[發明專利]一種多信息增材制造建模方法及其建模系統

在審

• 申請號: 202210224991.6
• 申請日: 2022-03-09
• 公開（公告）號: CN114742938A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 張李超;王森林;覃林;黃江;何駿馳;楊蕾;劉主峰
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06F30/10;G06F113/10
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 汪潔麗

本發明公開了一種多信息增材制造建模方法及其系統，該方法包括：獲取元模型的原始數據；對元模型的類型進行判斷，當元模型為面片模型時，獲取解析面片模型的第一隱式函數，當元模型為水平集數據模型時，獲取解析水平集數據模型的第三隱式函數；將不同元模型中基礎數據的空間坐標點進行對齊并對不同元模型中的隱式函數進行標記；根據標記選定隱式函數并添加不同信息的場耦合因子并添加場耦合計算方法，得到多信息增材制造數字模型。通過對不同類型的元模型采取統一的隱式表達，將場耦合因子和場耦合計算方式附加在統一的元模型隱式表達上，可以方便地實現多信息描述和構建。

技術領域

本發明屬于增材制造模型構建技術領域，更具體地，涉及一種多信息增材制造建模方法及其建模系統。

背景技術

隨著增材制造(3D打印)技術的快速發展，其在航空航天、輔助醫療、交通運輸等工業生產中的應用也越來越廣。這些領域需求的零件通常具有復雜的結構，且具有多種屬性，如超輕重量、超高承載能力、極端耐熱性和高可靠性等。這些屬性的組合要求增材制造技術做到在正確的地方分配正確的材料，為特定的功能打印特定的結構。然而現有的數字模型信息量少，作為增材制造領域事實上的標準文件格式的STL文件只能表達三角面片近似擬合的幾何結構，不易擴展，難以滿足發展需求；基于XML格式的AMF和3MF文件雖然支持表達材料、顏色、結構等元屬性信息，但仍處在發展初期，目前對多維度信息的表達還不夠簡單靈活。因此如何簡單高效地表達材料、結構、工藝等多維度信息，構建滿足航天航空等領域高層次需求的增材制造數字模型是一個亟待解決的問題。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種多信息增材制造建模方法及其建模系統，其目的在于對任意元模型進行統一的隱式表達并且根據設計要求添加描述材料、結構、工藝等多維度信息的場耦合因子，最終實現多信息增材制造數字模型的構建。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種多信息增材制造建模方法，包括：

步驟S1：獲取元模型的原始數據；

步驟S2：對元模型的類型進行判斷，當元模型為面片模型時，獲取解析面片模型的第一隱式函數并與面片模型的原始數據一起保存至面片模型，當元模型為隱式模型且具有第二隱式函數時，直接保存，當元模型為水平集數據模型時，獲取解析水平集數據模型的第三隱式函數并與水平集數據模型的原始數據一起保存至水平集數據模型；

步驟S3：將不同元模型中基礎數據的空間坐標點進行對齊并對不同元模型中的隱式函數進行標記；

步驟S4：根據標記選定隱式函數并根據設計需要添加不同信息的場耦合因子以及場耦合計算方式，得到多信息增材制造數字模型，其中，所述場耦合因子用于描述對元模型中的不同區域的信息表達，在信息表達時，所述隱式函數和所添加的場耦合因子根據對應的場耦合計算方法進行耦合計算。

在其中一個實施例中，在步驟S1中，獲取的元模型為面片模型、隱式模型、水平集數據中的任意一種、兩種或三種。

在其中一個實施例中，在步驟S2中，根據四面體插值方法獲取解析水平集數據模型的第三隱式函數，包括：

根據四面體的三維空間坐標構建整個數據空間的BVH樹結構；

通過BVH樹結構的包圍盒逐層優化快速找到進行插值的四面體單元并進行四面體插值。

在其中一個實施例中，步驟S3中，當水平集數據模型和面片模型的空間坐標點不對齊時，將空間坐標點進行對齊，包括：

指定不共線的三個空間點，對應面片模型中的空間坐標點分別為(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)和(x3，y3，z3)，對應水平集數據的空間坐標點分別為(x1＇，y1＇，z1＇)、(x2＇，y2＇，z2＇)、(x3＇，y3＇，z3＇)；

建立坐標變換矩陣