[發明專利]三維復印裝置

有效

• 申請號: 201310233218.7
• 申請日: 2013-06-13
• 公開（公告）號: CN103294421A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 陳國棟;張金星;葉楠;潘翔
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G06F3/12
• 分類號: G06F3/12
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

1.?一種三維復印裝置，其特征在于：包括一三維掃描模塊、一數據處理模塊和一三維打印模塊，

所述三維掃描模塊由一便攜式三維掃描儀組成，所述三維掃描儀掃描物體獲取點云數據，然后將所述點云數據傳送到所述數據處理模塊中；

所述數據處理模塊包括一用戶操作和顯示單元和一數據處理單元，所述用戶操作和顯示單元能夠執行包括縮放倍數、復印份數、表面精細質量、平移及旋轉的操作指令；所述數據處理單元接收所述用戶操作和顯示單元傳送的操作指令以及所述三維掃描儀傳送的點云數據，對模型進行三維重構和三維模型的近似處理，然后輸出模型數據到所述三維打印模塊；

所述三維打印模塊由一三維打印機組成，所述三維打印機接收所述模型數據，實現三維復印功能。

2.?根據權利要求1所述的三維復印裝置，其特征在于：所述數據處理單元對模型進行三維重構之前對所述點云數據做去噪處理、增減數據量和拼接點云處理。

3.?根據權利要求2所述的三維復印裝置，其特征在于：所述增減數據量是根據所述用戶操作和顯示單元傳送的操作指令針對獲取的點云數據的稀疏程度，進行點云數量的增減；

點云數量的增加采用無損耗的內插算法；常用的內插算法包括雙線性插值法、反距離加權插值法、克里金法、最小曲率法、徑向基本函數法、謝別德法、三角網插值法和最近鄰點插值法；

點云數量的縮減步驟為，首先計算各點的法線矢量，然后將點云數據投影至一個確定的球面上，并進行初步網格劃分，確定每個網格中的數據點；接著計算每個網格中數據點的法矢的標準偏差，并以此作為網格細分準則；若標準偏差大于給定的限差，則對該網格進行進一步的劃分，反復至網格的標準偏差均小于限差，或網格尺寸達到限制值；網格建立完成后，用中值濾波確定每個網格的代表節點，刪除其余點。

4.?根據權利要求2所述的三維復印裝置，其特征在于：所述拼接點云步驟為，首先進行坐標姿態反算，通過已知點迭代計算坐標旋轉矩陣，直到符合精度要求；然后進行坐標變換，通過坐標旋轉矩陣將幾個測試點的點云數據統一到一個坐標系下；最后實現矩陣運算。

5.?根據權利要求1所述的三維復印裝置，其特征在于：所述三維重構采用逐點插入法構建三維Delaunay網格模型，其步驟為，首先，讀取數據預處理后的所有點云數據的三維坐標，并按X坐標的大小將數據排序，插入點的順序即按照此順序進行，先建立初始網格，并保存初始四面體信息；然后將排好序的點一次插入初始四面體網格中；等所有點都插入完畢后，刪除與初始網格有關八個點的四面體；最后，取所有的邊界三角為生成的三角形網格。

6.?根據權利要求1所述的三維復印裝置，其特征在于：所述三維模型的近似處理包括拓撲錯誤檢查、基本錯誤修復、三維模型簡化以及三維模型平滑。

7.?根據權利要求6所述的三維復印裝置，其特征在于：所述拓撲錯誤檢查是以邊為檢查的基元，逐一取出物體的每一條邊，獲得這兩個頂點各自的鄰接面的集合，找到這兩個面集合中的相片面片，如果相片面片的數目不等于2，則該邊為錯誤邊，如果該邊在這兩個面片中的順序相同，則該邊也是錯誤邊；對于錯誤邊，其所有的相鄰面片均為錯誤，同時邊的兩個頂點也為錯誤。

8.?根據權利要求6所述的三維復印裝置，其特征在于：所述基本錯誤修復的步驟如下，合并頂點、空洞修復、裂縫修復、刪除多余、重疊修復以及錯誤刷新，重復以上步驟，直至修復完畢。

9.?根據權利要求6所述的三維復印裝置，其特征在于：所述三維模型簡化包括頂點刪除法、三角形折疊法和邊折疊法，這些簡化方法的一般步驟如下：首先計算所有待刪除的元素、點或邊的權值，即刪除了該元素后給網格帶來的誤差，放入一個優先隊列中；然后開始循環進行網格基本簡化操作，在每次循環中選取隊列中權值最小的元素，執行相應的簡化操作，更新變化的網格信息，并重新計算改變了的基本元素的誤差，然后更新優先隊列；不斷重復以上的過程，直至模型規模滿足要求。

10.?根據權利要求6所述的三維復印裝置，其特征在于：所述三維模型平滑包括拉普拉斯平滑法和平均曲率平滑法。