[发明专利]一种基于STL模型精确体素化的产品物性建模方法

说明书

本发明公开了一种基于STL模型精确体素化的产品物性建模方法，能够在保证高分辨率的情况下，获得STL模型的精确地体素化表达，且实现了分辨率与存储量之间的平衡。包括如下步骤：建立产品的光固化立体造型STL模型，对STL模型进行几何数据提取和拓扑关系重建，得到STL模型的边界表示法Brep数据。计算STL模型的包围盒大小。在STL模型的包围盒内逐层生成正方体单元，并将所生成的正方体单元与Brep数据所表示的模型进行布尔交运算，得到相应位置处的体素单元，组成体素模型。提取体素模型的Brep数据，并添加物性信息，得到精确体素化模型。采用精确体素化模型进行增材制造。

技术领域

本发明涉及产品三维建模技术领域，具体涉及一种基于STL模型精确体素化的产品物性建模方法。

背景技术

随着虚拟现实、增材制造、三维仿真、地形模拟、三维游戏等技术的发展，在产品的三维建模方面，对全物性信息建模的要求越来越明显。然而，传统的计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)系统对实体模型的表示主要基于分解表示、构造表示和边界表示三种建模方法，这些建模方法只能表示出物体的外表面信息，无法表示颜色、材料等物性信息。

为了弥补传统CAD建模方法的不足，很多研究者提出了基于模型体素化的建模方法，即将传统格式的模型如STL模型通过体素化分解成多个大小相同的正方体单元(称为体素单元)。通过添加材料颜色等信息到每一个体素单元来实现模型的物性表达。但是，这些目前已有的方法(统称为一般体素化方法)，都仅仅是对模型的近似体素化，无论是内部体素单元还是边界体素单元，都是用正方体表示，这就会造成模型精度与存储量之间的矛盾。分辨率越大，即体素数量越多，体素模型越接近于原模型，但是大大增加存储量，影响模型的操作性能；而如果降低分辨率，则会使体素模型边界处的台阶效应增加，降低了模型的精确度，对外观和模型数据处理均会造成影响。

因此如何对模型进行精确体素化从而平衡分辨率与存储量之间的矛盾是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于STL模型精确体素化的产品物性建模方法，能够在保证高分辨率的情况下，获得STL模型的精确地体素化表达，且实现了分辨率与存储量之间的平衡。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种基于STL模型精确体素化的产品物性建模方法，包括：

步骤一、建立产品的光固化立体造型STL模型，对STL模型进行几何数据提取和拓扑关系重建，得到STL模型的边界表示法Brep数据。

步骤二、计算STL模型的包围盒大小。

步骤三、在STL模型的包围盒内逐层生成正方体单元，并将所生成的正方体单元与Brep数据所表示的模型进行布尔交运算，得到相应位置处的体素单元，组成体素模型。

步骤四、提取体素模型的Brep数据，并添加物性信息，得到精确体素化模型。

步骤五、采用精确体素化模型进行增材制造。

进一步地，步骤一包括如下具体步骤：

步骤11、不重复提取STL模型中所有点的坐标，并对每个点赋予索引号，存入顶点链表。

对STL模型中的所有边，提取组成每条边的顶点，并对每条边赋予索引号，存入边链表。

对模型中的所有面，获取组成每个面的边，设定组成每个面第一条边的方向与此面的法向量符合右手定则，存入面链表。

步骤12、根据所获得的顶点链表、边链表和面链表建立面、边、顶点之间的拓扑关系，构造得到STL模型的Brep数据。

进一步地，步骤11中，不重复提取STL模型中所有点的坐标，并对每个点赋予索引号，存入顶点链表，具体包括如下步骤：