一种面向3D打印的立体二维码生成方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向3D打印的立体二维码生成方法及系统，包括：将二维码映射到自定义3D模型的投影区域内；在环境光下对二维码进行模拟，根据模拟结果以及二维码凸起高度和凹陷深度对二维码黑块的连续性进行优化；对优化后的二维码计算在方向光下凸起操作和凹陷操作的最优比例，根据最优比例对优化后的二维码进行凸起操作和凹陷操作，在自定义3D模型中生成立体二维码；对含有立体二维码的3D模型进行3D打印后，得到立体二维码的3D实物。通过将平面二维码映射到自定义3D模型的指定投影区域，通过二维码模块优化和三维结构优化，在预设的方向光条件下，对二维码凸起和凹陷的位置和高度进行优化，以实现立体二维码的可解码性和低显著性。

【技术实现步骤摘要】
一种面向3D打印的立体二维码生成方法及系统
本专利技术涉及3D打印
，特别是涉及一种面向3D打印的立体二维码生成方法及系统。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。二维码，又称快速响应码，有比条形码更强大的存储信息的能力且可被快速解码。近年来随着移动设备的普及，其包含的扫码软件通过内置摄像头即可容易地解码二维码中包含的信息，二维码被广泛应用于各种领域，如信息获取、广告推送、手机电商、防伪溯源等。3D打印，又称增材制造，输入数字模型文件，使用金属粉末、塑料、树脂等材料，通过逐层打印的方式来构造物体。常在模具制造、工业设计等领域，能够自动、快速、精确地将数字模型转化为实体模型，直接制造模具或零件，缩短了产品的设计周期。近年来，出现了一些二维码与3D打印结合的技术，将立体二维码嵌入三维模型，通过3D打印的方式进行制造；目前，对二维码的打印方法中，通过对输入模型的几何结构分析，将二维码经过透视投影映射到合适的区域，然后进行凹陷操作生成立体二维码；或在用户指定的区域进行二维码映射，并在进行凹陷操作生成立体二维码时，根据模拟二维码图像的结果调整凹陷操作的深度，最终生成凹陷深度得到优化的立体二维码。以上方法通过在三维模型上进行凹陷操作生成立体二维码，利用凹陷操作产生的阴影实现解码所需的符号反差，实现了使用单一材料进行立体二维码的制造，提供了将二维码应用于任意三维模型并可以被成功解码的可行思路。但是，专利技术人发现以上方法在生成立体二维码时，需要在三维模型上进行大量凹陷操作，对模型表面造成不可逆的破坏，在薄壳、多孔模型上生成立体二维码会对其结构稳定性造成极大影响；此外一次生成、永久存在的立体二维码影响了模型外观的一体性。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种面向3D打印的立体二维码生成方法及系统，通过将平面二维码映射到自定义3D模型的指定投影区域，通过二维码模块优化和三维结构优化，在预设的方向光条件下，对二维码凸起和凹陷的位置和高度进行优化，以实现立体二维码的可解码性和低显著性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种面向3D打印的立体二维码生成方法，包括：将二维码映射到自定义3D模型的投影区域内；在环境光下对二维码进行模拟，根据模拟结果以及二维码凸起高度和凹陷深度对二维码黑块的连续性进行优化；对优化后的二维码计算在方向光下凸起操作和凹陷操作的最优比例，根据最优比例对优化后的二维码进行凸起操作和凹陷操作，在自定义3D模型中生成立体二维码；对含有立体二维码的3D模型进行3D打印后，得到立体二维码的3D实物。第二方面，本专利技术提供一种面向3D打印的立体二维码生成系统，包括：投影模块，用于将二维码映射到自定义3D模型的投影区域内；二维优化模块，用于在环境光下对二维码进行模拟，根据模拟结果以及二维码凸起高度和凹陷深度对二维码黑块的连续性进行优化；三维优化模块，用于对优化后的二维码计算在方向光下凸起操作和凹陷操作的最优比例，根据最优比例对优化后的二维码进行凸起操作和凹陷操作，在自定义3D模型中生成立体二维码；打印模块，用于对含有立体二维码的3D模型进行3D打印后，得到立体二维码的3D实物。第三方面，本专利技术提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述的方法。第四方面，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术在生成立体二维码时，采用了凸起和凹陷两种操作，为了立体二维码的低显著性，同时保证可解码性，引入一束特定方向的光线，计算在该光束下产生合适阴影的凸起和凹陷操作，利用方向光产生的阴影实现解码所需的符号反差，能够极大降低凸起高度以及凹陷深度，从而减小了对模型外观的影响，在环境光下实现低显著性的视觉效果；相较于其他类型的立体二维码，本专利技术在薄壳、多孔模型上，拥有更好的适应性，能够满足对产品外观标签有特定要求的设计需求。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术实施例1提供的面向3D打印的立体二维码生成方法流程图；图2为本专利技术实施例1提供的二维码透视投影示意图；图3(a)-3(c)为本专利技术实施例1提供的二维模块优化示意图；图4为本专利技术实施例1提供的凸起与凹陷操作示意图；图5为本专利技术实施例1提供的立体二维码凸起、凹陷结构示意图；图6(a)-6(b)为本专利技术实施例1提供的环境光、方向光下立体二维码效果图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术做进一步说明。应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例1如图1所示，本实施例提供一种面向3D打印的立体二维码生成方法，包括：S1：将二维码映射到自定义3D模型的投影区域内；S2：在环境光下对二维码进行模拟，根据模拟结果以及二维码凸起高度和凹陷深度对二维码黑块的连续性进行优化；S3：对优化后的二维码计算在方向光下凸起操作和凹陷操作的最优比例，根据最优比例对优化后的二维码进行凸起操作和凹陷操作，在自定义3D模型中生成立体二维码；S4：对含有立体二维码的3D模型进行3D打印后，得到立体二维码的3D实物。所述步骤S1中，将二维码映射到自定义3D模型的投影区域内，具体包括：S1-1：自定义设置方向光角度、强度，以及环境光强度，其中，方向光指从某一光源发出的有特定指向的光线；在自定义3D模型中设置投影区域，包括：S1-1-1：根据环境光、方向光属性分别建立环境光光照模型和方向光光照模型：其中，np为p点法向量，Ω为p点可视区域，Vp,ω为p点的可见性函数，当p在ω方向可见时定义为1，反之为0；lr为反射光线向量；IP＝IaρπOa+IdρOd，其中，I本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向3D打印的立体二维码生成方法，其特征在于，包括：/n将二维码映射到自定义3D模型的投影区域内；/n在环境光下对二维码进行模拟，根据模拟结果以及二维码凸起高度和凹陷深度对二维码黑块的连续性进行优化；/n对优化后的二维码计算在方向光下凸起操作和凹陷操作的最优比例，根据最优比例对优化后的二维码进行凸起操作和凹陷操作，在自定义3D模型中生成立体二维码；/n对含有立体二维码的3D模型进行3D打印后，得到立体二维码的3D实物。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向3D打印的立体二维码生成方法，其特征在于，包括：
将二维码映射到自定义3D模型的投影区域内；
在环境光下对二维码进行模拟，根据模拟结果以及二维码凸起高度和凹陷深度对二维码黑块的连续性进行优化；
对优化后的二维码计算在方向光下凸起操作和凹陷操作的最优比例，根据最优比例对优化后的二维码进行凸起操作和凹陷操作，在自定义3D模型中生成立体二维码；
对含有立体二维码的3D模型进行3D打印后，得到立体二维码的3D实物。


2.如权利要求1所述的一种面向3D打印的立体二维码生成方法，其特征在于，对自定义3D模型根据光照强度和灰度设置投影区域；
采用透视投影变换方法将二维码映射到投影区域内。


3.如权利要求2所述的一种面向3D打印的立体二维码生成方法，其特征在于，所述对自定义3D模型根据光照强度和灰度设置投影区域包括：根据设置方向光以及环境光强度构建光照模型；
根据光照模型与灰度映射函数，对自定义3D模型的优化进行旋转和平移，设置投影区域。


4.如权利要求2所述的一种面向3D打印的立体二维码生成方法，其特征在于，所述采用透视投影变换方法将二维码映射到投影区域内包括：
以投影区域内顶点的平均法向量作为投影方向，根据投影区域中心点和投影方向，得到平面；
在平面上以过投影区域中心点的垂直向量和平均法向量建立坐标系，根据方向光角度与投影区域中心点的欧式距离与自定义3D模型对角线长度的关系，得到方向光光源位置；
采用透视投影将二维码的采样点映射到投影区域；
对投影区域内的采样点进行网格化，得到二维码在投影区域的三角网格表示。


5.如权利要求1所述的一种面向3D打印的立体二维码生成方法，其特征在于，所述对二维码黑块的连续性进行优化包括：根据二维码的凸起高度和凹陷深度、在环境光...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕琳，彭昊，刘培庆，刘霖，屠长河，陈宝权，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37