基于點(diǎn)云的3D打印快速自適應(yīng)分層算法研究.pdf

1、3D打印是一種通過堆積材料來形成模型的技術(shù)。其中一種3D打印的一般過程是：首先通過三維激光掃描設(shè)備獲取模型點(diǎn)云數(shù)據(jù)，其次通過一定的分層算法將點(diǎn)云模型劃分成層片信息，最后依據(jù)層片信息逐層進(jìn)行打印成型。隨著三維數(shù)字化激光掃描技術(shù)、3D打印技術(shù)的發(fā)展，需要處理的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的規(guī)模日益增加，需要處理模型的精度也越來越高，并且數(shù)據(jù)中存在大量噪音數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)的效率不容忽視?，F(xiàn)存的分層算法主要依據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成三角面片信息，然后依據(jù)三角面片生成切片信息。

2、本文提出一種基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的快速自適應(yīng)厚度調(diào)整分層算法，避免了曲面重構(gòu)（建模）過程，在切片層數(shù)相對(duì)較少的情況下，使分層產(chǎn)生的誤差達(dá)到最小。分層算法跳過建模的過程，直接基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行分層厚度的調(diào)整，基于分層后獲得的點(diǎn)云帶數(shù)據(jù)進(jìn)行輪廓提取，使3D打印效率顯著提高。
　　本文首先分析了目前存在的自適應(yīng)分層厚度調(diào)整算法的研究現(xiàn)狀，提出一種通過不斷調(diào)整厚度并計(jì)算調(diào)整時(shí)造成的模型誤差確定最佳分層厚度的方法。通過對(duì)誤差產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，推導(dǎo)出由

3、階梯效應(yīng)造成的分層厚度與模型誤差的公式關(guān)系。采用“預(yù)分組＋四叉樹”的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，利用快速排序的思想進(jìn)行預(yù)分組處理，提高了后期查找任意區(qū)間的點(diǎn)云帶數(shù)據(jù)的效率；以四叉樹為基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)每一層的點(diǎn)云帶數(shù)據(jù)，有利于分析四叉樹中的葉子結(jié)點(diǎn)的變化對(duì)于模型誤差的影響。實(shí)驗(yàn)證明，該算法時(shí)間效率高，誤差小，對(duì)幾何特征較復(fù)雜的數(shù)據(jù)模型亦有較好的分層效果。其次，提出一種基于本文分層厚度調(diào)整算法確定的點(diǎn)云帶數(shù)據(jù)進(jìn)行輪廓提取方法。為了加快對(duì)于點(diǎn)云帶數(shù)

4、據(jù)的檢索和遍歷，采用四叉樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。采用一種基于投影法和四叉樹中的葉子結(jié)點(diǎn)相結(jié)合的方法提取切片數(shù)據(jù)，使需要處理的數(shù)據(jù)量大幅減少。四叉樹本身的特性會(huì)導(dǎo)致新生成的切片數(shù)據(jù)點(diǎn)存在一些冗余問題，并且這些冗余數(shù)據(jù)會(huì)對(duì)特征多邊形的提取造成一定的誤差，基于切片數(shù)據(jù)的鄰近關(guān)系進(jìn)一步做了修復(fù)，提升了切片數(shù)據(jù)的有效性。通過切片數(shù)據(jù)快速建立鄰近點(diǎn)序列，進(jìn)而確定特征多邊形，并針對(duì)特征多邊形中存在的交叉現(xiàn)象進(jìn)一步做了修復(fù)，最后采用三次B樣條算法進(jìn)