面向增材制造的三維模型分割與拼合算法的研究與應用.pdf

1、由于增材制造業(yè)的飛速發(fā)展，增材制造設備的普及率日益提高，其所用模型文件為CAD（Computer Aided Design）系統(tǒng)導出的一種特定文件，即STL（STereo Lithography）文件。目前，修改STL文件的主要途徑是退回CAD系統(tǒng)重新加工，不能直接對模型進行修改。這種方法專業(yè)性較高，使得普通用戶在面對不合適的模型時，只能放棄制造，或者事后花費大量時間進行二次加工，這就使得一種直接對增材制造模型文件修改的方法，將可能改善

2、用戶體驗，并促進增材制造的發(fā)展。因此，針對STL文件進行分析，研究和提出一種能夠直接對增材制造模型文件修整的方法就顯得尤為重要。本文的主要工作內(nèi)容和創(chuàng)新點如下：
　?。?）提出了一種可控范圍的STL模型切割方法。該方法利用本文建立的一種針對STL文件的拓撲結構，首先通過模型與切平面同步旋轉(zhuǎn)的方法，解決了任意角度平面切割。然后提出了一種基于OpenGL的坐標點拾取的方法，使得處于不同的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的模型表面點均可被自由拾取。最后，基于

3、本文提出的任意平面切割和任意角度點拾取的方法，將切割范圍與模型綁定，完成可控范圍切割。這極大地方便了用戶對模型局部修改，并可通過分割，解決模型比制造設備的操作臺大的問題。
　?。?）提出了一種基于邊界識別的拼合算法。該方法以模型初始位置為基礎，通過識別干涉區(qū)間，割裂模型拓撲結構，從而減少了無關部分的干擾，提高了算法效率。針對拼合過程中出現(xiàn)的模型相接的情況，算法通過識別拼接面邊界和法矢量，區(qū)別拼接面并進行消融和重建。針對模型融合的情

4、況，算法通過拓撲結構獲取融合部位邊界，并根據(jù)割裂的拓撲結構對處于不同邊界內(nèi)的模型做出取舍。本算法放大了增材制造一次成型的優(yōu)勢，并可將細碎零件合零為整，節(jié)省了用戶的時間。
　　基于以上創(chuàng)新點，本文設計并實現(xiàn)了一個基于OpenGL的交互平臺，可以通過該平臺實現(xiàn)算法中所涉及的坐標點拾取以及模型位置調(diào)整。實驗結果表明，本文提出的可控范圍的STL模型分割方法能夠準確的切除指定的部分，并且通過擴大范圍轉(zhuǎn)化為任意平面切割。此外，本文提出的基于邊