【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及数控工具领域，更具体地说涉及一种通过数控工具制造三维物体的方法。
技术介绍
1、在三维物体(即实物)制造领域中，通常的使用数控工具，如三维打印机、挤出机或二维切割机。数控工具是指一种机床，其运动由计算机根据三维物体的计算机模型进行控制。因此，计算机模型相当于一系列指令，其允许数控工具制作三维物体。
2、制作上述计算机模型有多种可能的解决方案。
3、在三维打印机的例子中，第一种解决方案是从打印机供应商提供给使用者的数字图书馆中直接选择预定义的计算机模型。这种解决方案实施起来简单快捷，但使用者无法定制三维物体的形状。换句话说，使用者无法选择三维物体的细节，只能制作具有预定义形状的三维物体。
4、第二种解决方案是通过安装在计算机上的特定软件创建计算机模型。这样，使用者自己创建所需的计算机模型。不过，这种解决方案要求使用者具备高的计算机知识水平。这是因为使用者必须执行多个计算机操作，以将在纸张等物理载体上实现的所需三维物体的图纸转换为计算机模型，该计算机模型能够转换为数控工具的指令。例如，使用者必须通过例如照相或扫描设备制作图画的数字图像，然后在照片编辑软件中在数字图像上将图画的轮廓从纸的背景中分离出来。然后，必须在三维建模软件中将该轮廓转换成虚拟的三维物体，最后在三维打印准备软件中对该三维物体进行调整，以获得计算机模型，该计算机模型将供数控工具使用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是弥补上述缺点的全部或一部分，特别是通过提出一种通过数
2、-制作包含至少一个封闭轮廓的图画的数字图像的制作步骤，所述图画是在二维空间中延伸的物理载体上制作的，所述物理载体在确定的照明下具有基本一致的外观；
3、-数字图像的像素的分组步骤，所述分组步骤包括：初始化阶段，其中确定与图画相对应的具象中心和与物理载体相对应的至少一个背景中心；以及使用阶段，其中使用无监督数据分割方法，以获得与图画相对应的第一组像素和与物理载体相对应的、与第一组像素不同的至少一组第二组像素；
4、-第一组像素的提取步骤，以获得图画的至少一个轮廓；
5、-确定步骤，其中对至少一个轮廓应用定义至少一种轮廓属性的策略，以确定在二维空间中延伸的结构平面，每个轮廓与至少一种属性相关联；
6、-结构平面的离散化步骤，以表示结构平面的内表面；
7、-计算机处理步骤，包括沿结构平面所延伸的二维空间的法向轴线挤出，以表示三维虚拟物体；
8、-结合内表面和三维虚拟物体创建计算机模型的创建步骤；
9、-通过由计算机模型控制的数字工具制造三维物体的制造步骤。
10、本专利技术适用于任何数控工具，尤其适用于任何食品数控工具，即配置为制造可食用的三维物体。
11、三维物体是指具有给定非零厚度、长度和宽度的真实实物。
12、使用根据本专利技术的制造方法的使用者首先取一个物理载体，如一张纸。该物理载体具有在二维空间中延伸的长度和宽度。二维空间表示使用者将在其上绘制图画的背景。
13、背景具有基本均匀的外观，即在确定的照明条件下观看，背景基本均一，且没有使用者可见的不等或粗糙。使用者观看背景时的照明会影响其外观。事实上，照明必然引起在所述背景上反射出背景在物理上所处的环境的颜色，从而在环境的颜色中看到一张完全均匀的白纸。例如，放置在红色房间里的白纸将会因为房间的红色在白纸上的反射而被看成略带红色。根据本专利技术，对于给定的照明，背景的颜色是基本上均一的，没有使用者可见的不等或粗糙。因此，无论它放置在什么环境中，所使用的背景都是大体上基本平滑和基本单色的。
14、然后，使用者在背景上描绘图画，该图画表示按照所述三维物体在平面上的投影所看到的三维物体。图画必然包括在背景上延伸、因而在二维空间中延伸的至少一条线。在二维空间中，线有长度和粗细。
15、将轮廓定义为分隔两个区域的一维数学对象。轮廓由一个长度和两个端点定义。轮廓没有物理现实性，无法用物理方式表示。当轮廓的两端点重合时，轮廓是封闭的，而当轮廓的两端点不同时，轮廓是开放的。封闭的轮廓界定内部区域。
16、每条线对应于一个或两个轮廓。事实上，线本身通过其粗细表示不同于背景区域的区域。因此，当图画包括开放的、因此两端不接触物理载体边缘的单个线时，例如表示位于纸张中间的直线段的线，则图画包括围绕所述线的单个封闭轮廓。当图画包括单个封闭线时，例如代表圆的线，则图画包括第一封闭轮廓和第二封闭轮廓，第一封闭轮廓在线的外侧环绕所述线，第二封闭轮廓在线的内侧环绕所述线。因此，该图画定义了三个不同的区域：圆外的第一区域、线的粗细范围内的第二区域和圆内的第三区域。
17、然后，使用者通过电脑、手机或任何其他数字装置实施所述方法。该方法可以采用网站或安装在数字装置上的应用程序的形式。
18、该方法首先执行制作步骤，其中通过数字复制工具如拍摄设备、相机或扫描仪制作图画的数字图像。数字图像是一组或一幅像素，每个像素由一定数量的属性限定，特别是其在图像中的位置及其颜色。
19、在此数字图像的基础上，该方法执行分组步骤，其目的是自动(即无需使用者干预)区分数字图像的像素，以获得与图画相对应的第一组像素和与物理载体(即背景)相对应的不同于第一组像素的至少一组第二组像素。
20、分组步骤包括初始化阶段，其中将第一像素定义为与图画相对应的具象中心，并将至少一个第二像素定义为与物理载体相对应的背景中心。可以将多个像素定义为背景中心。
21、根据一个实施方案，第一像素和第二像素从数字图像的像素中任意选择。
22、然后，分组步骤包括使用阶段，其中使用无监督数据分割方法对数字图像的像素进行分类，以获得与图画相对应的第一组像素和与物理载体相对应的至少一组第二组像素。因此，无监督数据分割方法将数据分为共享共同特征的各个子集。
23、使用阶段的无监督数据分割方法适用于数字图像的第一组像素和数字图像的与第一组像素不同的至少一组第二组像素这一事实允许处理数字图像的所有像素。
24、对数字图像的所有像素的考虑允许改善方法的性能，并忽略数字复制工具的校准和物理载体上由于照明造成的颜色差异。
25、该方法然后执行提取步骤，其中将第一组像素分离出来，以获得至少一个图画轮廓。
26、然后，该方法将确定步骤过程中定义至少一个轮廓属性的策略应用于至少一个轮廓。该策略是在该步骤之前确定的。该策略是一组规则，其定义与图画无关，因此也与要制造的三维物体无关。该策略具有通用性，并可应用于大量图画。在确定步骤之后，将至少一个轮廓与至少一个属性相关联，从而形成待制造的三维物体的结构平面。结构平面在二维空间中延伸，在该二维空间中所述至少一个轮廓延伸。
27、从结构平面开始，离散化和计算机处理步骤依次或并行执行。...
【技术保护点】
1.一种通过数控工具制造(100)三维物体(81、81')的方法，包括：
2.根据权利要求1所述的制造方法(100)，其中所述数字图像(11)的像素在至少五个维度上进行编码，包括至少三个色度坐标(L、A、B)，优选使用称为LAB的方法，以及至少两个几何坐标(X、Y)。
3.根据权利要求2所述的制造方法(100)，其中所述初始化阶段分析位于数字图像(11)边缘上至少一个像素的色度坐标(L、A、B)，以确定至少一个背景中心的色度坐标(L、A、B)。
4.根据权利要求2或3所述的制造方法(100)，其中所述初始化阶段分析数字图像(11)的编码像素的色度坐标(L、A、B)，以便通过主成分分析确定色度坐标(L、A、B)与具象中心相关联的第一极值和色度坐标(L、A、B)与至少一个背景中心相关联的第二极值。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的制造方法(100)，其中所述初始化阶段确定具象中心具有与数字图像(11)的几何中点相对应的几何坐标(X、Y)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法(100)，其中所述初始化阶段确定至少两
7.根据权利要求6所述的制造方法(100)，其中所述背景中心分布在以数字图像的几何中点为中心的规则多边形上。
8.根据权利要求6所述的制造方法(100)，其中所述背景中心分布在数字图像的边缘上。
9.根据权利要求6所述的制造方法(100)，其中所述背景中心按均匀随机律分布在数字图像中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法(100)，其中所述无监督数据分割方法使用k-means或k-medoids算法。
11.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法(100)，其中所述离散化步骤(5)使用称为"Ear Clipping"的三角测量法。
12.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法(100)，包括在确定步骤(4)之前的策略步骤(9)，其中策略(91)从预定策略或可定制策略中选择。
13.根据权利要求12所述的制造方法(100)，其中所述策略(91)包括高度属性。
14.根据权利要求13所述的制造方法(100)，其中所述策略(91)还包括至少一个轮廓的材料属性和/或质地属性和/或颜色信息和/或定位信息。
15.根据权利要求13或14所述的制造方法(100)，其中所述高度属性对应于挤出时间。
16.根据权利要求13或14所述的制造方法(100)，其中所述高度属性对应于层数。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种通过数控工具制造(100)三维物体(81、81')的方法，包括：
2.根据权利要求1所述的制造方法(100)，其中所述数字图像(11)的像素在至少五个维度上进行编码，包括至少三个色度坐标(l、a、b)，优选使用称为lab的方法，以及至少两个几何坐标(x、y)。
3.根据权利要求2所述的制造方法(100)，其中所述初始化阶段分析位于数字图像(11)边缘上至少一个像素的色度坐标(l、a、b)，以确定至少一个背景中心的色度坐标(l、a、b)。
4.根据权利要求2或3所述的制造方法(100)，其中所述初始化阶段分析数字图像(11)的编码像素的色度坐标(l、a、b)，以便通过主成分分析确定色度坐标(l、a、b)与具象中心相关联的第一极值和色度坐标(l、a、b)与至少一个背景中心相关联的第二极值。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的制造方法(100)，其中所述初始化阶段确定具象中心具有与数字图像(11)的几何中点相对应的几何坐标(x、y)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的制造方法(100)，其中所述初始化阶段确定至少两个背景中心，或至少五个背景中心，或优选八个背景中心。
7.根据权利要求6所述的制造方法(100)，其中所述背景中心分布在以数...
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