[發明專利]一種適用于3D打印的交互式3D浮雕方法

有效

• 申請號: 202010180001.4
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111400788B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 王勝法;李佳澤;劉斌;羅鐘鉉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/12
• 分類號: G06F30/12;G06F111/20
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于計算機輔助設計、工業設計制造技術領域，提供了一種適用于3D打印的交互式3D浮雕方法。首先，載入3D模型文件與二維圖像文件；然后，將二維圖像映射到模型用戶指定的感興趣區域，形成3D浮雕；最后，使用3D打印機打印浮雕模型。本發明得到3D浮雕模型的方法適合非專業人士用來設計適用于3D打印的3D浮雕。具有簡潔性、交互性強等特點。與傳統生成浮雕方法相比，該方法具有交互性強，操作簡便等優點。

技術領域

本發明屬于計算機輔助設計、工業設計制造技術領域，涉及一種交互式3D浮雕方法，適用于一般性模型3D浮雕設計和制造。

背景技術

浮雕技術理論上可以使用精雕、ArtCAM等浮雕設計軟件設計，但是這類浮雕軟件操作復雜，需要經過訓練的專業人員才能熟練操作，因此無法普及應用，非專業人士很難熟練應用。本發明交互式3D浮雕方法具有簡潔性、交互性強等諸多優點，適合非專業人士用來設計可用于3D打印的3D浮雕。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種簡單且容易操作的交互式3D浮雕系統實現方法，形成一套完整的“設計-實現-制造”的3D浮雕框架，流程如圖1所示。首先，載入3D模型文件與二維圖像文件；然后，將二維圖像映射到模型的感興趣區域，形成3D浮雕；最后，使用3D打印機打印模型。

本發明采用的技術方案是：

一種適用于3D打印的交互式3D浮雕方法，步驟如下：

(1)選取感興趣區域

(1.1)構建切割面

第一步，用戶通過鼠標輸入選取模型上兩點；第二步，用戶通過鍵盤輸入，在上述兩點間繪制出一個箭頭，該箭頭可繞以第一步選中的兩點所在直線為旋轉軸且初始指向隨機；第三步，用戶通過鍵盤輸入，控制箭頭繞旋轉軸旋轉，箭頭中軸線與切割平面法線垂直；切割平面具體表達如下：

其中，(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₂)為第一步中選取的兩點的模型坐標，(x₃,y₃,z₃)為在箭頭上且不在旋轉軸上的任意一點模型坐標；

(1.2)構建切割路徑

以步驟(1.1)中第一步的兩點，一點作為切割起點，一點作為切割終點；第一步，遍歷以切割起點為頂點的三角面片，找到第一個需要被切割的面片；第二步，計算三角面片的被切割邊與切割平面的交點；第三步，基于半邊數據結構和上一步的被切割邊找到下一個被切割面片；第四步，重復第二步和第三步直至到切割終點結束；

交點計算步驟如下：

n·p+d＝0， (1.2)

n+(a+λ(c-a))+d＝0，

p＝a+λ(c-a)，

其中，n為切割平面的法向量，a和c為被切割邊兩端端點模型坐標向量，p為交點模型坐標向量，d和λ為系數；

(1.3)構建映射區域

第一步，依據步驟(1.1)和步驟(1.2)，按照逆時針或順時針的順序構建出感興趣區域的四條邊界，同時標記邊界上的模型頂點；第二步，通過鼠標輸入選取感興趣區域內一點后，基于廣度優先收索(BFS)算法遍歷邊界內頂點，構建出映射區域；

(2)三維浮雕構建