三維打印中切片算法的研究與應用.pdf

1、進入二十一世紀后，三維打印技術作為一門結合了多個學科知識的綜合性新型制造技術受到人們越來越多的關注。三維打印以其產(chǎn)品成本以及入門門檻低，成型速度快等優(yōu)勢在許多領域得到了廣泛的應用。三維打印中的切片算法是其中最重要的組成部分之一，不僅影響打印的效率，同時也影響著打印成型產(chǎn)品的精度。本文針對切片算法中存在的問題進行研究，改進算法的速度以及切片成型的精度，同時，將經(jīng)過切片算法后形成的輪廓多邊形應用在三維建模領域。
　　在進行切片時，需要

2、讀取計算機中存儲的三維模型數(shù)據(jù)，常見文件格式有STL、PLY、AMF等，其中STL文件格式是現(xiàn)如今研究的主流方向。STL文件以三角形面片的結構存儲三維模型數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)散亂，無序，導致在切片過程中進行相關數(shù)據(jù)的讀取、查找時速度緩慢，而重建數(shù)據(jù)的拓撲結構可以改善查找速度?，F(xiàn)有的拓撲重建算法例如改進的直接算法、半邊合并算法等，大多是通過附加不同的數(shù)據(jù)或存儲結構，如半邊結構，二叉樹及平衡二叉樹結構的來加快數(shù)據(jù)查找速度，但在面對較大的數(shù)據(jù)量時，速度

3、會明顯下降。本文根據(jù)構成三維模型數(shù)據(jù)本身的結構組成特點，通過對比各個數(shù)據(jù)結構的優(yōu)缺點，依據(jù)每個三角面片中點、線、面之間的關系，使用結構相對簡單、構建速度較快的半邊結構作為拓撲重建的基礎結構，半邊拓撲結構能夠通過半邊快速的進行相鄰三角形的查找，能有效的減少切片時進行相交判斷的次數(shù);將哈希表作為存儲半邊數(shù)據(jù)結構的附加結構，以此提升大規(guī)模數(shù)據(jù)的讀、取時的速率。
　　現(xiàn)有的切片算法，如基于點云的切片算法，基于位置信息的三角形分組算法等，多

4、沒有考慮到三維模型的復雜度對切片厚度的影響，選擇固定的切片厚度，造成模型的“臺階效應”，影響三維打印成型的結果，導致模型精度不高。本文選擇針對STL文件，通過與拓撲構建后的數(shù)據(jù)結構相結合的方式，采用基于分組的自適應切片算法來對三維模型進行切片。分組是根據(jù)三維模型與切平面相切方向的高度，對所有相關三角面片信息進行分組，高度越高，創(chuàng)建的分組越多。自適應切片則是根據(jù)模型高度以及分組中三角面片的數(shù)量來判斷模型復雜度，設定切片精度范圍，當三角形數(shù)

5、量越多，切片精度就越高，切片厚度變小，反之則切片精度降低，厚度變大。通過切片算法生成的切片輪廓多邊形中，存在數(shù)據(jù)點冗余。邊界不平滑的問題，因此要對切片輪廓多邊形進行優(yōu)化處理，本文通過夾角優(yōu)化的最小頂點面積刪除算法對其輪廓多邊形的頂點進行簡化處理，刪除冗余的頂點，通過Hermite樣條化（或者B樣條化）對簡化后的多邊形進行樣條化處理，使得多邊形邊界變得平滑，再進行適當?shù)碾x散化處理，使其更適用于三維打印。
　　最后，根據(jù)輪廓多邊形本身