[發明專利]一種3D打印模型的元數據提取方法

在審

• 申請號: 202110596504.4
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113297400A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 谷建華;吳婕菲;趙天海;王云嵐;侯正雄;李超;張效源;張倩如
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F16/483
• 分類號: G06F16/483;G06F16/438
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發明涉及一種3D打印模型的元數據提取方法，屬于增材制造技術領域。在提取元數據中模型內部特征的面片排序時，使用了多進程同時工作的方式，將三角面片基于Z軸的排序任務，分派給了不同的進程，由每個進程做一個范圍內的排序，加快了工業級的大規模大尺寸文件的處理速度。對于最終建立的元數據模型，可以在不改變用戶上傳的原文件的基礎上，讓使用者不再關注上傳用戶以及原始文件本身，直接使用元數據對3D打印模型文件進行一個基礎的統一管理；可以更加便捷的獲取一些模型數據中的具體信息，為3D打印中的一些處理步驟提供了直接的數據。

技術領域

本發明屬于增材制造技術領域，具體涉及一種3D打印模型數據的元數據提取方法。

背景技術

3D打印技術又稱增材制造技術，在打印過程中使用逐層打印、層與層之間累加的方式生成三維實體模型，具體是對輸入的數字化模型文件做處理和準備工作。因此，隨著3D打印服務的發展和普及，3D打印模型數據量也開始爆炸式的增長。

3D打印模型文件其存儲所需要的空間比一般文字或圖片數據所需要的空間大得多，例如同一個模型，三維圖形大小為14.6MB，用三視圖分別表示各個面所占空間大小僅需要32KB。同時3D打印模型文件包括三維數據文件格式(STL、IGES、STEP)、二維層片文件格式(SLC、CLI、HPGL)以及新生的數據文件格式(AMF、3MF、RP)等，不同的文件格式，模型的特征、描述信息、存儲方法也有不同。以最常用的STL格式為例，同一個模型相同面的片數，存儲為二進制格式存儲需要的空間大小為：18.6Mb，存儲為ASCII碼格式大小變為97.8Mb，ASCII碼一般比二進制格式大小大了五倍，而且同樣大小的文件，二進制格式比ASCII格式，切片后所得的面片數多。3D打印模型數據所占空間大、種類多也增加了統一存儲管理的難度。

以上這些對比說明，三維模型數據大規模、多樣性、復雜性特點，同時三維模型還具有無序性這一特點。雖然文件在可視化軟件中，可以更清晰的為人們展示模型的規模、形狀，但是三維模型文件并沒有具體的空間標識。例如STL文件用三角形網格通過逼近的方式來表現3D模型，文件中只描述了三角面片的法矢量、三個頂點的XYZ坐標值和極少數的文件相關信息。在3D打印過程中數據讀取是依照空間特性讀取的，無序造成了3D打印文件處理中，需要進行集合運算查找面片，耗費了大量時間。

發明內容

要解決的技術問題

由于3D打印模型數據在設計與處理過程中具有明顯的個性化特征，不光導致了模型數據的大規模、無序性、多樣性和復雜性，而且還使三維模型數據呈現出用戶級模型數據大規模和模型數據自身的大規模，繼而會出現模型特征不明顯，管理檢索數據困難等問題。因此，為了多用戶以及多種數據類型的統一管理和存儲，應對不同模型數據的特點，在3D打印的數據讀取過程中，滿足模型數據的高效存儲、優化管理、快速讀取的需求，本發明提出了一種3D打印模型的元數據提取方法，根據模型數據的存儲結構以及數據內容特征信息，以3D打印中最常用的輸入文件格式STL為例，設計了根據3D打印模型數據的具體的元數據模型以及相應的提取方法，提高數據讀取時的加載速度，方便多用戶海量數據的統一管理，以適應未來數據不斷增長的現狀。

技術方案

一種3D打印模型的元數據提取方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：面片排序預處理

將3D打印模型文件中的所有三角面片作為基本單位，根據進程數和固定層高的打印標準，確定每個進程需要處理的面片范圍；

步驟2：進程內部劃分并排序輸出結果

執行集群多進程間數據并行化，將模型數據分配給每個進程，在不同進程中依據上下界和三角形坐標，對面片劃分并在Z軸方向按從小到大順序排序，由主進程按照進程的id順序依次合并，形成新的STL模型文件；

步驟3：提取元數據中模型內部特征