[发明专利]一种针对带有边界的非封闭STL模型的切片处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机集成制造领域，具体涉及一种针对带有边界的非封闭STL模型的切片处理方法。

背景技术

3D打印技术是一项具有前沿性、先导性的新兴技术，特别适用于小批量、个性化、结构复杂，原材料昂贵的生产制造。随着3D打印技术的发展，传统的生产方式和生产工艺将发生深刻的变革，设计、建筑、航天、医学、教育等行业也将受到深远的影响。《经济学人》杂志2012年将3D打印技术称为“第三次工业革命的重要标志”，认为其是推动新一轮工业革命的重要契机，已经引起全世界的广泛关注。

熔融沉积型(Fused Deposition Modeling)三维打印技术是3D打印技术的一种，采用离散/堆积原理，在计算机的控制下把三维模型直接制造成三维实体。基本原理是加热喷头在计算机的控制下，将热塑性聚合物材料加热熔化, 使其在熔融状态下从喷嘴挤出,靠高温挤出丝材的自粘结性逐层堆积成形。其中，计算机处理的任务是：切片处理与指令传送。切片处理是将STL网格模型分层求交，以得到可以打印的二维轮廓，然后合理的规划打印路径。指令传送是把这系列动作传送到硬件，并提供控制其他功能的控制界面。主流的商业化3D打印客户端软件，如Slic3r、Makeware等都集成了这两大功能模块，其中最核心的是切片处理模块(切片引擎)，针对STL模型的切片算法则是切片处理的关键。

现有的切片处理算法要求输入的模型必须是封闭的三角网格，无法直接对非封闭的三角网格进行切片处理。然而在实际应用中，某些通过扫描、建模、以及编辑和修改后的模型，如布料、叶片、分割后的局部模型等都是一类带有边界的非封闭STL(STereo Lithography)模型针对输入为非封闭的STL模型，对其直接进行切片处理，生成的切片文件可实际打印，这对于推动三维打印的普及应用有重要意义。

发明内容

为了解决现有的切片处理算法限制输入的模型必须是封闭的三角网格的问 题，本发明提供一种针对带有边界的非封闭STL模型的切片处理方法，通过边界提取使得切片处理可以生成非封闭的二维多边形，并根据非封闭STL模型的成型特点对二维多边形偏置处理后的内外轮廓线作了路径优化，以提高成型效率。

本发明采取的技术方案如下：

一种针对带有边界的非封闭STL模型的切片处理方法，包括以下步骤：

步骤1、提取STL模型中三角形面片的点、边和面信息，并建立点、边和面信息间的拓扑关系；

拓扑关系的点、边和面的数据结构组成分别为：

点数据结构包括点坐标和与点邻接的面的索引值；

面数据结构包括邻接点的索引值和邻接面的索引值；

边数据结构包括边的索引值、边的邻接面索引值和两个邻接点的索引值。

步骤2、利用拓扑关系，依据边界边判断规则提取出STL模型的所有边界边；

①遍历所有的三角形面片的各条边，根据边界边的判断规则，若一条边其邻接三角面片的个数为1，即为边界边；

②将所有提取的边界边按边界边的数据结构形式重新存储起来，以便于查找和访问。

边界边判断规则为：

设三角网格曲面为M＝(v_i,v_j,…v_n)，M中的任意顶点为v_i＝(x_i,y_i,z_i)，如果三角网格曲面M中的某两个顶点所连接的边edge(v_i,v_j)为某个三角面片Δv_iv_jv_k的边，则称边edge(v_i,v_j)为Δv_iv_jv_k的邻接边。以L(v_i,v_j)表示所有包含边edge(v_i,v_j)的三角面片的集合。对于边edge(v_i,v_j)，其邻接三角面片的个数用|L(v_i,v_j)|表示。如果一条边所关联的邻接三角形的数目为1，则该边为边界边。若一条边所关联的邻接三角形的数目为2，则称之为内边。同时，边界边的2个顶点为边界点，拥有1个或两个边界点的三角形称之为边界三角形。

边界边判断规则的表达式为：