[发明专利]快速成型制造中基于分层邻接排序算法的STL模型快速切片方法

说明书

技术领域

本发明为涉及快速成型制造中STL模型的切片算法，具体为快速成型制造中STL模型的一种快速切片方法。

技术背景

快速原型技术根据切分三维实体模型获得的一系列平面几何信息，逐层堆积原材料制作产品原型。切片处理技术作为快速原型关键技术之一，可在两类三维CAD模型基础上实现，一类是基于STEP、IGES精确数据模型，另一类是基于STL离散数据模型。

STL文件是快速原型系统应用的标准文件类型，由三角形网格单元(以下简称三角形)顶点坐标和外法向量构成三角网格，不包含三角形拓扑结构，离散近似表现三维CAD模型。由于STL模型数据格式简单，易于交换处理，基于STL模型的切片处理已被大多数快速原型系统采用。

按照对三角形信息利用方式的不同，已有的STL模型快速切片算法主要可分为两类：

(1)基于拓扑信息的切片算法。算法提取三角形的点、边和面信息并建立其间的拓扑关系。利用拓扑信息可以迅速查找到相邻三角形，并通过对相邻三角形的追踪得到有向轮廓曲线。这种算法的优点是可直接获得首尾相连的有向封闭轮廓线，无需对交点进行重新排序。算法的局限性在于获取模型整体拓扑信息的处理时间较长，尤其对于复杂的STL模型，占用系统资源较多。

(2)基于三角形位置信息的切片算法。算法根据三角形顶点坐标沿切片方向投影的大小进行分组排序，减少三角形与切片平面位置关系的判断次数，加快分层处理速度。但耗时较长的分组排序会降低算法的运行效率，难以处理数据量较大的STL模型。

发明内容

为了克服背景技术中所述算法处理几何拓扑信息时间较长、占用系统资源较多以及分组排序切片算法中分组排序耗时较长等问题，本发明提出了基于分层邻接排序算法的STL模型切片方法，其具体技术方案如下：

算法以切片平面的法线方向为z轴正方向为例，首先，对每一个三角形，根据各点z坐标的最大值、最小值以及切片精度，反求与三角形相交的各切片平面及其索引号，计算交点；其次，将包含交点和前趋后继指针的节点依照三角形的邻接顺序插入与当前切片平面对应的交点链表中。遍历全部三角形后，形成各切片平面的交点链表，依次连接交点即为切片轮廓线。

切片平面与三角形网格相交如图1所示。相邻两三角形与切片平面的位置关系主要有三种形式：当切片平面与相邻两三角形公共边相交时，如图2(a)所示，切片时记录待插入三角形并计算交点；当两三角形的公共边在切片平面内时，如图2(b)所示，切片时不记录此三角形也不计算交点；当切片平面与两三角形公共边不相交时，如图2(c)所示，切片时记录此三角形但不计算交点。

已知两三角形公共边顶点坐标，公共边上的每一点坐标都可由空间线段参数方程(1)求得，

λ(μ)=p+μv→(0≤μ<1)---(1)]]>

其中λ为空间公共边上点的坐标，μ为参数，p为起始点坐标，为线段方向向量。为了得到公共边与切片平面的交点，需确定参数μ。由于位于切片平面上的交点z坐标已知，则将其代入参数方程(1)，求得μ，