtree-Indizes für einen Octree darstellt.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zum Bearbeiten eines Objekts zum dreidimensionalen Drucken darstellt.
8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für normalisierte Z-Koordinaten darstellt, wobei angegeben ist, welche z-Schichten eines Objekts durch jeden Quadtree-Index definiert sind.
9 ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel für ein Verfahren zum Bearbeiten eines Objekts zum dreidimensionalen Drucken darstellt.
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zum Anfertigen eines zu druckenden Bilds darstellt.
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein zu druckendes Bild darstellt.
12 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zum Ausführen der Mikro-Schichtbildung von 9 darstellt.

Ausführliche Beschreibung
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen, die einen Teil hiervon bilden, und in denen illustrativ spezifische Beispiele dafür gezeigt werden, wie die Offenbarung ausgeführt werden kann. Es versteht sich, dass auch andere Beispiele verwendet werden können, und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist daher nicht in einem einschränkenden Sinn anzusehen, und der Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung ist durch die angehängten Ansprüche definiert. Es versteht sich, dass Merkmale der diversen hierin beschriebenen Beispiele teilweise oder insgesamt miteinander kombiniert werden können, falls nicht ausdrücklich anders angemerkt.
Heterogene Objekte sind dreidimensionale (3D-) Objekte, deren inneres Volumen aus verschiedenen Materialien besteht (wobei Leerbereiche als eigenständiger Materialtyp angesehen werden können), um Gestaltungsziele zu erfüllen (z. B. leichtes Gewicht, Verarbeitungskompensation). Zum Beispiel kann durch räumliches Anordnen verschiedener Materialien und leerer Bereiche eine heterogene Struktur erhalten werden, die mechanische Eigenschaften aufweist, die über die der Grundmaterialien allein hinausgehen.
Ein praktisches Mittel zum Herstellen heterogener Objekte ist das 3D-Drucken. Das Dokumentieren und Verarbeiten heterogener Objekte (z. B. nach der Konstruktion und vor dem Drucken) kann jedoch sehr detaillierte Kenntnisse der Gestaltung des inneren Volumens der Objekte erfordern. Es besteht eine Herausforderung an den Rechenumfang, um die sehr detaillierte 3D-Beschreibung des Objekts zu liefern und die Beschränkungen für die Laufzeit und Lagerung zu berücksichtigen, insbesondere in einer industriellen Umgebung, wo die Objekte groß und komplex sein können, und schließlich besteht auch eine Anforderung bezüglich der Gesamtverabeitungsmenge im Licht der Wirtschaftlichkeit der Industrieanlage.
Entsprechend wird, wie hierin offenbart, eine hierarchische Datenstruktur zum Beschleunigen der Verarbeitung (z. B. Schichtbildung, Kompensieren von systematischen Verschiebungen wegen des physikalischen Prozesses der geschichteten Herstellung) eines Objekts für den 3D-Druck beschrieben. Die Datenstruktur weist einen Satz von in einem Octree organisierten Voxeln, die ein zu druckendes Objekt definieren, wobei jeder Knoten des Octrees mindestens ein Voxel darstellt, und eine Liste von Knoten des Octrees indexierenden Quadtree-Indizes auf, um zu ermöglichen, dass jeder indexierte Knoten des Octrees individuell adressierbar ist. Die Quadtree-Indizes können bis in eine maximale aufgelöste Tiefe aufgelöst sein, die kleiner als oder gleich der Tiefe des Octrees ist. Je größer die maximale aufgelöste Tiefe ist, desto größer ist der Umfang der Liste von Quadtree-Indizes und desto niedriger ist die Laufzeitlatenz, wenn auf die Liste von Quadtree-Indizes zum 3D-Druck des Objekts zugegriffen wird. Je kleiner die maximale aufgelöste Tiefe ist, desto kleiner ist der Umfang der Liste von Quadtree-Indizes und desto größer ist die Laufzeitlatenz, wenn auf die Liste von Quadtree-Indizes zum 3D-Druck des Objekts zugegriffen wird.
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für ein Bearbeitungssystem 100 zum 3D-Drucken darstellt. Das System 100 umfasst einen Prozessor 102 und ein maschinenlesbares Speichermedium 106. Der Prozessor 102 ist über einen Kommunikationspfad 104 kommunikativ mit dem maschinenlesbaren Speichermedium 106 verbunden. Obwohl die folgende Beschreibung sich auf einen Prozessor und ein einzelnes maschinenlesbares Speichermedium bezieht, kann die Beschreibung auch auf ein System mit mehrfachen Prozessoren und mehrfachen maschinenlesbaren Speichermedien angewendet werden. In derartigen Beispielen können die Anweisungen und/oder Daten über mehrfache maschinenlesbare Speichermedien verteilt (z. B. gespeichert) sein, und die Anweisungen und/oder Daten können über mehrfache Prozessoren verteilt (z. B. ausgeführt/verarbeitet) werden.
Der Prozessor 102 weist ein oder mehrere zentrale Verarbeitungseinheiten (CPUs), Mikroprozessoren und/oder andere geeignete Hardware-Einrichtungen zum Abruf und zur Ausführung von Anweisungen und/oder zum Abruf und zur Verarbeitung von in dem maschinenlesbaren Speichermedium 106 gespeicherten Daten auf. Wie mit Bezug auf die folgenden Figuren näher beschrieben wird, kann der Prozessor 102 Anweisungen abrufen, decodieren und ausführen, um Daten 108 zu bilden und/oder zu modifizieren, die in einem Octree organisierte Voxel aufweisen, die ein Objekt für den 3D-Druck definieren. Der Octree weist eine Liste von Knoten in jeder Tiefe des Octrees auf, wobei jeder Knoten einen mindestens ein Voxel darstellenden Knoteninhalt (z. B. Material für den Knoten) aufweist. Zusammen genommen bilden alle Voxel das 3D-Objekt. Der Prozessor 102 kann Anweisungen abrufen, decodieren und ausführen, um Daten 110 zu bilden und/oder zu modifizieren, die mindestens einen Quadtree-Index zum Indexieren mindestens eines Knotens des Octrees aufweisen. Der mindestens eine indexierte Knoten des Octrees hat eine Tiefe, die kleiner als oder gleich einer maximalen aufgelösten Tiefe ist, die die aufgelöste Tiefe des Quadtree-Indexes angibt. Der Prozessor 102 kann Anweisungen abrufen, decodieren und ausführen, um auf den mindestens einen Quadtree-Index zuzugreifen, um den Knoteninhalt von dem Octree zum Bearbeiten (z. B. Schichtbilden) des Objekts für den 3D-Druck abzurufen.
Wie mit Bezug auf die folgenden Figuren näher beschrieben wird, weist in einem Beispiel der mindestens eine Quadtree-Index eine geordnete Liste von Tupeln auf. Jedes Tupel indexiert einen entsprechenden Knoten des Octrees und weist eine entsprechende Tiefe des Octrees auf, wobei ein Versatz den Ort des entsprechenden Knotens in dem Octree in der entsprechenden Tiefe angibt, und wobei ein Nicht-Blatt-Knoten-Flag angibt, ob der entsprechende Knoten ein Nicht-Blatt-Knoten (d. h. Kinderknoten hat) oder ein Blatt-Knoten ist (d. h. keine Kinderknoten hat). Der mindestens eine Quadtree-Index weist eine aufgelöste Tiefe des mindestens einen Quadtree-Indexes und ein Flag auf, das angibt, ob die durch den mindestens einen Quadtree-Index indexierten Knoten vollständig aufgelöst sind.
In einem Beispiel weist das maschinenlesbare Speichermedium 106 auch einen Index für den mindestens einen Quadtree-Index auf. Dieser Index weist die Tiefe des Octrees, die maximale aufgelöste Tiefe und eine geordnete Liste auf, die den mindestens einen Quadtree-Index und die aufgelöste Tiefe des mindestens einen Quadtree-Indexes spezifiziert. Der Octree kann eine von einem Menschen lesbare und editierbare serielle Datei sein, und der mindestens eine Quadtree-Index kann eine von einem Menschen lesbare und editierbare serielle Datei sein.
Das maschinenlesbare Speichermedium 106 ist ein nicht transitorisches Speichermedium und kann jegliche geeignete elektronische, magnetische, optische oder andere physikalische Speichereinrichtung sein, die ausführbare Anweisungen und/oder Daten speichert. Somit kann das maschinenlesbare Speichermedium 106 zum Beispiel ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM), ein Speicherlaufwerk, ein optischer Datenspeicher und dergleichen sein. Das maschinenlesbare Speichermedium 106 kann innerhalb des Systems 100 angeordnet sein, wie in 1 gezeigt. In diesem Fall können die ausführbaren Anweisungen und/oder Daten im System 100 installiert sein. Alternativ kann das maschinenlesbare Speichermedium 106 ein tragbares, externes oder entferntes Speichermedium sein, das dem System 100 erlaubt, die Anweisungen und/oder Daten von dem tragbaren/externen/entfernten Speichermedium herunterzuladen. In diesem Fall können die ausführbaren Anweisungen und/oder Daten Teil eines Installationspakets sein.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Octree-Darstellung 200 darstellt. Ein Octree ist in einem maschinenlesbaren Speichermedium als eine Liste von Knoten gespeichert. Die Länge der äußeren Liste ist die Baumtiefe (z. B. vier in dem Beispiel von 2). Die Länge von jeder inneren Liste ist die Anzahl von Knoten in der Tiefe (z. B. ein Knoten in Tiefe null, acht Knoten in Tiefe eins, 16 Knoten in Tiefe zwei und acht Knoten in Tiefe drei in dem Beispiel von 2). In der Octree-Darstellung 200 weist die Wurzel oder Null-Tiefe einen einzelnen Nicht-Blatt-Knoten 202 auf. Der Knoten 202 hat acht Kinderknoten 204 in Tiefe eins. Von den Knoten 204 in Tiefe eins sind die Knoten 206 und 208 Nicht-Blatt-Knoten, und die restlichen Knoten sind Blatt-Knoten. Der Knoten 206 hat acht Kinder-Blatt-Knoten 210 in Tiefe zwei. Der Knoten 208 hat acht Kinderknoten 212 in Tiefe zwei, wobei der Knoten 214 ein Nicht-Blatt-Knoten ist, und die restlichen Knoten Blatt-Knoten sind. Der Knoten 214 hat acht Kinder-Blatt-Knoten 216 in Tiefe drei.
Die 3A-3D sind Diagramme, die jede Tiefe der beispielhaften Octree-Darstellung 200 von 2 darstellen. 3A zeigt ein Objekt 300, das bis zur Wurzel oder Null-Tiefe der Octree-Darstellung 200 aufgelöst ist (d. h. Knoten 202). 3B zeigt ein Objekt 302, das bis zur Tiefe eins des Octrees 200 aufgelöst ist (d. h. Knoten 204). In Tiefe eins ist auf Basis der Octree-Knotennummerierungsregel das Objekt 302 in acht Teile aufgeteilt, wobei jeder Teil jeweils durch einen Knoten 204 definiert ist.
3C zeigt ein Objekt 304, das bis in Tiefe zwei der Octree-Darstellung 200 aufgelöst ist (d. h. Knoten 210 und 212). In Tiefe zwei sind auf Basis der Octree-Knotennummerierungsregel zwei Teile (d. h. Knoten 206 und 208) des Objekts 304 weiter in acht Teile aufgeteilt, wobei jeder Teil jeweils durch einen Knoten 210 bzw. 212 definiert ist. Die acht Teile des Knotens 208 sind bei 306 angezeigt. Die acht Teile des Knotens 206 sind in 3C nicht sichtbar.
3D zeigt ein Objekt 308, das bis zu Tiefe drei der Octree-Darstellung 200 aufgelöst ist (d. h. der Knoten 216). In Tiefe drei ist auf Basis der Octree-Knotennummerierungsregel ein Teil (d. h. der Knoten 214) des Objekts 308 weiter in acht Teile aufgeteilt, wobei jeder Teil durch jeweils einen Knoten 216 definiert ist. Die acht Teile des Knotens 214 sind bei 310 angezeigt. Entsprechend kann jegliches Objekt durch einen Octree mit einer Tiefe definiert werden, die zum Darstellen des Objekts in einer gewünschten Auflösung geeignet ist.
Jeder Knoten stellt mindestens ein Voxel dar. Die Nutzdaten für jeden Blatt-Knoten in dem Octree weisen den Knoteninhalt für den Knoten auf, wie z. B. die Materialzusammensetzung für den Knoten (d. h. welches Material oder welche Materialien verwendet werden, um den mindestens einen durch den Knoten dargestellten Voxel zu bilden). Die Nutzdaten für jeden Nicht-Blatt-Knoten in dem Octree entsprechen dem Ort des ersten Kinderknotens des Nicht-Blatt-Knotens in der Knotenliste der nächsten Tiefe. Die Knoten werden sequentiell einer nach dem anderen in einer Octree- (OCT-) Datei in einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Entsprechend werden in der beispielhaften Octree-Darstellung 200 von 2 die Knoten in der folgenden Reihenfolge gespeichert: 202, 204, 210, 212 und 216.
Die OCT-Datei weist einen Überschriftsteil und einen Körperteil auf. Der Überschriftsteil enthält die Baumtiefe und die Anzahl der Knoten für jede Tiefe. Der Körperteil weist jeden Knoten auf. Für jeden Nicht-Blatt-Knoten weist der Knoten ein Nicht-Blatt-Knoten- („Non-Leaf Node“, NLN-) Flag auf. Für jeden Blatt-Knoten weist der Knoten den Knoteninhalt für den Knoten auf. Das NLN-Flag kann ein Boolescher Wert sein, der angibt, dass der Knoten ein Nicht-Blatt-Knoten ist. In einem Beispiel ist das NLN-Flag „-1“. Der Knoteninhalt kann ein Objekt mit einer JavaScript Object Notation (JSON) sein, die eine Liste (z. B. Gleitkomma, Materialkennung (ID)) von Tupeln sein kann, die die Materialzusammensetzung des Knotens angibt. Falls der Knoten durch ein einzelnes Material aufgefüllt ist, kann der Umfang der Liste eins sein.
In einem Beispiel folgt der Körperteil der OCT-Datei zwei Regeln: 1) beginnend von der Wurzeltiefe ist eine Linie pro Tiefen-Array des Octrees vorhanden; und 2) innerhalb des gleichen Tiefen-Arrays hat jeder Knoten sieben Geschwister. Die Knoten sind zusammen und sequentiell nach der oktalen Knotennummerierungsregel positioniert. Entsprechend entspricht jeder Block mit 8 Knoten (z. B. Array-Indizes von 8*i bis 8*i+7) einem Nicht-Blatt-Knoten eine Linie darüber (z. B. dem i-ten Nicht-Blatt-Knoten in seinem Knoten-Array). Es folgt eine beispielhafte OCT-Datei für die in 2 gezeigte Octree-Darstellung 200.

       /*Überschrift*/
       4 /*Tiefe*/
       1 8 16 8 /*Knotenzahl Tiefe*/
       /*Körper*/
       -1 /*Wurzel NLN*/
       -1 1 2 2 2-1 2 1 /*Tiefe 1, wobei „1“ eine erste Material-ID und „2“ eine
              zweite Material-ID angibt*/
       1 1 2 2 2 1 1 1 1 1 2 2 1 1 -1 1 /*Tiefe 2*/
       1 1 1 2 2 2 2 2 /*Tiefe 3*/

Die OCT-Datei kann erzeugt werden, indem zuerst die Überschrift mit der Baumtiefe und der Anzahl der Knoten pro Tiefe eingetragen wird. Danach wird eine Schleife über die äußere Liste geführt, beginnend mit der Wurzeltiefe (d. h. Null-Tiefe), und eine Schleife wird über die innere Liste geführt. Wenn man auf einen Nicht-Blatt-Knoten stößt, wird das NLN-Flag (z. B. „-1“) eingetragen. Wenn man auf einen Blatt-Knoten stößt, wird der Inhalt des Knotens (z. B. Tupel von Material-ID und Volumenanteil) eingetragen (z. B. „1“ oder „2“ in dem obigen Beispiel). Eine Linienunterbrechung kann nach jeder inneren Schleife eingefügt werden, um die Lesbarkeit zu verbessern. Das Erzeugen der OCT-Datei ist effizient, da jeder Knoten ein einziges Mal bei einem einzelnen Lese-/Schreib-Vorgang besucht wird. Keine Sortierung oder andere Berechnungen sind einbezogen.

4A ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die quaternäre Knotennummerierungsregel darstellt. Die Fläche 400 ist in vier Quadranten 402, 404, 406 und 408 aufgeteilt. Die (y, x)-Koordinaten für den Quadranten 402 sind (0, 0) = 0, was den Quadranten null angibt. Die (y, x)-Koordinaten für den Quadranten 404 sind (0, 1) = 1, was den Quadranten eins angibt. Die (y, x)-Koordinaten für den Quadranten 406 sind (1, 0) = 2, was den Quadranten zwei angibt. Die (y, x)-Koordinaten für den Quadranten 408 sind (1, 1) = 3, was den Quadranten drei angibt.

Die Quadtree-Indizes (QTI) sind in einem maschinenlesbaren Speichermedium als eine Liste organisiert (z. B. eine verkettete Liste). Die Quadtree-Indizes sind ein Satz von Dateien einschließlich einer Index-Datei (z. B. index.qti) und ein Satz von Quadtree-Index-Dateien (z. B. *.qti), die sequentiell bezeichnet sind, beginnend mit 0.qti. Die index.qti-Datei weist die Tiefe des entsprechenden Octrees, eine maximale aufgelöste Tiefe für die Quadtree-Indizes und eine geordnete Liste auf, die jeden Quadtree-Index und die aufgelöste Tiefe von jedem Quadtree-Index spezifiziert. Ein Beispiel für eine index.qti-Datei ist im Folgenden aufgeführt.

       8 /* Octree-Tiefe */
       3 /*maximale aufgelöste Tiefe*/
       3, 3, 2, 1 /*die aufgelöste Tiefe für jede *.qti-Datei in sequentieller Rei-
       henfolge*/

In diesem Beispiel liegen drei *.qti-Dateien vor, einschließlich 0.qti mit einer aufgelösten Tiefe von drei, 1.qti mit einer aufgelösten Tiefe von drei, 2.qti mit einer aufgelösten Tiefe von zwei, und 3.qti mit einer aufgelösten Tiefe von eins.

Die maximale aufgelöste Tiefe („Maximum Resolved Depth“, MRD) kann vom Benutzer eingegeben werden. Die maximale aufgelöste Tiefe ist eine Variable, die einen Kompromiss zwischen der Speicherung (z. B. QTI-Dateigrößen) und der Geschwindigkeit der Laufzeitberechnung (z. B. Schichtbildung) darstellt. Falls die maximale aufgelöste Tiefe gleich null ist, ist die Unterstützung der Quadtree-Indizes wirksam abgeschaltet, und die QTI-Dateigröße ist nahezu null. In diesem Fall erfordert der Zugriff auf ein Voxel während der Laufzeit ein Durchgehen des Octrees. Falls die maximale aufgelöste Tiefe gleich der Octree-Tiefe ist, sind die QTI-Dateigrößen größer, und die QTI-Dateien lösen den gesamten Octree unter Maximierung der Geschwindigkeit der Laufzeitberechnung (z. B. Schichtbildung) auf. In diesem Fall wird ein zufälliger Zugriff auf die Voxel während der Laufzeit mit konstanten Kosten wirksam ermöglicht.

Jede *.qti-Datei wird dazu verwendet, eine z-Schicht mit variierender Dicke des Octrees einzutragen. Die Dicke jeder *.qti-Datei wird durch die aufgelöste Tiefe der *.qti-Datei bestimmt. In einem computerlesbaren Speichermedium kann eine *.qti-Datei ein Knoten einer verketteten Liste sein, die definiert ist als:

       Class QTI /*z-Schicht des Octrees*/ {
       QTI*vorige;
       QTI*nächste; /*verkettete Liste*/
       Int CRD; /*aktuelle aufgelöste Tiefe*/
       Boolesche ist vollständig aufgelöst;
       Tupel_Liste [(Tiefe, Versatz, NLN) ...];
       }

Die obige verkettete Listenklasse kann dazu verwendet werden, die QTI-Dateien zu bilden, und wird gelöscht, sobald die QTI-Dateien gebildet sind. Daher können die QTI-Dateien, sobald sie gebildet sind, eine Liste von Dateien anstatt einer verketteten Liste darstellen. Jedes Tupel indexiert einen entsprechenden Knoten des Octrees und weist eine entsprechende Tiefe des Octrees auf, wobei ein Versatz den Ort des entsprechenden Knotens in dem Octree in der entsprechenden Tiefe angibt, und wobei ein NLN-Flag angibt, ob der entsprechende Knoten ein Nicht-Blatt-Knoten (d. h. nicht vollständig aufgelöst) oder ein Blatt-Knoten (d. h. vollständig aufgelöst) ist. Die Tupel-Liste ist wie folgt geordnet: 1) innerhalb des gleichen Tiefen-Arrays hat jeder Knoten vier Geschwister, die zusammen und sequentiell nach der quaternären Knotennummerierungsregel positioniert sind; und 2) ein Nicht-Blatt-Knoten ist an der Stelle durch seinen Kinderknoten ersetzt.

4B ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Zuordnung eines Quadtree-Indexes (*.qti-Datei) zu einem Quadtree darstellt. Das in 4B zugeordnete Beispiel für *.qti ist im Folgenden aufgeführt.

       3 /*aufgelöste Tiefe*/
       {
        (2, 0, T) /*angegeben bei 412*/
        (2, 1, T) /*angegeben bei 414*/
        (2, 2, T) /*angegeben bei 416*/
                     (3, 0, T) (3, 1, T) (3, 2, T) (3, 3, T) /* angegeben bei 418,
                           420, 422 bzw. 424*/
       } /*erster Quadrant (0, 0) = 0*/
       (1, 1, T) /*zweiter Quadrant (0, 1) = 1, angegeben bei 426*/
       (1, 2, T) /*dritter Quadrant (1, 0) = 2, angegeben bei 428*/
       {
        (2, 8, T) /*angegeben bei 430*/
        (2, 9, T) /*angegeben bei 432*/
        (2, 10, T) /*angegeben bei 434*/
        (2, 11, T) /*angegeben bei 436*/
       } /*vierter Quadrant (1, 1) = 3*/

Die Klammern und Markierungen in dem obigen Beispiel sind zur verbesserten Lesbarkeit aufgeführt und werden für die *.qti-Datei nicht benötigt. Der gleiche Quadtree kann in verschiedene Tiefen aufgelöst sein. Zum Beispiel kann der obige Quadtree bis Tiefe 1: „1, (1, 0, F) (1, 1, T) (1, 2, T) (1, 3, F)“ oder Tiefe 2: „2, (2, 0, T) (2, 1, T) (2, 2, T) (2, 3, F) (1, 1, T) (1, 2, T) (2, 8, T) (2, 9, T) (2, 10, T), (2, 11, T)“ aufgelöst sein.

5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren 500 zum Erzeugen von Quadtree-Indizes für einen Octree darstellt. In einem Beispiel wird das Verfahren 500 durch einen Prozessor durchgeführt, wie z. B. den weiter oben beschriebenen und mit Bezug auf 1 gezeigten Prozessor 102. Bei 502 umfasst das Verfahren 500 das Empfangen eines ein zu druckendes dreidimensionales Objekt definierenden Octrees, wobei der Octree eine Liste von Knoten für jede Tiefe des Octrees aufweist. Bei 504 umfasst das Verfahren 500 das Empfangen einer maximalen aufgelösten Tiefe, die kleiner als oder gleich der Tiefe des Octrees ist. Bei 506 umfasst das Verfahren 500 das Erzeugen einer Liste von Quadtree-Indizes zum Indexieren jedes Knotens des Octrees bis zu der maximalen aufgelösten Tiefe, wobei jeder Quadtree-Index der Quadtree-Indizes eine geordnete Liste von Tupeln umfasst, wobei jedes Tupel einen entsprechenden Knoten des Octrees indexiert und eine entsprechende Tiefe des Octrees aufweist, wobei ein Versatz den Ort des entsprechenden Knotens in dem Octree in der entsprechenden Tiefe angibt, und ein Nicht-Blatt-Knoten-Flag angibt, ob der entsprechende Knoten ein Nicht-Blatt-Knoten oder ein Blatt-Knoten ist.

Das Verfahren 500 kann ferner das Erzeugen eines Indexes für die Liste von Quadtree-Indizes umfassen, wobei der Index die Tiefe des Octrees, die maximale aufgelöste Tiefe und eine geordnete Liste umfasst, die jeden Quadtree-Index und die aufgelöste Tiefe jedes Quadtree-Indexes spezifiziert. Je größer die maximale aufgelöste Tiefe ist, desto größer ist der Umfang der Liste von Quadtree-Indizes und desto niedriger ist die Laufzeitlatenz, wenn auf die Liste von Quadtree-Indizes zum 3D-Druck des Objekts zugegriffen wird.

6 ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel für ein Verfahren 600 zum Erzeugen von Quadtree-Indizes für einen Octree darstellt. In einem Beispiel wird das Verfahren 600 durch einen Prozessor durchgeführt, wie z. B. den weiter oben beschriebenen und mit Bezug auf 1 dargestellten Prozessor 102. Bei 602 wird eine maximale aufgelöste Tiefe (MRD) empfangen. MRD ist eine ganze Zahl kleiner als oder gleich der Tiefe des Octrees. Bei 604 wird eine verkettete Liste (QTILIST) von Quadtree-Indizes initialisiert, und eine aktuelle aufgelöste Tiefe („Current Resolved Depth“, CRD) wird auf null initialisiert. Bei 606 bestimmt das Verfahren 600, ob CRD kleiner als MRD ist.

Falls CRD kleiner als MRD ist, dann wird bei 610 ein QTI-Zeiger auf den Kopf der QTILIST zurückgesetzt. Bei 612 wird ein QTI auf Basis des QTI-Zeigers abgerufen. Bei 614 bestimmt das Verfahren 600, ob der QTI vollständig aufgelöst ist. In einem Beispiel umfasst das Bestimmen, ob der QTI vollständig aufgelöst ist, das Einlesen des Booleschen Werts „ist vollständig aufgelöst“ für den QTI. Falls der QTI nicht vollständig aufgelöst ist, dann wird bei 616 der QTI dupliziert, um einen oberen QTI (OQTI) und einen unteren QTI (UQTI) zu liefern. Bei 618 werden die Tupel des QTI gescannt, und für jedes Tupel des QTI, der nicht aufgelöst ist, werden acht Kinder abgerufen, und das Tupel in dem OQTI wird durch vier Tupel entsprechend den oberen vier Kindern ersetzt, und das Tupel in dem UQTI wird durch vier Tupel entsprechend den unteren vier Kindern ersetzt. Bei 620 wird der QTI in QTILIST durch den UQTI ersetzt, und der OQTI wird in die QTILIST nach dem UQTI eingefügt.

Falls der QTI vollständig aufgelöst ist, wird bei 614 oder nach Block 620 bei 622 der nächste QTI in der QTILIST abgerufen. Bei 624 bestimmt das Verfahren 600, ob das Ende der QTILIST erreicht worden ist. Falls das Ende der QTILIST nicht erreicht worden ist, kehrt das Verfahren 600 zum Entscheidungsblock 614 zurück, und der Prozess wird fortgesetzt. Falls das Ende der QTILIST erreicht worden ist, wird bei 626 die CRD auf CRD plus eins gesetzt (d. h. inkrementiert), und das Verfahren 600 kehrt zu dem Entscheidungsblock 606 zurück, und der Prozess wird fortgesetzt. Falls CRD bei 606 nicht kleiner als MRD ist, dann werden bei 608 die QTI-Dateien eingetragen, da die QTILIST bis zu der MRD vollständig ist. Die index.qti-Datei wird erzeugt, und jede *.qti-Datei wird durch Durchgehen der QTILIST eingetragen.

Die folgenden Figuren beschreiben den Laufzeitvorgang unter Verwendung des Octrees und der Quadtree-Indizes zum 3D-Drucken eines Objekts. Die Auflösung des Octrees und der Quadtree-Indizes sind unabhängig von der Hardware (z. B. dem Drucker). Während der Laufzeit werden der Octree und die Quadtree-Indizes in den Speicher geladen, um Schichten zu erzeugen (z. B. Bilder mit Materialzuordnung pro Pixel), die einem Drucker zum Drucken zur Verfügung gestellt werden. Zu dieser Zeit können die Hardware-Eigenschaften behandelt werden, einschließlich einer weiteren 3D-Berechnung zum Kompensieren der Prozessphysik und/oder der Hardware-Auflösung (z. B. der Druckauflösung).

Vor dem Drucken wird die OCT-Datei in den Speicher geladen. Die OCT-Datei wird gescannt, und der Überschriftsteil wird eingelesen, um Speicher für die Liste der Knotenlisten (pro Tiefe) zuzuweisen. Die Knoten werden dann aus der OCT-Datei pro Tiefe ausgelesen, beginnend mit der Wurzeltiefe, und der Knoteninhalt wird entsprechend aufgefüllt. Für jede Tiefe wird ein Nicht-Blatt-Knoten-Zähler („Non-Leaf Node Counter“, NLNC) auf null initialisiert. Wenn man auf einen Blatt-Knoten stößt, werden die Nutzdaten für den Knoten mit dem Inhalt aus der OCT-Datei aufgefüllt. Wenn man auf einen Nicht-Blatt-Knoten stößt, werden die Nutzdaten für den Knoten auf NLNC*8 gesetzt, was angibt, dass die Kinder für den Knoten sich in der nächsten Tiefen-Anfangsposition von NLNC bis NLNC+8 befinden. NLNC wird für jeden Nicht-Blatt-Knoten um eins inkrementiert. Auf diese Weise wird der Octree im Speicher neu gebildet. Die Rechenzeit ist linear zu der Knotenzahl, und für jeden Knoten ist die Rechenzeit klein (d. h. im Wesentlichen Auslesen aus der OCT-Datei).

Weitere 3D-Berechnungen können zum Erzeugen von Hilfsdaten verwendet werden, um die Druckphysik zu unterstützen und/oder zu kompensieren. Zum Beispiel ist bei Multi-Jet Fusion-Druckern die thermische Diffusion ein Effekt, der durch aktives Management im Hinblick auf die geometrische Genauigkeit (z. B. scharfe Ecken) kompensiert werden kann. Das Aufbewahren des Octrees im Speicher ermöglicht diesen Typ von Berechnung, da die neuen Knotenwerte in dem Octree gespeichert werden. Die Quadtree-Indizes sind unterstützende Indizes, die den Abruf des Knoteninhalts von dem Octree beschleunigen.

7 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren 700 zum Bearbeiten eines Objekts zum 3D-Drucken darstellt. In einem Beispiel wird das Verfahren 700 durch einen Prozessor durchgeführt, wie z. B. den weiter oben beschriebenen und mit Bezug auf 1 dargestellten Prozessor 102. Bei 702 umfasst das Verfahren 700 das Empfangen eines ein zu druckendes dreidimensionales Objekt definierenden Octrees, wobei der Octree eine Liste von Knoten für jede Tiefe des Octrees aufweist, wobei jeder Knoten einen Knoteninhalt aufweist. Bei 704 umfasst das Verfahren 700 das Empfangen einer Liste von Quadtree-Indizes, die jeden Knoten des Octrees bis zu einer maximalen aufgelösten Tiefe indexieren, wobei jeder Quadtree-Index der Quadtree-Indizes eine geordnete Liste von Tupeln umfasst, wobei jedes Tupel einen entsprechenden Knoten des Octrees indexiert und eine entsprechende Tiefe des Octrees aufweist, wobei ein Versatz den Ort des entsprechenden Knotens in dem Octree in der entsprechenden Tiefe angibt, und wobei ein Nicht-Blatt-Knoten-Flag angibt, ob der entsprechende Knoten ein Nicht-Blatt-Knoten oder ein Blatt-Knoten ist. Bei 706 umfasst das Verfahren 700 das Rastern jeder Schicht des zu druckenden dreidimensionalen Objekts durch Zugreifen auf einen entsprechenden Quadtree-Index für die Schicht, um den Knoteninhalt von dem Octree abzurufen.

Das Verfahren 700 kann ferner das Bestimmen von normalisierten z-Koordinaten für jeden Quadtree-Index zwischen zmin und zmax und das sequentielle Schichtbilden von zmin bis zmax auf Basis einer Dicke für jede Schicht umfassen, um jede Schicht vor dem Rastern zu identifizieren. Der Knoteninhalt des Octrees kann auf Basis der Eigenschaften eines spezifizierten dreidimensionalen Druckers vor dem Rastern jeder Schicht modifiziert werden (z. B. um thermische Diffusionseffekte zu kompensieren).

8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für normalisierte z-Koordinaten darstellt, die angeben, welche z-Schichten eines Objekts 800 durch jeden Quadtree-Index definiert sind. Die index.qti-Datei wird in den Speicher geladen, und auf Basis der Tiefenliste wird ein qti_marker[] berechnet, welcher die normalisierten z-Koordinaten für jede QTI Schicht repräsentiert. Der qti_marker[] wird dazu verwendet, die korrekte QTI-Datei für jede Schicht auszuwählen. Die z-Koordinaten für das Objekt sind zwischen -1 und 1 normalisiert, wie bei 802 angegeben. Die z-Auflösung (Z_RES) beruht auf der maximalen aufgelösten Tiefe (MRD) und wird wie folgt berechnet:

Z_{R E S} = \frac{1}{2^{M R D}}

Zum Beispiel ist für eine maximale aufgelöste Tiefe von drei in dem Beispiel von 8 die z-Auflösung 1/8. Der qti_marker für jeden QTI wird bestimmt wie folgt:

In dem Beispiel von 8 liegt daher 0.qti wie bei 804 angegeben mit einer Tiefe von 3 im Bereich zwischen -1 und -0,75; 1.qti wie bei 806 angegeben mit einer Tiefe von 3 im Bereich zwischen -0,75 und -0,50; 2.qti wie bei 808 angegeben mit einer Tiefe von 2 im Bereich zwischen -0,50 und 0; und 3.qti wie bei 810 angegeben mit einer Tiefe von 1 im Bereich zwischen 0 und 1. Somit ist in diesem Beispiel qti_marker[] gleich qti_marker[-0,75, -0,50, 0, 1].

9 ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel für ein Verfahren 900 zum Bearbeiten eines Objekts zum 3D-Drucken darstellt. In einem Beispiel wird das Verfahren 900 durch einen Prozessor durchgeführt, wie z. B. den weiter oben beschriebenen und mit Bezug auf 1 dargestellten Prozessor 102. Bei 902 wird der das Objekt für den 3D-Druck definierende Octree in den Speicher geladen und rekonstruiert. Bei 904 wird die 3D-Verarbeitung für die Hardwarekompensation durchgeführt. Bei 906 wird die index.qti-Datei geladen, und der qti_marker[] wird berechnet. Bei 908 wird z auf zmin initialisiert (d. h. -1). Bei 910 bestimmt das Verfahren 900, ob z kleiner als zmax ist (d. h. 1). Falls z kleiner als zmax ist, dann wird bei 914 der korrekte QTI für die Schicht auf Basis des qti_marker[] gefunden. Bei 916 bestimmt das Verfahren 900, ob die Schicht schon gerastert worden ist. Falls die Schicht noch nicht gerastert worden ist, dann bestimmt bei 918 das Verfahren 900, ob der QTI vollständig aufgelöst ist. Falls der QTI nicht vollständig aufgelöst ist, dann wird bei 920 eine Mikro-Schichtbildung durchgeführt, um den QTI vollständig aufzulösen. Die Mikro-Schichtbildung ist weiter unten mit Bezug auf 12 näher beschrieben. Falls der QTI vollständig aufgelöst ist, wird bei 918 oder nach Ausführen der Mikro-Schichtbildung bei 920 die Schicht oder die Mikro-Schicht bei 922 gerastert. Die Rasterung des QTI ist weiter unten mit Bezug auf die 10 und 11 näher beschrieben. Falls die Schicht bei 916 oder nach dem Rastern der Schicht oder die Mikro-Schicht bei 922 bereits gerastert ist, wird bei 924 das Bild gedruckt. Bei 926 wird z um die nächste Schichtdicke inkrementiert, und der Prozess kehrt zum Entscheidungsblock 910 zurück. Ein externes Programm kann die Dicke für jede Schicht einstellen. Die Dicke für jede Schicht kann eine Konstante (z. B. 100 µm) oder kann für verschiedene Schichten verschieden sein. Falls z bei 910 nicht kleiner als zmax ist, dann ist bei 912 das Drucken des Objekts abgeschlossen.

10 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren 1000 zum Anfertigen eines Bilds (d. h. einer Schicht) zum Drucken darstellt. Das Verfahren 1000 wird durch einen Prozessor durchgeführt, wie z. B. den weiter oben beschriebenen und mit Bezug auf 1 dargestellten Prozessor 102. Bei 1002 umfasst das Verfahren 1000 das Initialisieren eines Bilds. In einem Beispiel wird das Bild zu einem NxN-Bild initialisiert, wobei „N“ ein geeigneter Wert ist, der die Länge einer Seite des Bilds angibt. Das Initialisieren des Bilds kann auf Basis von über Vektorschichten erhaltenen Polygongrenzen stattfinden. Bei 1004 umfasst das Verfahren 1000 das Einlesen jedes Tupels des Quadtree-Indexes für die Schicht. Bei 1006 umfasst das Verfahren 1000 das Berechnen eines Pixel-Arrays in dem Bild, das jedem Tupel entspricht, auf Basis der Position des Tupels in dem Quadtree-Index für die Schicht. Bei 1008 umfasst das Verfahren 1000 das Abrufen des Knoteninhalts von dem Octree auf Basis des Versatzes jedes Tupels und das Zuordnen des Knoteninhalts zu dem Pixel-Array. Der Knoteninhalt kann die Materialzusammensetzung aufweisen. Nach dem Scannen aller Tupel in dem Quadtree-Index ist die Inhaltszusammensetzung für das Bild und somit der Schichtbildungsvorgang abgeschlossen.

11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein zu druckendes Bild 1100 darstellt, das durch Rastern des QTI für eine Schicht erzeugt wird. In diesem Beispiel definiert das Bild 1100 eine Schicht eines Objekts mit einer bei 1101 angezeigten Grenze. Die Schicht ist in zweidimensionale (2D-) Bereiche auf Basis der aufgelösten Tiefe aufgeteilt (d. h. ein 2D-Array von [2^{aufgelöste_Tiefe}, 2^{aufgelöste_Tiefe}]). In dem Beispiel von 11, wobei die aufgelöste Tiefe drei ist, ist die Schicht in 8x8 Bereiche aufgeteilt. Jedes Tupel (Tiefe, Versatz) entspricht einem eindeutigen Satz von Bereichen. Ein Adressenindex (addr) wird zum Berechnen der Tupel-Bereich-Zuordnung wie folgt verwendet:

Die Berechnung von addr kann während des Scannens der Tupel-Liste stattfinden. Für ein gegebenes Tupel kann addr des Tupels als Summe (ai*4^{(aufgelöste_Tiefe-i-1)}) oder [a_0, a_1, a_2]*[4^(3-0-1), 4¹, 4⁰], i = 0, 1, ... (aufgelöste_Tiefe -1), ai = 0, 1, 2 oder 3 eingetragen werden. Die ganze Zahl ai wird weiterhin einem Tupel von (0, 0), (1, 0), (0, 1), (1, 1) zugeordnet, bezeichnet mit (ai[0], ai[1]), wobei [0] dem x-Index entspricht, und [1] dem y-Index entspricht.

Eine addr kann eine Liste von ai[0] (x-Index-Array) (in diesem Beispiel (a_0[0], a_1[0], a_2[0])) und ai[1] (y-Index-Array) (in diesem Beispiel (a_0[1], a_1[1], a_2[1])), wie bei 1102, 1104 bzw. 1106 angegeben, übersetzen. Daher:

x-addr = Summe (a_i [0] * 2^{(aufgelöste_Tiefe - i - 1)})

y-addr = Summe (a_i [1] * 2^{(aufgelöste_Tiefe - i - 1)})

Die lineare Abdeckung jedes Tupels wird durch die Tiefe des Tupels bestimmt, 2^{(diese_Tupel_Tiefe-aufgelösteTiefe)}. Die durch jedes Tupel abgedeckten Bereiche liegen zwischen [x-addr, y-addr] und [x-addr + lineare_Abdeckung, y-addr + lineare_Abdeckung]. Zur Zuordnung zu dem NxN-fach geschichteten Bild entspricht jedes Tupel dem Pixel-Array zwischen (int(Gleit(x-addr)/(2^{aufgelöste_Tiefe}) * N, int(Gleit(y-addr)/(2^{aufgelöste_Tiefe}) * N)) und (int(Gleit(x-addr + lineare_Abdeckung)/ (2^{aufgelöste_Tiefe}) * N, int(Gleit(y-addr + lineare_Abdeckung/(2^{aufgelöste_Tiefe}) * N)).

Auf Basis des Versatz- und Tiefenwerts jedes Tupels kann auf den dem Tupel entsprechenden Octree-Knoten direkt zugegriffen werden, um den Knoteninhalt abzurufen. Falls der Inhalt (z. B. Material-ID und/oder -Verteilung) gleichförmig ist, ist allen Pixeln in dem Pixel-Array der gleiche Wert zugeordnet. Falls eine Teil-Knoten-Auflösung ermöglicht ist (z. B. mehrere Materialien befinden sich an verschiedenen Teilen des gleichen Knotens), können verschiedenen Pixeln verschiedene Werte auf Basis des Knoteninhalts zugeordnet werden (z. B. über Interpolationsschemata).

Es kann sein, dass eine auf Voxeln beruhende Datenstruktur nicht körper-angepasst ist. Es ist möglich, dass die Voxel-Würfel nicht mit komplexen Formgrenzen ausgerichtet sind. Daher können die resultierenden Schichten einen Formfehler aufweisen, wobei die Größe dieses Fehlers etwa die Größe eines Voxels an der Grenze ist. Um dies zu beseitigen, kann eine Vektor-Schichtbildung als Teil der Rasterung ausgeführt werden. Eine sehr effektive Vektor-Schichtbildungseinrichtung kann 20 Millionen oder mehr Dreiecke verwenden und eine Schicht in ungefähr 100 Millisekunden erzeugen.

Die Vektor-Schichtbildungseinrichtung wird zum Erzeugen der Schichten in der Form von Grenzpolygonen verwendet. Die Grenzpolygone sind körper-angepasst und haben einen durch die Schichtbildung induzierten Formfehler von null (anders als bei der Voxel-Schichtbildung mit einem durch die Schichtbildung induzierten Formfehler mit der Voxel-Größe). Die Grenzpolygone werden zum Erzeugen von Bildpixeln für die Grenzen verwendet.

Die Grenzpixel auf den Schichten erhalten die Materialeigenschaften über die Voxel. Für jedes Grenzpixel wird der Einflussbereich („Region of Influence“, ROI) identifiziert, der mehrfache Voxel abdecken kann. Der dem Pixel zugeordnete Wert ist der gewichtete Mittelwert der von den Voxeln innerhalb des ROI getragenen Werte. Das Gewicht ist die Umkehrung des Abstands von der Voxelmitte bis zum Pixel.

12 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren 1200 zum Ausführen der Mikro-Schichtbildung von Block 920 von 9 darstellt. In einem Beispiel wird das Verfahren 1200 durch einen Prozessor durchgeführt, wie z. B. den weiter oben beschriebenen und mit Bezug auf 1 dargestellten Prozessor 102. Bei 1202 wird eine verkettete Liste (MICRO-QTILIST) von Quadtree-Indizes initialisiert, und die aktuelle aufgelöste Tiefe (CRD) wird auf die CRD des aktuellen QTI (QTI_CRD) initialisiert. Bei 1204 bestimmt das Verfahren 1200, ob CRD kleiner als die Octree-Tiefe ist.

Falls CRD kleiner als die Octree-Tiefe ist, dann wird bei 1212 ein MICRO_QTI-Zeiger auf den Kopf der MICRO_QTILIST zurückgesetzt. Bei 1214 wird ein MICRO_QTI auf Basis des MICRO_QTI-Zeigers abgerufen. Bei 1216 bestimmt das Verfahren 1200, ob der MICRO_QTI vollständig aufgelöst ist. Falls der MICRO_QTI nicht vollständig aufgelöst ist, dann wird bei 1218 der MICRO_QTI dupliziert, um einen oberen MICRO_QTI (MICRO_OQTI) und einen unteren MICRO_QTI (MICRO_UQTI) zu liefern. Bei 1220 werden die Tupel des MICRO_QTI gescannt, und für jedes Tupel des MICRO_QTI, das nicht aufgelöst ist, werden acht Kinder abgerufen, und das Tupel in dem MICRO_OQTI wird durch vier Tupel entsprechend den oberen vier Kindern ersetzt, und das Tupel in dem MICRO_UQTI wird durch vier Tupel entsprechend den unteren vier Kindern ersetzt. Bei 1222 wird der MICRO_QTI in der MICRO_QTILIST durch den MICRO_UQTI ersetzt, und der MICRO_OQTI wird in der MICRO_QTILIST nach dem MICRO_UQTI eingefügt.

Falls der MICRO_QTI bei 1216 oder nach Block 1222 vollständig aufgelöst ist, wird bei 1224 der nächste MICRO_QTI in der MICRO_QTILIST abgerufen. Bei 1226 bestimmt das Verfahren 1200, ob das Ende der MICRO_QTILIST erreicht worden ist. Falls das Ende der MICRO_QTILIST nicht erreicht worden ist, dann kehrt das Verfahren 1200 zum Entscheidungsblock 1216 zurück, und der Prozess wird fortgesetzt. Falls das Ende der MICRO_QTILIST erreicht worden ist, dann wird bei 1228 CRD gleich CRD plus eins gesetzt (d. h. inkrementiert), und das Verfahren 1200 kehrt zum Entscheidungsblock 1204 zurück, und der Prozess wird fortgesetzt. Falls CRD nicht kleiner als die Octree-Tiefe bei 1204 ist, dann wird bei 1206 der korrekte MICRO_QTI für die Mikro-Schicht gefunden. Die Mikro-Schicht wird dann bei Block 922 gerastert, wie weiter oben beschrieben und mit Bezug auf 9 gezeigt.

Zusammengefasst wird die *.qti, die die Schichtebene unterbricht, gerastert. Das gerasterte Bild wird zwischengespeichert, bis das Bild obsolet ist, so dass keine *.qti zweimal gerastert wird. In einem Beispiel wird, um eine *.qti zu rastern, jedes Pixel nur einmal besucht, und nur relevante Knoten werden besucht und zwar nur einmal. Die MRD und die Mikro-Schichtbildung bringen Elastizität in das Gleichgewicht zwischen der OCT- und QTI-Dateigröße ein, erzeugt durch den Vordruck und den weiteren Laufzeit-Overhead.

Obwohl spezifische Beispiele hierin dargestellt und beschrieben worden sind, kann eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausführungen anstatt der spezifischen gezeigten und beschriebenen Beispiele eingesetzt werden, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Beispiele abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Offenbarung lediglich durch die Ansprüche und deren Äquivalente eingeschränkt wird.

Claims

Nicht transitorisches maschinenlesbares Speichermedium, umfassend: in einem Octree organisierte Voxel, die ein zu druckendes dreidimensionales Objekt definieren, wobei der Octree eine Liste von Knoten für jede Tiefe des Octrees aufweist, wobei jeder Knoten einen mindestens ein Voxel darstellenden Knoteninhalt aufweist; und mindestens einen Quadtree-Index zum Indexieren mindestens eines Knotens des Octrees mit einer Tiefe, die kleiner als oder gleich einer maximalen aufgelösten Tiefe ist, wobei auf den mindestens einen Quadtree-Index durch computerausführbare Anweisungen zugegriffen wird, um den Knoteninhalt vom Octree abzurufen, um einen Prozessor zum Bearbeiten des zu druckenden dreidimensionalen Objekts anzusteuern.
Nicht transitorisches maschinenlesbares Speichermedium nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Quadtree-Index eine geordnete Liste von Tupeln umfasst, wobei jedes Tupel einen entsprechenden Knoten des Octrees indexiert und eine entsprechende Tiefe des Octrees aufweist, wobei ein Versatz den Ort des entsprechenden Knotens in dem Octree in der entsprechenden Tiefe angibt, und ein Nicht-Blatt-Knoten-Flag angibt, ob der entsprechende Knoten ein Nicht-Blatt-Knoten oder ein Blatt-Knoten ist.
Nicht transitorisches maschinenlesbares Speichermedium nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Quadtree-Index eine aufgelöste Tiefe des mindestens einen Quadtree-Indexes und ein Flag umfasst, das angibt, ob die durch den mindestens einen Quadtree-Index indexierten Knoten vollständig aufgelöst sind.
Nicht transitorisches maschinenlesbares Speichermedium nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Index für den mindestens einen Quadtree-Index, wobei der Index die Tiefe des Octrees, die maximale aufgelöste Tiefe und eine geordnete Liste umfasst, die den mindestens einen Quadtree-Index und die aufgelöste Tiefe des mindestens einen Quadtree-Index spezifiziert.
Nicht transitorisches maschinenlesbares Speichermedium nach Anspruch 1, wobei der Octree ein von einem Menschen lesbare und editierbare serielle Datei ist, und wobei der mindestens eine Quadtree-Index eine von einem Menschen lesbare und editierbare serielle Datei ist.
Verfahren zum Erzeugen von Quadtree-Indizes für einen Octree, wobei das Verfahren Folgendes umfassend; Empfangen, über einen Prozessor, von in einem Octree organisierten Voxeln, die ein zu druckendes dreidimensionales Objekt definieren, wobei der Octree eine Liste von Knoten für jede Tiefe des Octrees aufweist, wobei jeder Knoten mindestens ein Voxel darstellt; Empfangen, über den Prozessor, einer maximalen aufgelösten Tiefe, die kleiner als oder gleich der Tiefe des Octrees ist; und Erzeugen, über den Prozessor, einer Liste von Quadtree-Indizes zum Indexieren jedes Knoten des Octrees bis zu der maximalen aufgelösten Tiefe, wobei jeder Quadtree-Index der Quadtree-Indizes eine geordnete Liste von Tupeln umfasst, wobei jedes Tupel einen entsprechenden Knoten des Octrees indexiert und eine entsprechende Tiefe des Octrees aufweist, wobei ein Versatz den Ort des entsprechenden Knotens in dem Octree in der entsprechenden Tiefe angibt, und ein Nicht-Blatt-Knoten-Flag angibt, ob der entsprechende Knoten ein Nicht-Blatt-Knoten oder ein Blatt-Knoten ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Erzeugen der Liste von Quadtree-Indizes Folgendes umfasst: Initialisieren einer verketteten Liste von Quadtree-Indizes und Initialisieren einer aktuellen Tiefe auf null; Iterieren der verketteten Liste von Quadtree-Indizes, bis eine aktuelle Tiefe gleich der maximalen aufgelösten Tiefe ist; für jeden Quadtree-Index der Quadtree-Indizes, Bestimmen, ob der Quadtree-Index vollständig aufgelöst ist; in Reaktion auf das Bestimmen, dass ein Quadtree-Index nicht vollständig aufgelöst ist, Aufteilen des Quadtree-Indexes in zwei Quadtree-Indizes und Aktualisieren jedes der beiden Quadtree-Indizes für die aktuelle Tiefe, um jeden der beiden Quadtree-Indizes weiter aufzulösen; in Reaktion auf das Bestimmen, dass der Quadtree-Index vollständig aufgelöst ist, Bewegen zu dem nächsten Quadtree-Index in der verketteten Liste von Quadtree-Indizes; und in Reaktion auf das Erreichen des Endes der verketteten Liste von Quadtree-Indizes, Inkrementieren der aktuellen Tiefe um eins und Wiederholen des Iterierens der verketteten Liste von Quadtree-Indizes, bis die aktuelle Tiefe gleich der maximalen aufgelösten Tiefe ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Aufteilen des Quadtree-Indexes in zwei Quadtree-Indizes und das Aktualisieren jedes der beiden Quadtree-Indizes für die aktuelle Tiefe Folgendes umfasst: Duplizieren des Quadtree-Indexes, um einen oberen Quadtree-Index und einen unteren Quadtree-Index zu erhalten; Scannen jedes Tupels des Quadtree-Indexes; für jedes einen Nicht-Blatt-Knoten anzeigende Tupel, Abrufen von acht der Kinder des Nicht-Blatt-Knotens und Ersetzen des Tupels in dem unteren Quadtree-Index durch die den unteren vier Kinder entsprechenden Tupel und Ersetzen des Tupels in dem oberen Quadtree-Index durch die den oberen vier Kindern entsprechenden Tupel; und Ersetzen des Quadtree-Indexes durch den unteren Quadtree-Index und Einfügen des oberen Quadtree-Indexes in die verkettete Liste von Quadtree-Indizes nach dem unteren Quadtree-Index.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend: Erzeugen eines Indexes für die Liste von Quadtree-Indizes, wobei der Index die Tiefe des Octrees, die maximale aufgelöste Tiefe und eine geordnete Liste umfasst, die jeden Quadtree-Index und die aufgelöste Tiefe jedes Quadtree-Indexes spezifiziert.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei je größer die maximale aufgelöste Tiefe ist, desto größer der Umfang der Liste der Quadtree-Indizes ist, und desto niedriger die Laufzeitlatenz ist, wenn auf die Liste der Quadtree-Indizes zum dreidimensionalen Ausdruck des Objekts zugegriffen wird.
Verfahren zum Bearbeiten eines Objekts für dreidimensionales Drucken, wobei das das Verfahren Folgendes umfasst; Empfangen, über einen Prozessor, von in einem Octree organisierten Voxeln, die ein zu druckendes dreidimensionales Objekt definieren, wobei der Octree eine Liste von Knoten für jede Tiefe des Octrees aufweist, wobei jeder Knoten einen mindestens ein Voxel darstellenden Knoteninhalt aufweist; Empfangen, über den Prozessor, einer Liste von Quadtree-Indizes, die jeden Knoten des Octrees bis zu einer maximalen aufgelösten Tiefe indexieren, wobei jeder Quadtree-Index der Quadtree-Indizes eine geordnete Liste von Tupeln umfasst, wobei jedes Tupel einen entsprechenden Knoten des Octrees indexiert und eine entsprechende Tiefe des Octrees aufweist, wobei ein Versatz den Ort des entsprechenden Knotens in dem Octree in der entsprechenden Tiefe angibt, und ein Nicht-Blatt-Knoten-Flag angibt, ob der entsprechende Knoten ein Nicht-Blatt-Knoten oder ein Blatt-Knoten ist.; und Rastern, über den Prozessor, jeder Schicht des zu druckenden dreidimensionalen Objekts durch Zugreifen auf einen entsprechenden Quadtree-Index für die Schicht, um den Knoteninhalt von dem Octree abzurufen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Rastern jeder Schicht des zu druckenden dreidimensionalen Objekts Folgendes umfasst: Bestimmen, ob der Quadtree-Index für die Schicht vollständig aufgelöst ist; in Reaktion auf das Bestimmen, dass der Quadtree-Index für die Schicht vollständig aufgelöst ist, Rastern der Schicht; in Reaktion auf das Bestimmen, dass der Quadtree-Index für die Schicht nicht vollständig aufgelöst ist, vollständiges Auflösen des Quadtree-Indexes vor dem Rastern der Schicht.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Rastern jeder Schicht des zu druckenden dreidimensionalen Objekts Folgendes umfasst: Initialisieren eines Bild auf Basis von über Vektorschichten erhaltenen Polygongrenzen; Einlesen jedes Tupels des Quadtree-Indexes für die Schicht; Berechnen eines Pixel-Arrays in dem Bild, das jedem Tupel entspricht, auf Basis der Position des Tupels in dem Quadtree-Index für die Schicht; und Abrufen des Knoteninhalts von dem Octree auf Basis des Versatzes jedes Tupels und Zuordnen des Knoteninhalts zu dem Pixel-Array.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend: Bestimmen von normalisierten z-Koordinaten für jeden Quadtree-Index zwischen zmin und zmax; und sequentielles Schichtbilden von zmin bis zmax auf Basis einer Dicke für jede Schicht, um jede Schicht vor dem Rastern zu identifizieren.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend: Modifizieren des Knoteninhalts des Octrees auf Basis der Eigenschaften eines spezifizierten dreidimensionalen Druckers vor dem Rastern jeder Schicht.