一种基于凹凸贴图的浮雕网格表示及3D打印切片方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于凹凸贴图的浮雕网格表示及3D打印切片方法和系统，该方法包括以下步骤：获取三维基本网格模型，根据网格的拓扑规则对三维基本网格模型中与Z平面相交的三角形进行自适应中点细分处理；获取自适应中点细分处理后的三维基本网格模型初始顶点，根据凹凸贴图原理更新所述初始顶点的几何位置；将三维基本网格模型中三角形与Z平面进行求交计算，得到求交计算后的交线段并释放所述三角形几何信息；根据求交计算后的交线段的法线方向，将同一层Z平面上的交线段重组成闭合多边形，生成打印路径并转化成G‑code代码。

A relief grid representation based on bump mapping and 3D printing slice method and system

The invention discloses a representation and 3D print slicing method and bump map based on the relief system of grid, the method comprises the following steps: obtaining basic 3D mesh model, according to the rules of the basic three-dimensional topological grid mesh model and Z plane triangle adaptive midpoint subdivision processing; 3D mesh model to obtain the basic initial vertex adaptive midpoint subdivision after treatment, according to the geometric position of bump map updating the initial vertex principle; the triangle and Z plane 3D basic grid model for intersection calculation, get the line segment intersection calculation and after the release of the geometric information; according to the normal direction of intersection calculation after the intersection, will the line segment with a layer of Z on the plane into a closed polygon, print path and transformed into a G code code.

【技术实现步骤摘要】
一种基于凹凸贴图的浮雕网格表示及3D打印切片方法和系统
本专利技术涉及3D打印切片
，尤其涉及一种基于凹凸贴图的浮雕网格表示及3D打印切片方法和系统。
技术介绍
从工程角度讲,3D打印是一种快速表达出设计者意图的工程方法；从制造技术角度讲,3D打印是一种根据CAD数据将成型材料层层叠加制造出零件的工艺过程。3D打印作为一种高效的生产工具,具体步骤如下：导入STL模型,在计算机图形学中STL作为一种能被计算机识别的文件格式,经常用二进制格式存储三角面片的几何信息；3D切片计算,一般情况沿着Z轴方向选取一系列的横截面去截取3D模型,在截取的过程中,每个三角面片与横截面相交得到大量的交线段,确定线段方向并选取首尾相连的线段重组成闭合的多边形；划分打印区域,根据切片过程中所获多边形,划分打印区域与非打印区域,合理优化后确定打印区域的先后顺序；打印3D模型,由打印区域生成打印路径数据,将这些数据转化成一种打印机能识别的控制机床语言G-code信息，由3D打印机完成模型打印的过程。一般情况下数字化浮雕网格可以展示出精美的细节和外观,通过加密细分网格的方法来提高粗糙模型的视觉特点和几何细节.由于模型表面细节过于丰富而产生很多问题,造成非常大的麻烦：1、浮雕网格使用OpenGLShader进行渲染时,占用内存、显存较大,时常会因为显存不足而导致程序崩溃；2、浮雕网格的文件所占空间比较大，导致页面运行不顺畅,非常不利于网络传输与存储.因此需要简化模型,但如果一味追求渲染和传输速度而过于简化,则会导致模型失真。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种基于凹凸贴图的浮雕网格表示及3D打印切片方法和系统；本专利技术提出的一种基于凹凸贴图的浮雕网格表示及3D打印切片方法，包括以下步骤：S1、获取三维基本网格模型，根据网格的拓扑规则对三维基本网格模型中与Z平面相交的三角形进行自适应中点细分处理；S2、获取自适应中点细分处理后的三维基本网格模型初始顶点，根据凹凸贴图原理更新所述初始顶点的几何位置；S3、将三维基本网格模型中三角形与Z平面进行求交计算，得到求交计算后的交线段并释放所述三角形几何信息；S4、根据求交计算后的交线段的法线方向，将同一层Z平面上的交线段重组成闭合多边形，生成打印路径并转化成G-code代码。其中，在S1中，根据网格的拓扑规则对三维基本网格模型中与Z平面相交的三角形进行自适应中点细分处理，具体包括，通过相交测试算法判断三维基本网格模型中三角形是否与Z平面相交，其中所述相交测试算法包括：获取三维基本网格模型中三角形q；计算所述三角形q的包围盒，其中所述包围盒Z轴最小值为zmin，所述包围盒Z轴最大值为zmax；计算tmin和tmax,并判断tmin是否小于tmax，当判断结果为是时，则所述三角形与Z平面相交，当判断结果为否时，则所述三角形与Z平面不相交，其中zHeight表示两个Z平面之间的距离。其中，在S1中，所述根据网格的拓扑规则对三维基本网格模型中与Z平面相交的三角形进行自适应中点细分处理，还包括：分别在三维基本网格模型中Z平面相交的三角形每条边的中点插入新的网格点，将所述三角形划分成四个三角形。其中，在S2中，所述获取自适应中点细分处理后的三维基本网格模型初始顶点坐标，根据凹凸贴图原理更新所述初始顶点坐标的几何位置，具体包括：S21、获取所述三维基本网格模型网格初始顶点P(u,v)；S22、根据凸贴图的灰度值与网格的高度值存在线性关系计算初始顶点P的高度值HP＝a×hP，其中a为常数，hP为初始顶点P对应凹凸图上的灰度值；S23、将初始顶点P按照P点法向量移位d，则移位后始顶点P的移位法向量NP＝N+duN×Pu+dvN×Pv，其中|d(u,v)|<<1，N为初始顶点P初始向量值；S24、通过下述公式计算三维基本网格模型网格更新后顶点几何位置：P'＝P+Hp×Np，其中P'表示更新后顶点的几何位置。其中，在S3中，所述Z平面为平行于X-Y平面的横截面。一种基于凹凸贴图的浮雕网格表示及3D打印切片系统，包括：细分处理模块，用于获取三维基本网格模型，根据网格的拓扑规则对三维基本网格模型中与Z平面相交的三角形进行自适应中点细分处理；顶点更新模块，用于获取自适应中点细分处理后的三维基本网格模型初始顶点，根据凹凸贴图原理更新所述初始顶点的几何位置；求交计算模块，用于将三维基本网格模型中三角形与Z平面进行求交计算，得到求交计算后的交线段并释放所述三角形几何信息；代码生成模块，用于根据求交计算后的交线段的法线方向，将同一层Z平面上的交线段重组成闭合多边形，生成打印路径并转化成G-code代码。其中，所述细分模块，具体包括相交测试子模块，所述相交测试子模块用于：获取三维基本网格模型中三角形q；计算所述三角形q的包围盒，其中所述包围盒Z轴最小值为zmin，所述包围盒Z轴最大值为zmax；计算tmin和tmax,并判断tmin是否小于tmax，当判断结果为是时，则所述三角形与Z平面相交，当判断结果为否时，则所述三角形与Z平面不相交，其中zHeight表示两个Z平面之间的距离。其中，所述细分模块，具体用于：通过分别在三维基本网格模型中Z平面相交的三角形每条边的中点插入新的网格点，对三维基本网格模型中与Z平面相交的三角形进行自适应中点细分处理，将所述三角形划分成四个三角形。其中，所述顶点更新模块，具体包括初始顶点获取子模块、初始顶点高度值计算子模块、初始顶点移位法向量计算子模块、更新后顶点几何位置计算子模块；初始顶点获取子模块，用于获取所述三维基本网格模型网格初始顶点P(u,v)；初始顶点高度值计算子模块，用于根据凸贴图的灰度值与网格的高度值存在线性关系计算初始顶点P的高度值HP＝a×hP，其中a为常数，hP为初始顶点P对应凹凸图上的灰度值；初始顶点移位法向量计算子模块，用于将初始顶点P按照P点法向量移位d，则移位后始顶点P的移位法向量NP＝N+duN×Pu+dvN×Pv，其中|d(u,v)|<<1，N为初始顶点P初始向量值；更新后顶点几何位置计算子模块，用于通过下述公式计算三维基本网格模型网格更新后顶点几何位置：P'＝P+Hp×Np，其中P'表示更新后顶点的几何位置。其中，所述求交计算模块，具体用于：所述Z平面为平行于X-Y平面的横截面。本专利技术通过将凹凸贴图表示的浮雕网格直接应用到3D切片中,通过凹凸贴图的灰度信息获得三维基本网格模型的高度信息,随时存储每个根据打印精度需求任意细分的三维基本网格模型,完成沿Z轴切片后,及时释放三维基本网格模型信息,避免占用更多额外存储空间，该方法充分借助凹凸贴图本身的几何信息,并保持模型的拓扑结构,生成具有良好视觉效果的浮雕。附图说明图1为本专利技术提出的一种基于凹凸贴图的浮雕网格表示及3D打印切片方法流程图；图2为本专利技术提出的一种基于凹凸贴图的浮雕网格表示及3D打印切片系统模块示意图；图3为本专利技术提出的一种基于凹凸贴图的浮雕网格表示及3D打印切片方法中三角形与Z平面位置情况示意图；图4为本专利技术提出的一种基于凹凸贴图的浮雕网格表示及3D打印切片方法中更新顶点位置示意图；图5为本专利技术提出的一种基于凹凸贴图的浮雕网格表示及3D打印切片方法中交线段位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于凹凸贴图的浮雕网格表示及3D打印切片方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取三维基本网格模型，根据网格的拓扑规则对三维基本网格模型中与Z平面相交的三角形进行自适应中点细分处理；S2、获取自适应中点细分处理后的三维基本网格模型初始顶点，根据凹凸贴图原理更新所述初始顶点的几何位置；S3、将三维基本网格模型中三角形与Z平面进行求交计算，得到求交计算后的交线段并释放所述三角形几何信息；S4、根据求交计算后的交线段的法线方向，将同一层Z平面上的交线段重组成闭合多边形，生成打印路径并转化成G‑code代码。

【技术特征摘要】
1.一种基于凹凸贴图的浮雕网格表示及3D打印切片方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取三维基本网格模型，根据网格的拓扑规则对三维基本网格模型中与Z平面相交的三角形进行自适应中点细分处理；S2、获取自适应中点细分处理后的三维基本网格模型初始顶点，根据凹凸贴图原理更新所述初始顶点的几何位置；S3、将三维基本网格模型中三角形与Z平面进行求交计算，得到求交计算后的交线段并释放所述三角形几何信息；S4、根据求交计算后的交线段的法线方向，将同一层Z平面上的交线段重组成闭合多边形，生成打印路径并转化成G-code代码。2.根据权利要求1所述的基于凹凸贴图的浮雕网格表示及3D打印切片方法，其特征在于，在S1中，根据网格的拓扑规则对三维基本网格模型中与Z平面相交的三角形进行自适应中点细分处理，具体包括，通过相交测试算法判断三维基本网格模型中三角形是否与Z平面相交，其中所述相交测试算法包括：获取三维基本网格模型中三角形q；计算所述三角形q的包围盒，其中所述包围盒Z轴最小值为zmin，所述包围盒Z轴最大值为zmax；计算tmin和tmax,并判断tmin是否小于tmax，当判断结果为是时，则所述三角形与Z平面相交，当判断结果为否时，则所述三角形与Z平面不相交，其中zHeight表示两个Z平面之间的距离。3.根据权利要求1所述的基于凹凸贴图的浮雕网格表示及3D打印切片方法，其特征在于，在S1中，所述根据网格的拓扑规则对三维基本网格模型中与Z平面相交的三角形进行自适应中点细分处理，还包括：分别在三维基本网格模型中Z平面相交的三角形每条边的中点插入新的网格点，将所述三角形划分成四个三角形。4.根据权利要求1所述的基于凹凸贴图的浮雕网格表示及3D打印切片方法，其特征在于，在S2中，所述获取自适应中点细分处理后的三维基本网格模型初始顶点坐标，根据凹凸贴图原理更新所述初始顶点坐标的几何位置，具体包括：S21、获取所述三维基本网格模型网格初始顶点P(u,v)；S22、根据凸贴图的灰度值与网格的高度值存在线性关系计算初始顶点P的高度值HP＝a×hP，其中a为常数，hP为初始顶点P对应凹凸图上的灰度值；S23、将初始顶点P按照P点法向量移位d，则移位后始顶点P的移位法向量NP＝N+duN×Pu+dvN×Pv，其中|d(u,v)|<<1，N为初始顶点P初始向量值；S24、通过下述公式计算三维基本网格模型网格更新后顶点几何位置：P'＝P+Hp×Np，其中P'表示更新后顶点的几何位置。5.根据权利要求1所述的基于凹凸贴图的浮雕网格表示及3D打印切片方法，其特征在于，在S3中，所述Z平面为平行于X-Y平面的横截面。6.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴美娟，杨周旺，刘利刚，王士玮，
申请(专利权)人：合肥阿巴赛信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34