三維噴繪機(jī)理及大幅面3D噴繪機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著計(jì)算機(jī)3D技術(shù)的成熟和平面噴繪的發(fā)展，浮現(xiàn)出越來越多的三維噴繪的需求，成為噴繪技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新方向，具有良好的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應(yīng)用前景。但業(yè)內(nèi)對三維噴繪還沒有形成統(tǒng)一的定義和概念，相關(guān)的研究和應(yīng)用都與平面噴繪有很大的區(qū)別，沒有成熟的理論體系支持。
　　 本文在原型樣機(jī)的基礎(chǔ)上，結(jié)合平面噴墨技術(shù)和機(jī)器人控制技術(shù)，搭建大幅面3D噴繪機(jī)器人系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)平臺，對三維噴繪的關(guān)鍵技術(shù)和典型應(yīng)用展開研究，為下一步3D噴繪機(jī)器人

2、產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。
　　 論文圍繞三維噴繪的機(jī)理及3D噴繪關(guān)鍵技術(shù)展開研究。在機(jī)理研究的基礎(chǔ)上搭建三維噴繪機(jī)器人平臺，同時(shí)對影響三維噴繪效果的若干關(guān)鍵因素進(jìn)行分析，得到了三種減小誤差的優(yōu)化算法。在此基礎(chǔ)上對三維噴繪的應(yīng)用點(diǎn)展開探索，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了真彩色實(shí)景地理模型和立體照片的制作方法。
　　 論文整體工作概述如下：
　　 (1)三維噴繪機(jī)理研究。論文首先對三維噴繪的工作原理和作業(yè)流程進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，確定適用于三維噴繪

3、的噴墨技術(shù)和墨水。同時(shí)，針對三維噴繪過程中噴頭在z方向往復(fù)運(yùn)動這一特點(diǎn)，對三維噴繪供墨系統(tǒng)原理和可行技術(shù)方案也展開研究。通過對這些核心模塊機(jī)理的研究，為搭建3D噴繪機(jī)器人系統(tǒng)提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。
　　 (2)3D噴繪機(jī)器人系統(tǒng)研制?；趯?shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能和保證系統(tǒng)穩(wěn)定的設(shè)計(jì)原則，論文對大幅面三維噴繪機(jī)器人工程樣機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行了總體規(guī)劃和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的性能，為下一步研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的3D噴繪機(jī)

4、器人奠定了基礎(chǔ)。
　　 (3)三維噴繪關(guān)鍵技術(shù)的研究。在樣機(jī)平臺基礎(chǔ)上，論文對墨滴的下落過程進(jìn)行觀測和分析，總結(jié)在三維噴繪中引起顏色失真和噴繪誤差的各項(xiàng)因素。在此基礎(chǔ)上，針對三維模型曲面變化導(dǎo)致著色面積變大、平均噴繪距離過大引起墨點(diǎn)不能準(zhǔn)確落在理想落點(diǎn)和噴頭老化堵塞導(dǎo)致輸出圖像出現(xiàn)規(guī)律性條紋這三種影響三維噴繪效果的情況，分別設(shè)計(jì)基于高斯曲率的三維噴繪半色調(diào)處理算法、三維噴繪角度優(yōu)化算法和三維噴繪軌跡優(yōu)化算法，有效地解決了以上問題

5、。
　　 (4)實(shí)景地理模型真彩色噴繪方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。結(jié)合Google提供的地理信息服務(wù)，將地理高程模型DEM和衛(wèi)星影像引入到三維噴繪中，形成了全自動真彩色實(shí)景地理模型制作方法，提升當(dāng)前沙盤制作精度和自動化水平。同時(shí)，提出一種地理模型優(yōu)化和圖像補(bǔ)償算法，解決了三維噴繪的應(yīng)用適應(yīng)性問題。此外，設(shè)計(jì)一種基于小波變換的多分辨率簡化雕刻方法，解決大幅面高落差模型的雕刻難題，提高了雕刻的效率。
　　 (5)設(shè)計(jì)了一種制作立體照片

6、的方法。首先從單張照片提取基本深度信息，結(jié)合三維噴繪對立體模型的約束條件進(jìn)行優(yōu)化。在此基礎(chǔ)上利用圖像細(xì)節(jié)紋理，得到細(xì)節(jié)深度。將兩者通過曲面浮雕生成方法疊加，得到用于制作立體照片的模型，進(jìn)而對立體照片進(jìn)行制作和加工。
　　 (6)3D噴繪實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。為驗(yàn)證機(jī)器人系統(tǒng)的精度、功能和穩(wěn)定性，利用聚氨酯泡沫和代木材料，結(jié)合具體的作業(yè)流程，分別進(jìn)行了包括高精度深圳模型、大幅面臺灣模型、多塊拼接釣魚島模型和“林蔭”立體照片等多項(xiàng)三維噴繪實(shí)驗(yàn)，