[发明专利]非均质实体参数化模型的AMF通用文件生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速成型技术，特别涉及一种非均质NURBS体参数化模型的三维打印通用文件AMF生成的方法。

背景技术

快速成型(RP)技术诞生于20世纪80年代后期，一种采用材料堆积的方法来制造产品的高新制造技术，被称为20世纪制造业领域的一项重大成果。三维打印技术作为快速成型技术的一种，一般步骤包括产品模型设计、切片处理、完成打印。该技术在生物、航空航天、制造、建筑、科技文化等领域得到了广泛的应用。目前三维打印产品设计方法大多针对由一种材料制造而成的均质产品。而针对两种材料或两种材料以上组成的非均质产品的打印方法主要分为两种，一种是为几何模型贴纹理图、另一种是采用多喷头打印。这两种方法其实质还是构建均质产品，通过后期加工而形成的“非均质产品”。

非均质产品的建模和材料信息的连续表达是该类产品三维打印的关键技术之一。当前主流CAD软件构建的基本是B-Rep模型以及STL格式作为快速成型领域上的数据交换标准，因此非均质产品大多面向STL格式的B-Rep模型。NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines非均匀有理B样条)体参数化模型以分段的NURBS作为基函数，因为NURBS的高阶连续性，保证了存在许多有效，数值稳定的算法来产生和优化NURBS体参数模型。但当前高级CAD软件并不能直接构建并生成HNURBS(Heterogeneous Non-Uniform Rational B-spline非均质有理B样条)体参数模型的三维打印通用文件。

HNURBS与NURBS都为非均匀有理B样条，HNURBS相比较NURBS是对控制点的表达除了几何信息，添加了非均质的材料信息

支持三维打印的通用文件包括STL，OBJ，AMF。STL通用文件被广泛用于CAD系统和快速成型技术之间，通过几何逼近的方法来表达几何实体的外表面信息，但其数据结构简单，几何精度较低，同时缺失产品颜色，材质等属性。OBJ通用文件虽然支持多边形模型，同样也支持曲线，曲面，点阵属性等。例如在Maya软件里渲染或动画后的模型保存，但因为通常导入Maya的模型数据为STL格式文件，所以其往往也存储的是三角形网格，其实质和STL文件相差无几。AMF通用文件不同于STL，OBJ，允许三维软件描述任何3D打印机上要制造的任何对象的形状和组成，文件中可以包含产品颜色，材质，纹理，点阵等属性。AMF通用文件一方面在元数据，数据树，目标单元，产品几何精度等方面具有显著提高，另一方面在表面纹理，颜色，物理性质，功能材料等方面得到创新。

发明内容

本发明是针对HNURBS体参数模型的几何优良特性以及当前高级CAD软件并不能直接构建并生成HNURBS体参数模型的三维打印通用文件的问题，提出了一种非均质实体参数化模型的AMF通用文件生成方法，依据体参数化理论对HNURBS体参数模型进行等参数线网格单元细分，对细分得到的六面体网格单元进行三角网格划分以及材料信息插值计算，从而生成AMF格式文档的各项信息。最终生成可以用于三维打印输入的非均质体参数化模型的AMF通用文件。

本发明的技术方案为：一种非均质实体参数化模型的AMF通用文件生成方法，具体包括如下步骤：

1)构建材料连续可视化表达的HNURBS体参数模型,通过NURBS基函数的高阶连续性，构建材料连续表达的HNURBS体参数模型：假定HNURBS体参数模型由R个控制点形成的控制多边形予以控制，每个控制点包含一种材料信息R_δ，以白色代表软质材料，黑色代表硬质材料，根据计算机图形学中的灰度等级，通过灰度值来表示不同的材料组分，建立NURBS体参数模型实体域-(x,y,z)坐标系统和参数域-(u,v,w)正交参数化系统的一一映射关系，从控制点的材料信息可计算得到HNURBS体参数化模型上任意一点的材料信息；

2)结合几何，材料精度的考虑，采用节点向量空间细分的方法对HNURBS体参数化模型进行细分:以分段的NURBS作为基函数,对参数域沿u,v,w方向，平均细分为n,m,l等分,则构成的新的节点向量空间,根据实体域和参数域的映射关系，将HNURBS体参数模型划分为等参数线网格单元；

3)通过三角形网格来拟合等参数线网格单元：对步骤2)划分为等参数线网格单元进行三角形网格拟合，每个表面划分出两个三角形网格单元，利用三角形的三个顶点的材料信息插值计算出三角形重心点的材料信息，作为均质三角形的材料信息；