[發明專利]一種面向3D打印的雙類形狀密鋪方法及系統

在審

• 申請號: 201911022831.8
• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN110757806A
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 呂琳;劉曉康;閆鑫;屠長河
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B29C64/386
• 分類號: B29C64/386;B29C64/393;G06T17/20;G06T15/04;B33Y50/00;B33Y50/02
• 代理公司: 37221 濟南圣達知識產權代理有限公司
• 代理人: 李琳

本公開提供了一種面向3D打印的雙類形狀密鋪方法及系統，接收輸入的至少兩類圖案和自定義三維模型，選定其中一類圖案作為S₁并計算候選的密鋪多邊形，根據不同的密鋪規律對其進行排列；根據不同的排列情況提取不同的中間圖案M，并根據中間圖案M與另一輸入圖案S₂之間的對應關系同時對它們進行變形，得到最終的兩類密鋪圖案；將密鋪圖案作為紋理映射到模型網格上，通過布爾運算和網格重劃分計算得到鏤空的網格模型，以進行3D打印。

技術領域

本公開屬于3D打印技術領域，具體涉及一種面向3D打印的雙類形狀密鋪方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

鏤空，是一種特殊的藝術特征表現形式，因其具有的通透性和層次感而受到人們喜愛。帶有鏤空結構的藝術品不僅具有虛實相生，精致靈巧的藝術美感，還具有精簡結構，節約材料的制造優點。

近年來，隨著數字制造技術的日益成熟，人們越來越傾向于利用數字制造來創作造型精美，結構新穎的鏤空藝術品。這些藝術品既能被大量高效地生產，又能兼顧較高的藝術及裝飾價值。例如Zhou等人的工作可以在保持拓撲的同時沿著曲線用輸入圖案合成單一連通的裝飾圖案，還可以被用來設計制造具有精美藝術效果的家居物品。Chen等人在2016年實現了沿著物體表面合成嵌絲類結構紋理的工作。他們放寬了傳統填充問題的約束，允許填充元素之間有不影響外觀樣式的重疊。

然而，據發明人了解，目前的鏤空藝術品設計，通常只利用設計區域中的實體部分來表達圖案意義，鏤空部分只起到背景作用，沒有實際含義。能使實體與鏤空部分同時清晰地展現不同圖案輪廓的鏤空結構極為罕見。

發明內容

本公開為了解決上述問題，提出了一種面向3D打印的雙類形狀密鋪方法及系統，本公開給定一幅圖案，通過三種密鋪規律計算對應的排列方式并提取中間圖案，從圖形庫中檢索相似度最高的候選圖案，在盡量保留輪廓特征的同時對兩圖案進行變形。得到雙類形狀密鋪圖案后，通過參數化的方法將其與輸入的三維網格模型相結合，生成對應的鏤空模型。能使實體與鏤空部分同時清晰地展現不同圖案輪廓。

根據一些實施例，本公開采用如下技術方案：

一種面向3D打印的雙類形狀密鋪方法，包括以下步驟：

接收輸入的兩類圖案和自定義三維模型，選定其中一類圖案作為S₁并計算候選的密鋪多邊形，根據不同的密鋪規律對其進行排列；

根據不同的排列情況提取不同的中間圖案M，并根據中間圖案M與另一輸入圖案S₂之間的對應關系同時對它們進行變形，得到最終的兩類密鋪圖案；

將密鋪圖案作為紋理映射到模型網格上，通過布爾運算和網格重劃分計算得到鏤空的網格模型，以進行3D打印。

作為可選擇的實施方式，還包括以下步驟：將生成的模型輸入到3D打印機中，通過單一材料的3D打印機進行打印，最后輸出帶有鏤空結構的3D實物。

作為可選擇的實施方式，根據不同的密鋪規律對圖案進行排列的具體過程包括：

步驟(1-1)：對其中一圖案S₁進行重采樣，計算輪廓特征點點集，根據該點集確定密鋪交點的候選點點集；

步驟(1-2)：從密鋪交點候選點集任意選擇四個點來確定對應的密鋪多邊形，并根據不同的密鋪規律及密鋪多邊形來計算各種密鋪情況。

作為更進一步的限定，所述步驟(1-2)包括以下三類密鋪規律：