一种避免轮廓相交的快速成型切片处理方法技术

本发明专利技术涉及一种避免轮廓相交的快速成型切片处理方法，其步骤如下：步骤一、根据成型精度确定层高和切片总数，并获取各层切片平面与STL模型上每个三角面片的交点；步骤二、将每层切片内的交点集合映射为一个图G，并确定图G的极大连通子图G

【技术实现步骤摘要】
一种避免轮廓相交的快速成型切片处理方法
本专利技术涉及快速成型领域，具体涉及一种避免轮廓相交的快速成型切片处理方法。
技术介绍
快速成型，又称为3D打印或增材制造，是一种以数字模型文件为基础，通过逐层累积堆叠材料来构造物体的技术。在打印加工前，首先需沿三维模型的成型方向建立一系列切片，以提取模型的截面轮廓，然后根据截面轮廓生成打印填充区域。目前已有的针对STL模型进行切片处理的算法主要分为两大类：1)基于点的处理方法.首先计算层切平面与模型上所有三角片的交点，然后对交点进行排序以构成有序封闭轮廓，例如文献1(田仁强，张义飞.快速成型中STL模型直接切片新算法研究[J].机床与液压，2019，47(16)：55-59)；2)基于三角片的处理方法.首先求得层切平面与第一个三角片的交点，然后根据拓扑关系找到与之相邻的三角片，依次求交后即可得到首尾相连的有向封闭轮廓，例如文献2(徐敬华，盛红升，张树有，等.基于邻接拓扑的流形网格模型层切多连通域构建方法[J].计算机辅助设计与图形学学报.2018，30(1)：180-190)。无论是传统的基于点的方法还是基于三角片的方法，都是在构建成一条有序封闭轮廓后，进行下一条轮廓的创建；但当同一层切片内的多条轮廓相交时，会造成排序结果混乱。因此，改善分层切片算法的有效性和准确性，对于提高快速成形系统的可靠性和制作精度具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种避免轮廓相交的快速成型切片处理方法。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种避免轮廓相交的快速成型切片处理方法，其步骤如下：步骤一、根据成型精度确定层高和切片总数，并获取各层切片平面与STL模型上每个三角面片的交点；步骤二、将每层切片内的交点集合映射为一个图G，并确定图G的极大连通子图Gi；步骤三、获取每个连通子图Gi中的节点度数，根据节点度数特性识别轮廓相交情况，并根据轮廓相交情况采用深度优先搜索算法或三角剖分方法创建有序封闭轮廓；步骤四、利用每层切片得到的轮廓建立打印封闭区域，并与相邻切片层的区域进行布尔运算以对打印区域进行修正。所述步骤二中，对于每层切片求得的交点集合，首先进行冗余点去除，获得节点集合V，然后根据每个三角面片上的两个交点构成一条边的特性将节点集合V映射为一个图G＝(V，E)，其中E为节点集合V中的节点构成的所有边集，对图G进行深度优先遍历，得到图G的极大连通子图Gi，i＝1，2，3，...，n，n为连通分量总数。所述步骤三中节点度数特性包括：①连通子图Gi中所有节点的度数都≤2；②连通子图Gi中存在一个节点v的度数deg(v)＞2，其中节点v的度数deg(v)定义为与v关联的所有边的关联数目总和。当连通子图Gi中所有节点的度数都≤2时，采用深度优先搜索算法创建有序封闭轮廓，首先从子图Gi中的某一节点v0出发，搜索与它关联的邻接节点v1，然后从节点v1出发，搜索与v1邻接且未被访问过的节点v2，依次进行搜索，直到回到起点v0，即创建一条有序封闭轮廓。当连通子图Gi中存在一个节点v的度数deg(v)＞2时，采用三角剖分方法创建有序封闭轮廓。所述三角剖分方法如下：Step1，将连通子图Gi内的所有节点利用Delaunay三角剖分方法构建一个三角网格DT；Step2，搜索三角网格DT的边界集合Boundary，边界边按照如下规则定义：Boundary＝{<vi，vj>|Dep<vi，vj>＝1}，其中<vi，vj>代表三角网格DT中由节点vi、vj构成的边，Dep<vi，vj>为依附于边<vi，vj>的三角形的个数，当Dep<vi，vj>＝1时，<vi，vj>为边界边，vi、vj为边界节点；Step3，判断边界集合Boundary中的每一条边<vi，vj>是否属于连通子图Gi的边集Ei，①若存在将与该边<vi，vj>相连的三角形删除，更新三角网格DT后，转Step2；②若不存在直接转Step4；Step4，依次连接三角网格DT的边界节点即为连通子图Gi内的有序封闭轮廓。所述步骤四中包括以下步骤：Stepl，在每层切片内，根据各个封闭轮廓之间的内外包含关系建立多边形封闭区域；Step2，获取第i层切片的封闭区域Ai与第i+j层切片的封闭区域Ai+j的差集d1j＝Ai-Ai+j，j＝1，2，...，N，并求出它们的并集：获取第i层切片的封闭区域Ai与第i-j层切片的封闭区域Ai-j的差集d2j＝Ai-Ai-j，j＝1，2，...，N，并求出它们的并集：Step3，将区域Si＝d1∪d2作为物体第i层切片的表层打印区域，区域Ti＝Ai-Si作为物体第i层切片的内部打印区域。本专利技术的有益效果：利用图的节点度数特性，智能识别切片轮廓相交情况，避免了网格拓扑关系的复杂计算，能够有效去除多余轮廓分支，建立正确的打印区域，适用于各种规则和非规则模型的切片处理。附图说明图1为本专利技术的技术流程示意图。图2a、b、c、d为本专利技术的三角剖分交点排序示意图。图3a、b、c、d、e、f、g为本专利技术和现有方法处理切片轮廓相交的实例效果图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术公开了一种避免轮廓相交的快速成型切片处理方法，其步骤如下：步骤一、根据成型精度确定层高和切片总数，并获取各层切片平面与STL模型上每个三角面片的交点；步骤二、将每层切片内的交点集合映射为一个图G，并确定图G的极大连通子图Gi；步骤二中，对于每层切片求得的交点集合，首先进行冗余点去除，获得节点集合V，然后根据每个三角面片上的两个交点构成一条边的特性将节点集合V映射为一个图G＝(V，E)，其中E为节点集合V中的节点构成的所有边集，对图G进行深度优先遍历，得到图G的极大连通子图Gi，i＝1，2，3，...，n，n为连通分量总数。步骤三、获取每个连通子图Gi中的节点度数，根据节点度数特性识别轮廓相交情况，并根据轮廓相交情况采用深度优先搜索算法或三角剖分方法创建有序封闭轮廓；步骤三中节点度数特性包括：①连通子图Gi中所有节点的度数都≤2；②连通子图Gi中存在一个节点v的度数deg(v)＞2，其中节点v的度数deg(v)定义为与v关联的所有边的数目总和。当连通子图Gi中所有节点的度数都≤2，表示该连通子图内不存在轮廓相交情况。采用深度优先搜索算法创建有序封闭轮廓，首先从子图Gi中的某一节点v0出发，搜索与它关联的邻接节点v1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种避免轮廓相交的快速成型切片处理方法，其特征在于，其步骤如下：/n步骤一、根据成型精度确定层高和切片总数，并获取各层切片平面与STL模型上每个三角面片的交点；/n步骤二、将每层切片内的交点集合映射为一个图G，并确定图G的极大连通子图G

【技术特征摘要】
1.一种避免轮廓相交的快速成型切片处理方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤一、根据成型精度确定层高和切片总数，并获取各层切片平面与STL模型上每个三角面片的交点；
步骤二、将每层切片内的交点集合映射为一个图G，并确定图G的极大连通子图Gi；
步骤三、获取每个连通子图Gi中的节点度数，根据节点度数特性识别轮廓相交情况，并根据轮廓相交情况采用深度优先搜索算法或三角剖分方法创建有序封闭轮廓；
步骤四、利用每层切片得到的轮廓建立打印封闭区域，并与相邻切片层的区域进行布尔运算以对打印区域进行修正。


2.根据权利要求1所述的一种避免轮廓相交的快速成型切片处理方法，其特征在于，步骤二中，对于每层切片求得的交点集合，首先进行冗余点去除，获得节点集合V，然后根据每个三角面片上的两个交点构成一条边的特性将节点集合V映射为一个图G＝(V，E)，其中E为节点集合V中的节点构成的所有边集，对图G进行深度优先遍历，得到图G的极大连通子图Gi，i＝1，2，3，...，n，n为连通分量总数。


3.根据权利要求1所述的一种避免轮廓相交的快速成型切片处理方法，其特征在于，所述步骤三中节点度数特性包括：①连通子图Gi中所有节点的度数都≤2；②连通子图Gi中存在一个节点v的度数deg(v)＞2，其中节点v的度数deg(v)定义为与v关联的所有边的数目总和。


4.根据权利要求3所述的一种避免轮廓相交的快速成型切片处理方法，其特征在于，当连通子图Gi中所有节点的度数都≤2时，采用深度优先搜索算法创建有序封闭轮廓，首先从子图Gi中的某一节点v0出发，搜索与它关联的邻接节点v1，然后从节点v1出发，搜索与v1邻接且未被访问过的节点v2，依次进行搜索，直到回到起点v0，即创建一条有序封闭轮廓。


5.根据权利要求3所述的一种避免轮廓相交的快速成型切片处理方法，其特征在于，当连通子图Gi中存在...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建，吴婷，张礼兵，包涵，陈廷豪，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33