[发明专利]一种面向3D打印的自然纹理合成系统及方法

说明书

本发明提供了一种面向3D打印的自然纹理合成系统及方法，接收包含待制造模型的G‑code文件，接收输入的待嵌入的纹理图案；在约束下构造参数空间，确定输入的待制造模型轮廓的网格；在参数空间内，将纹理图案映射到网格，并进行重叠区域的边界优化和像素值更新，在模型表面形成所需的纹理并且最小化分界接缝间的扭曲及失真；嵌入纹理，生成带有自然纹理的模型G‑code文件。本发明能够保持物理模型的美观性，满足了交互式的设计、空间及时间负载小的设计需求。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，涉及一种面向3D打印的自然纹理合成系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

计算机图形学中的纹理，既包括通常意义上物体表面的几何纹理，使物体表面呈现凹凸不平的纹路，同时也包括在物体的光滑表面上的颜色纹理。三维几何纹理在现实生活中非常普遍，其多变的视觉效果和触觉体验受到人们的广泛关注和喜爱。近年来基于三维表面的几何纹理得到了广泛研究，但产生细致的三维纹理需要获得足够细分的网格，这会导致大量的计算和存储开销，影响切片及路径规划的处理速度且对硬件要求较高。

随着数字制造的不断发展，3D打印精度与打印速度逐渐提高，3D打印设备与打印材料的价格逐渐降低，3D打印也被广泛应用于各个领域。随着精度的提高，也使得3D打印生成复杂的几何纹理模型成为可能。

G-code(G代码)，是最为广泛使用的数控(numericalcontrol)编程语言，有多个版本，主要在计算机辅助制造中用于控制自动机床，例如3D打印机等。G代码有时候也称为G编程语言。在典型的线成型制造方式如熔融沉积成型(FDM)打印机中，用来设置坐标系统、控制挤出机温度等。要打印高质量的对象，代码命令需要适当的参数。

近年来，在网格模型上合成三维纹理得到了广泛的研究。然而，通常情况下如果在网格模型上想要生成细致的纹理则会导致高分辨率的网格，高分辨率的网格模型不仅在存储文件时需要大量的存储空间，也需要更多的处理时间，同时因为计算切片等也变得复杂，所以也为打印制造等步骤引入了大量的计算开销。

同时，当前信息化时代需要人们与产品方法等进行良好有效的沟通，具有可视化的简洁清楚的交互界面可以对用户的使用有极强的指导作用，使得整个使用过程清晰明了，更加方便用户操作，可以显著提高系统的友好性、可使用性、高效性、可选择性以及多样性。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种面向3D打印的自然纹理合成系统及方法，本发明在G-code级别嵌入用户所需的自然纹理，同时通过交互式的控制纹理的变形并可用于3D打印数字制造。纹理失真很小，保持了物理模型的美观性，满足了交互式的设计、空间及时间负载小的设计需求。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种面向3D打印的自然纹理合成方法，包括以下步骤：

接收包含待制造模型的G-code文件，接收输入的待嵌入的纹理图案；

在约束下构造参数空间，确定输入的待制造模型轮廓的网格；

在参数空间内，将纹理图案映射到网格，并进行重叠区域的边界优化和像素值更新，在模型表面形成所需的纹理并且最小化分界接缝间的扭曲及失真；

嵌入纹理，生成带有自然纹理的模型G-code文件。

所述模型G-code文件可以直接用于3D打印，因此，后续可以包含3D打印的步骤。

作为可选择的实施方式，接收输入的待嵌入的纹理图案的具体步骤包括：

接收用户绘制的二维纹理图案，作为嵌入到模型表面的纹理图案；

或，接收用户选择的灰度图像作为嵌入到模型表面的二维纹理图案。