古建筑3D打印中支撐結(jié)構(gòu)生成算法研究.pdf

1、古建筑是人類幾千年來遺留下來的寶貴產(chǎn)物，對(duì)于古建筑的傳承和復(fù)原保護(hù)，是一項(xiàng)必要而又具有一定難度的工作，利用3D打印技術(shù)不但能將成本降到最低，還能夠?qū)崿F(xiàn)逼真還原。但是在3D過程中，針對(duì)于古建筑的內(nèi)部和外部懸空區(qū)域，在未支撐情況下會(huì)發(fā)生熔融坍塌現(xiàn)象，而且有的支撐結(jié)構(gòu)生成算法對(duì)內(nèi)部和外部懸空區(qū)域生成相同的支撐結(jié)構(gòu)，并且存在打印時(shí)間久，支撐不穩(wěn)定或者耗材多等缺陷。針對(duì)上述缺陷，本文以對(duì)古建筑待支撐區(qū)域識(shí)別、待支撐區(qū)域分割、支撐結(jié)構(gòu)生成算法的優(yōu)化

2、等作為主要研究?jī)?nèi)容，具體的研究工作如下:
　　1.識(shí)別古建筑的懸空待支撐區(qū)域。對(duì)于STL格式的古建筑模型，采用拓?fù)渲貥?gòu)算法使三角面片彼此相關(guān)且有序，并分層獲取截面輪廓線，利用內(nèi)外輪廓自動(dòng)識(shí)別技術(shù)生成各層內(nèi)外輪廓，最終對(duì)各層之間運(yùn)用布爾運(yùn)算算法，識(shí)別出懸空待支撐區(qū)域。
　　2.待支撐區(qū)域的分割算法研究。首先是利用隨機(jī)霍夫變換算法擬合種子平面，設(shè)置鄰域、法向量夾角和距離的閾值，將符合條件的點(diǎn)集加入到種子區(qū)域;其次是區(qū)域生長(zhǎng)，同樣

3、以閾值作為區(qū)域生長(zhǎng)的條件，并自動(dòng)調(diào)整平面參數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明該分割算法實(shí)現(xiàn)了對(duì)內(nèi)部和外部區(qū)域的準(zhǔn)確分割。
　　3.提出稀疏樹形支撐結(jié)構(gòu)生成算法。對(duì)于分割的外部待支撐區(qū)域，現(xiàn)有的支撐結(jié)構(gòu)生成的算法在耗材以及支撐穩(wěn)定性方面遠(yuǎn)非最優(yōu)，本文算法主要研究對(duì)待支撐點(diǎn)稀疏化采樣，加以支撐懸臂長(zhǎng)度和強(qiáng)度約束的算法，同時(shí)優(yōu)化支撐柱。實(shí)驗(yàn)表明該算法生成的稀疏樹形支撐結(jié)構(gòu)低耗材、穩(wěn)定性高、易去除，對(duì)古建筑表面沒有損傷。
　　4.提出薄壁網(wǎng)格支撐結(jié)構(gòu)生成

4、算法。對(duì)分割出的屋頂?shù)膬?nèi)部待支撐區(qū)域，現(xiàn)有的支撐生成算法都是采用蜂窩狀或者實(shí)體填充內(nèi)部，但是相對(duì)耗材并且打印時(shí)間久。本文算法主要研究等間隔單面薄壁的生成，以及實(shí)時(shí)填充支撐。實(shí)驗(yàn)表明該算法生成的薄壁網(wǎng)格支撐結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、耗材低并且打印時(shí)間短。
　　5.實(shí)現(xiàn)并完成了自動(dòng)生成支撐結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。包括古建筑三維模型的打開、操作與保存，待支撐區(qū)域的識(shí)別、待支撐區(qū)域的分割、支撐結(jié)構(gòu)的生成等主要功能。為古建筑的實(shí)體展示、考古復(fù)原、以及傳承發(fā)揚(yáng)起到了促