三維迷宮的設(shè)計(jì)與制造.pdf

1、三維打印作為一種新興的制造技術(shù)，由于其突破傳統(tǒng)制造方式的局限，受到了越來越多的關(guān)注，并且有了越來越廣泛的應(yīng)用。在三維打印中，三維模型是基礎(chǔ)，在打印過程中起著決定性的作用;切片計(jì)算是三維打印中對模型處理的核心步驟，直接影響打印結(jié)果的精度和效果。本文就三維模型和計(jì)算切片等三維打印中的基本問題展開研究。本文首先提出了一種基于二維迷宮和三維結(jié)構(gòu)（三維曲面）的三維迷宮生成算法，主要通過CSG建模技術(shù)實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)基于網(wǎng)格模型的切片算法存在效率低、誤差

2、大等問題，而三維模型的隱式表達(dá)能夠顯著改善這些不足。在基于隱式函數(shù)的3D打印切片算法的基礎(chǔ)上，本文提出了一種面向CSG建模系統(tǒng)的3D打印切片算法。通過本文提出的算法，可以在大幅減少處理時(shí)間的同時(shí)，模型精度也有所提升。
　　第一部分是三維迷宮的生成算法研究。迷宮是一類經(jīng)典且廣泛的益智玩具，迷宮的研究和設(shè)計(jì)在實(shí)際生活中有著廣泛的應(yīng)用前景。相對于二維迷宮，三維迷宮在難度和趣味性上達(dá)到了一個(gè)更高的水平。本文主要是通過改進(jìn)二維迷宮的隨機(jī)算法

3、，提出了循環(huán)迷宮的概念和迷宮復(fù)雜度公式，進(jìn)而提出了一種基于四邊形網(wǎng)格曲面的三維迷宮設(shè)計(jì)算法。該算法主要包括三個(gè)過程:首先將給定的三維曲面四邊形網(wǎng)格化;然后確定迷宮的起點(diǎn)和終點(diǎn)，通過基于最小生成樹的二維迷宮生成算法在網(wǎng)格表面生成迷宮路徑;最后，將迷宮實(shí)體化為三維結(jié)構(gòu)，并與原始三維模型做布爾運(yùn)算，得到三維迷宮。
　　由于生成的迷宮是由大量的基本集合體通過布爾運(yùn)算構(gòu)成，是一種CSG建模表達(dá)。為了避免進(jìn)行三角化，生成三角網(wǎng)格，我們研究了是

4、面向CSG建模系統(tǒng)的3D打印切片算法。隱式表達(dá)的三維模型有著三角網(wǎng)格不可替代的優(yōu)點(diǎn)，如表達(dá)能力強(qiáng)，運(yùn)算簡便，沒有拓?fù)渖系牟徽_，如自交或重疊等。這些優(yōu)點(diǎn)正是三維打印所需要的，并且是網(wǎng)格表達(dá)所不具備的。CSG建模技術(shù)通過簡單體素的拼合構(gòu)造復(fù)雜幾何體。在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和CAD建模領(lǐng)域，CSG建模技術(shù)經(jīng)常被用于實(shí)體建模。為了解決制造問題，基于隱式函數(shù)的3D打印切片算法，我們提出了面向CSG建模系統(tǒng)的3D打印切片算法，可以在大幅減少處理時(shí)間的同時(shí)