[發(fā)明專利]一種基于中軸線的三維構(gòu)筑物加固方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911018209.X
• 申請(qǐng)日: 2019-10-24
• 公開（公告）號(hào): CN110781547B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳小雕;沈傅豪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)上虞科學(xué)與工程研究院有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;B29C64/386;B33Y50/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發(fā)明公開了一種基于中軸線的三維構(gòu)筑物加固方法，屬于模型加固領(lǐng)域。本發(fā)明將二維圖形中的中軸線拓展到三維空間中，將與圖形邊緣有三個(gè)及以上切點(diǎn)的所有內(nèi)切球的球心所共同構(gòu)成的線定義為三維空間中的中軸線。通過將3D模型的中軸線作為加固框架，從而顯著增強(qiáng)三維構(gòu)筑物強(qiáng)度并降低材料使用成本。中軸線的計(jì)算則采用廣度優(yōu)先的生長策略，即中軸線必定通過凸頂點(diǎn)，并且向模型內(nèi)部延伸，并且結(jié)合類似樹狀結(jié)構(gòu)求得模型得中軸線從而加固模型。這項(xiàng)三維構(gòu)筑物加固方案將會(huì)通用于絕大部分3D多面體物體的加固，通過將中軸線作為模型的主體框架，從而獲得較好的模型強(qiáng)度，并且減少材料使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于3D模型的加固方案領(lǐng)域，具體涉及一種基于中軸線的三維構(gòu)筑物加固方法。

背景技術(shù)

一個(gè)合理的3D模型加固方案不僅可以大大加強(qiáng)3D模型結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定型，同時(shí)還可以顯著減少材料的使用。例如在3D模型打印的過程中，3D模型的穩(wěn)定性以及打印所需的材料數(shù)量，很大程度上影響了3D打印產(chǎn)品的性能以及打印3D模型的穩(wěn)定性。而在建筑領(lǐng)域中所采用的鋼筋水泥架構(gòu)，由于其極度單一的架構(gòu)方案，所帶來的結(jié)構(gòu)加固程度十分有限，同時(shí)還會(huì)消耗大量的材料，因此存在較大的缺陷。現(xiàn)實(shí)世界中存在許多由于無法良好的平衡模型結(jié)構(gòu)以及材料消耗的關(guān)系，而造成了模型結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足和材料消耗過大的問題，前者將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品穩(wěn)定性以及性能極度不穩(wěn)定，而后者則會(huì)導(dǎo)致成本大大提升。因此，一個(gè)合理可行且可以通用的3D模型加固方案便顯得尤為重要。

在目前的3D模型加固領(lǐng)域，對(duì)于簡單幾何體的3D模型已經(jīng)有了較為通用的加固方案，比如說對(duì)于長方體，較為有效的加固方案是添加四條對(duì)角線。而針對(duì)復(fù)雜的3D模型，比如說3D打印中的復(fù)雜模型以及建筑模型結(jié)構(gòu)，始終沒有較為通用有效的加固方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有三維構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足和加固材料消耗過大的缺陷，并提供一種用于三維構(gòu)筑物加固的合理通用的加固方案。

本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思是采用將3D模型的中軸線作為整體框架的加固方案并對(duì)三維構(gòu)筑物進(jìn)行加固，以提升模型的穩(wěn)定性同時(shí)降低加固材料的消耗量。

本發(fā)明提供一種基于中軸線的三維構(gòu)筑物加固方法，具體采用的技術(shù)方案如下：

獲取三維構(gòu)筑物對(duì)應(yīng)的3D模型的中軸線，并在三維構(gòu)筑物內(nèi)部沿所述中軸線的映射軌跡設(shè)置加固框架；所述中軸線為3D模型中與模型邊緣有三個(gè)及以上切點(diǎn)的所有最大內(nèi)切球的球心所共同構(gòu)成的線；所述三維構(gòu)筑物為內(nèi)部中空的多面體或者桿件框架，以便于有空間布置加固框架。

作為優(yōu)選，上述3D模型的中軸線獲取方法為：

S1：獲得3D模型中的所有頂點(diǎn)，并判斷每個(gè)頂點(diǎn)的凹凸性；

S2：對(duì)3D模型的每個(gè)凸頂點(diǎn)，以該凸頂點(diǎn)作為中軸線的一個(gè)起始點(diǎn)，作經(jīng)過該點(diǎn)的中軸線分支；作中軸線分支時(shí)，遍歷該凸頂點(diǎn)直接相連的所有面元素與邊元素的組合，以兩兩之間均不存在包含關(guān)系的三個(gè)元素為一組，檢查與三個(gè)元素均相切的球體是否為3D模型的內(nèi)切球，若為內(nèi)切球，則從起始點(diǎn)開始沿這三個(gè)元素的所有內(nèi)切球球心軌跡延伸形成該凸頂點(diǎn)的中軸線分支；

S3：當(dāng)多條中軸線分支經(jīng)過延伸后交于一點(diǎn)時(shí)，將交于一點(diǎn)的所有分支合并成一個(gè)新分支，并將這一交點(diǎn)作為中軸線新分支的起始頂點(diǎn)繼續(xù)延伸；且每條新分支繼續(xù)延伸時(shí)，首先將交于該新分支起始頂點(diǎn)的所有分支都共有的相切元素去除，以剩下的所有分支的相切元素作為新分支的相切元素，沿著這些相切元素的所有內(nèi)切球球心軌跡延伸生成中軸線新分支；

S4：對(duì)于中軸線分支產(chǎn)生的交點(diǎn)，不斷重復(fù)步驟S3的操作，直到所有的中軸線分支都已經(jīng)連結(jié)在一起，則以3D模型內(nèi)部的所有連續(xù)的中軸線分支共同作為該3D模型的中軸線。

作為優(yōu)選，上述的步驟S1中，每個(gè)頂點(diǎn)的凹凸性判斷方法為：