基于冗余信息的STL模型快速切片算法北大核心

目前3D打印技术广泛采用基于STL模型的切片算法,而拓扑关系的重建与有序交点的获取则是切片效率的主要影响因素。在分析STL文件信息存储特点的基础上,提出了一种基于冗余信息的快速切片算法。首先建立与当前切平面相交的三角形集合,求出集合中各三角形与切平面的交点信息并存入临时数组,将坐标值重复的交点视为冗余信息;然后根据冗余信息确定三角形间的拓扑关系,并据此确定各交点的次序,同时将已知次序的交点信息从临时数组中删除,若数组中已不存在某交点的信息冗余,则判定有序点列已形成一个封闭的截面轮廓;再采用上述方法,得到当前切层内可能存在的其余封闭轮廓,直到临时数组为空。通过实例验证,证明该算法的可行性与稳定性。     

STL格式文件拓扑重建及快速切片算法研究

建立三角面片之间拓扑关系是提高分层切片效率的关键因素之一,提出基于标准模板库set容器的拓扑关系重建算法及快速切片算法,有效地去除了STL文件大量冗余数据,简化了数据的存储,该算法每一个三角面片在每一切平面内只求一次交点,切片完成后可直接得到封闭轮廓环,以减少在切片过程中对三角面片的遍历次数、排序次数及求交点计算量,简化了轮廓环的构造过程,从而有效地提高了算法的效率.     

机器人产品加工目标路径优化设计研究

针对在线示教产生的工具路径不能满足复杂目标路径要求这一问题,研究了基于STL模型切片算法生成机器人工具路径的优化设计问题。通过SolidWork建模软件生成加工表面的STL文件;然后生成每个切片层的三角面片分组数组;推导出分组数组中的三角面片与切平面的交点组坐标以及走向;最后利用平衡二叉树寻找每个切片层中各个有向交点组连接关系,得到满足连续的交点组集合。使用Python2.7在Anaconda2环境中进行仿真,仿真结果表明:该优化设计可以生成满足复杂目标路径精度要求的机器人工具路径。     

快速成型技术中STL模型的切片数据优化

切片处理是快速成型的重要步骤之一。文中在现有的STL模型切片算法的基础上,提出了一种分段切片算法。该算法先将STL模型沿Z方向分成若干厚度区间[Hr,Hr 1],再根据三角形的顶点在Z方向上的最大和最小坐标与实时切片区间的位置关系,建立三角形面片表。然后建立每个区间内部三角形面片之间的几何拓扑关系。该算法减少了在切片过程中的求交计算量,优化了对切片轮廓环的构造,提高了切片成型效率。     

基于有向加权图递归切片算法的研究

分析了当前STL文件分层算法，通过对STL数据模型规则的分析建立了有向加权图数据结构，该数据结构拓扑结构简单，在找到邻接三角形时同时也记录了权值信息。花费时间短、消耗内存小。运用图的深度优先遍历法，建立了递归搜索函数，分析了递归搜索的算法原理与过程，解决了在递归切片中出现的三角形“点切”问题。在OpenGL环境中实现了截面轮廓的自动生成。结果证明该算法程序具有较好的可读性和可维护性。     

基于哈希表的STL格式文件拓扑重建的算法

针对STL文件所包含的三角面片之间缺乏必要的拓扑关系,在对STL格式文件进行分析和读取时,采用了基于哈希表的拓扑重建算法。首先,以哈希表作为查找表,查找每一个三角形的顶点并将冗余顶点去除;然后,建立1个包含所有不重复顶点的点表和包含所有三角形在点表中索引值的面表,通过建立的点表和面表快速地实现拓扑结构的重建,使其后续的切片效率大大提高。     

STL模型切片数据的生成算法研究

对基于STL数据模型的分层处理技术进行了深入分析,并在研究现有算法的基础上,提出了一种新的高效分层切片算法。先对逐个面片求出所有会被切到的交点并储存在面片信息中,再对面片分组排序,利用交点相邻以及上、下层间的继承关系来提高求切片轮廓数据的效率。实际应用表明,该算法高效、稳定而且可靠。     

一种复杂曲面类增材制造零件分层截面生成算法

针对传统增材制造分层方法对复杂曲面类零件STL模型分层易造成部分层面轮廓线失真的问题,提出一种基于NURBS曲线的复杂曲面类零件分层截面轮廓生成算法。针对STL模型数据量大和分层速度慢的特点,采用了分组排序的求交算法进行分层,生成截面轮廓点云数据。以切平面与STL模型三角面片的交点作为NURBS曲线的型值点,设定型值点的权值,利用矩阵形式和切失边界条件确定了NURBS曲线的权因子,求解NURBS曲线的控制顶点,采用矩阵形式建立了各切片层的截面轮廓所对应的NURBS曲线方程,绘制了基于NURBS曲线的各层层面轮廓。采用基于NURBS曲线的复杂曲面类零件分层截面生成算法对燃气轮机中压缸动叶片和Ganesha模型进行了分层试验仿真和误差分析。进行了燃气轮机中压缸动叶片的打印试验,通过测量表明:采用本算法打印叶片的轮廓度偏差值符合要求,相比传统算法打印的叶片精度更高,从而验证了所提出的基于NURBS曲线的复杂曲面类零件分层截面生成算法的可行性和准确性。     

一种处理带有边界的非封闭STL模型的切片算法

为实现带有边界的非封闭STL模型的切片处理,提出一种针对该类模型的切片处理算法。在算法实施时,首先提取模型中三角形的点、边和面信息并建立其间的拓扑关系,并通过边界判断规则提取所有边界边;根据边界信息,对非封闭网格进行分层切片处理,获得非封闭的二维多边形;对多边形偏置处理后的可打印内外轮廓线进行路径优化,以减少空行程。实际打印测试结果表明,该算法能够准确快速地实现非封闭网格模型的切片处理,并且在实际成型过程中能有效地节省打印时间。     

基于分组的STL模型快速切片算法

通过分析现有的STL(stereolithography)模型切片算法的特点,提出了基于分组的STL模型分组切片算法。该算法根据每个三角面片在切片方向的投影值,将整个STL模型分为若干组,以减少在切片过程中对三角面片的遍历次数、排序次数以及求交计算量。同时提出了基于链表的拓扑重建算法,在建立拓扑结构的同时去除了冗余数据。组内建立拓扑结构简化了切片轮廓线的构造过程,从而有效地提高了切片算法的整体效率。通过实验仿真对比分析,证明了该算法的实用性和高效性。     

快速成型的STL模型切片轮廓优化新方法

目前的大多数快速成型系统在表达CAD模型时仍采用STL模型,因此在模型切片后截面轮廓含有大量的数据冗余点,严重影响了快速成型过程的效率和制造精度。基于此,提出了一种STL模型切片轮廓数据优化的新算法。实例表明该算法可以提高STL模型切片后截面轮廓数据处理的效率和精度,在保证加工精度的前提下,可以进一步提高成型件的加工效率与质量,进而改善其性能。     

快速成型制造中分层算法的改进

在现有STL模型切片算法的基础之上,提出了一种基于STL模型坐标分层算法,该算法在读入STL模型时,据各三角面片顶点的Z坐标对其分层,然后据三角面片内部边、顶点之间的拓扑关系在层内进行求交,生成CLI片层文件,输入快速成型机.该算法优化了数据结构,减少了切片时间,提高了切片效率.     

散乱点云的拓扑结构重建算法的研究

基于由测量点云直接生成数控加工路径的这种思想,在散乱点云拓扑结构重构过程中,将散乱点云进行等间隔区域分割,将点云进行压缩并投影至切平面,得到切平面的散乱点集,同时建立新的链表结构分区存储点云数据.由平面上点的二维坐标定位,运用基于正交投影理论双映射算法对切平面上的散乱点进行排序,分析平面点自然次序邻接排序的局限性,通过计算当前点与其邻近点的矢量分布趋势,进一步改进双映射排序算法,完成各切片上数据的拓扑重构.     

STL模型切片生成喷漆机器人轨迹的研究

提出了运用STL模型切片技术生成喷漆机器人轨迹的方法.首先估算三角形面片的顶点法向矢量,然后对STL模型进行切片处理获取切片平面上的交点,再对交点进行法向矢量的估算,最后交点沿其法向矢量偏置喷枪到工件的距离以获取喷漆机器人的喷枪运行轨迹.该方法能准确控制喷枪的运行位置、方向以及喷枪与喷涂工件表面之间的距离,提高喷涂质量和效率.     

EPS的STL模型连续热切割技术加工研究

基于STL(标准模板库)模型投影轮廓的连续切割技术对EPS(聚苯乙烯)建筑模型加工进行研究,提出了分组矩阵切片算法,并在每组中建立局部拓扑关系提高分层切片的效率,结合截面轮廓求并算法,应用于投影轮廓连续切割技术,解决了非对称曲面在加工过程中与热丝的干涉难题。开发出基于STL模型投影轮廓轨迹的自动编程系统,以此作为软件平台结合五自由度建筑初模的数控热切割加工装置的硬件设施,实现了建筑模型加工。实验结果表明,该系统能高效、准确加工出所设计的建筑模型。     

3D打印制件外轮廓线的自适应分层算法研究

针对3D打印三维模型直接转换成STL文件进行切片分层处理过程中,存在模型表面信息缺失、打印精度不高等问题,提出了面向3D打印制件外轮廓线的自适应分层算法。该算法利用Z轴方向特征曲线的方法得到打印制件外轮廓曲线,采用微元思想对模型分段处理,确定打印方向与外轮廓切线夹角的关系,运用概率统计、叠加求和等数学理论求出每一层切片的自适应分层方法。通过实例打印表明,该算法减少了转换成STL文件时的信息缺失,提高了3D打印的精度与效率。     

基于锥束CT切片图像的复杂零件三维表面重构

根据锥束CT切片图像的特点，提出了一种面向复杂零件的三维表面重构新方法：首先采用3D亚体素边缘检测算法提取序列切片图像的高精度封闭轮廓，并重构出切片轮廓的拓扑信息，然后采用一种改进的基于截面属性的轮廓分割算法得到若干组局部结构轮廓集，最后对这些轮廓集进行叠加与拼合，形成零件的整个三维表面。实验结果表明，该方法分割轮廓准确，稳定性好，对具有复杂内外结构的零件，可确保其重构结果的拓扑正确性。     

快速计算平面与高精度细分曲面交线的方法

为解决平面与高精度细分曲面求交效率低和稳定性差的问题,根据细分曲面网格拓扑结构特性,提出平面与Catmull-Clark细分曲面求交的高效方法。基于细分曲面的分片表示,将平面与复杂细分曲面模型的求交问题转化为平面与形状简单的细分曲面面片的求交问题。分析了平面与细分曲面交线的特点,将交线的交点分为起始交点、后续交点和终止交点三种基本类型。根据细分曲面面片网格拓扑结构特性,提出细分曲面面片多级分割技术。在此基础上,结合包围盒干涉检测技术,判断平面与细分曲面面片的相交性并计算起始交点。针对细分曲面面片规则的拓扑结构,计算后续交点和判定终止交点。根据细分曲面面片之间的拓扑关系,将获得的若干无序交线段排序合并为完整的有序交线。通过实例进行了算法测试,测试结果表明该算法具有较高的性能。     

基于红黑树的STL数据快速拓扑重建算法

STL文件是一种应用广泛的三角网格表示文件,其中拓扑结构的构建直接关系到后续应用的效果。本文提出的基于红黑树的STL文件快速拓扑重建算法以红黑树为基础数据结构,采用以三角片为单位的思想,将冗余点去除与拓扑结构的建立相融合,完成了对STL文件的半边拓扑结构的快速重建,同时还保证了良好的可扩展性。经实例测试,该算法可以高效、稳定的完成STL文件的拓扑重建工作。     

STL可视化过程中的若干数据处理研究

STL文件格式采用一系列三角面来表达三维实体模型,是快速成型领域描述三维实体模型的标准文件格式。通过研究STL文件格式的特点,以Visual C++6.0作为开发平台,结合OpenGL图形编程技术,成功实现STL三维模型的可视化。针对STL文件存在大量冗余数据及无几何拓扑关系等缺点,给出了相应的去冗余数据存储方法以及建立几何拓扑关系的解决方案;节省了存储空间,并为后续进行STL直接切片提供了良好的数据结构。