三維噴繪機理及大幅面3D噴繪機器人關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著計算機3D技術(shù)的成熟和平面噴繪的發(fā)展，浮現(xiàn)出越來越多的三維噴繪的需求，成為噴繪技術(shù)發(fā)展的一個新方向，具有良好的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用前景。但業(yè)內(nèi)對三維噴繪還沒有形成統(tǒng)一的定義和概念，相關(guān)的研究和應(yīng)用都與平面噴繪有很大的區(qū)別，沒有成熟的理論體系支持。
　　 本文在原型樣機的基礎(chǔ)上，結(jié)合平面噴墨技術(shù)和機器人控制技術(shù)，搭建大幅面3D噴繪機器人系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)平臺，對三維噴繪的關(guān)鍵技術(shù)和典型應(yīng)用展開研究，為下一步3D噴繪機器人

2、產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。
　　 論文圍繞三維噴繪的機理及3D噴繪關(guān)鍵技術(shù)展開研究。在機理研究的基礎(chǔ)上搭建三維噴繪機器人平臺，同時對影響三維噴繪效果的若干關(guān)鍵因素進行分析，得到了三種減小誤差的優(yōu)化算法。在此基礎(chǔ)上對三維噴繪的應(yīng)用點展開探索，設(shè)計并實現(xiàn)了真彩色實景地理模型和立體照片的制作方法。
　　 論文整體工作概述如下：
　　 (1)三維噴繪機理研究。論文首先對三維噴繪的工作原理和作業(yè)流程進行分析和設(shè)計，確定適用于三維噴繪

3、的噴墨技術(shù)和墨水。同時，針對三維噴繪過程中噴頭在z方向往復(fù)運動這一特點，對三維噴繪供墨系統(tǒng)原理和可行技術(shù)方案也展開研究。通過對這些核心模塊機理的研究，為搭建3D噴繪機器人系統(tǒng)提供理論依據(jù)和指導。
　　 (2)3D噴繪機器人系統(tǒng)研制。基于實現(xiàn)系統(tǒng)功能和保證系統(tǒng)穩(wěn)定的設(shè)計原則，論文對大幅面三維噴繪機器人工程樣機的機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進行了總體規(guī)劃和結(jié)構(gòu)設(shè)計，并通過實驗驗證了系統(tǒng)的性能，為下一步研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的3D噴繪機

4、器人奠定了基礎(chǔ)。
　　 (3)三維噴繪關(guān)鍵技術(shù)的研究。在樣機平臺基礎(chǔ)上，論文對墨滴的下落過程進行觀測和分析，總結(jié)在三維噴繪中引起顏色失真和噴繪誤差的各項因素。在此基礎(chǔ)上，針對三維模型曲面變化導致著色面積變大、平均噴繪距離過大引起墨點不能準確落在理想落點和噴頭老化堵塞導致輸出圖像出現(xiàn)規(guī)律性條紋這三種影響三維噴繪效果的情況，分別設(shè)計基于高斯曲率的三維噴繪半色調(diào)處理算法、三維噴繪角度優(yōu)化算法和三維噴繪軌跡優(yōu)化算法，有效地解決了以上問題

5、。
　　 (4)實景地理模型真彩色噴繪方法的設(shè)計與實現(xiàn)。結(jié)合Google提供的地理信息服務(wù)，將地理高程模型DEM和衛(wèi)星影像引入到三維噴繪中，形成了全自動真彩色實景地理模型制作方法，提升當前沙盤制作精度和自動化水平。同時，提出一種地理模型優(yōu)化和圖像補償算法，解決了三維噴繪的應(yīng)用適應(yīng)性問題。此外，設(shè)計一種基于小波變換的多分辨率簡化雕刻方法，解決大幅面高落差模型的雕刻難題，提高了雕刻的效率。
　　 (5)設(shè)計了一種制作立體照片

6、的方法。首先從單張照片提取基本深度信息，結(jié)合三維噴繪對立體模型的約束條件進行優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上利用圖像細節(jié)紋理，得到細節(jié)深度。將兩者通過曲面浮雕生成方法疊加，得到用于制作立體照片的模型，進而對立體照片進行制作和加工。
　　 (6)3D噴繪實驗設(shè)計。為驗證機器人系統(tǒng)的精度、功能和穩(wěn)定性，利用聚氨酯泡沫和代木材料，結(jié)合具體的作業(yè)流程，分別進行了包括高精度深圳模型、大幅面臺灣模型、多塊拼接釣魚島模型和“林蔭”立體照片等多項三維噴繪實驗，