[发明专利]一种面向3D打印的过程纹理合成系统及方法

说明书

本发明提供了一种面向3D打印的过程纹理合成系统及方法，接收包含目标3D形状的G‑code文件，并从文件中提取外部轮廓；沿着打印方向和切片的轮廓方向进行参数化，将采样点分布置每个轮廓线上，进行采样点的投影，在采样点均匀分布于每条轮廓线的约束下最小化投影能量；在打印方向和切片的轮廓方向上指定纹理函数，两个方向进行叠加，形成所需的纹理；将形成纹理的轮廓转换生成用于3D打印的G‑Code文件。本发明直接在G‑code文件上进行纹理合成，无需进行网格模型处理与表示，与传统在网格模型上进行纹理嵌入的方法相比，无需进行复杂网格切片等操作，计算效率更高，准确率更高。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，涉及一种面向3D打印的过程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。

纹理是真实感图形学的重要组成部分。在现代生产中，纹理技术的使用范围越来越广，特别是在计算机制作、动画设计、三维游戏和广告设计等领域上。纹理映射是通过将已经存在的纹理图像映射到物体表面，从而实现为物体表面则增加表面细节的过程。三维几何纹理在现实生活中广泛存在并且受到人们的喜爱，这得益于其多变的视觉效果和触觉体验，几何纹理为3D形状提供了美学和触感。

在数字制造的背景下，3D打印可以产生具有复杂几何形状的模型。3D打印，又称增材制造，随着3D打印技术的迅速发展，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打印也被广泛的应用于各个领域。

G-code是一系列用于控制计算机数控(CNC)机器的机械和电子设备的命令，包括3D打印机。在典型的线成型制造方式如熔融沉积成型(FDM)打印机中，用来命令设置坐标系统，控制挤出机温度，挤压材料以形成形状等。要打印高质量的对象，命令需要适当的参数，否则会出现打印错误。研究人员将指令参数作为一个设计空间，通过操控G-code，可以实现毛发状的、波浪状的、片状和织物等结构，这是传统方法无法实现的，也比传统方法简单得多。

近年来，3D打印在复杂几何形状模型上的应用推动了在网格上进行纹理合成的研究工作，这些工作通常产生的是三维网格模型，然后将模型发送到制造过程。然而，通常情况下纹理被嵌入到形状中，由于几何纹理的细节，切片和路径规划都需要大量的存储空间和处理时间等工作负载。细致的纹理也会产生高分辨率的网格，这为生成打印文件引入了大量的计算开销。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种面向3D打印的过程纹理合成系统及方法，本发明能够在G-code级别直接嵌入几何纹理。满足了美感及触觉的纹理体验以及操作简单、存储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打印的过程纹理合成方法，包括以下步骤：

接收包含目标3D形状的G-code文件，并从文件中提取外部轮廓；

沿着打印方向和切片的轮廓方向进行参数化，将采样点分布置每个轮廓线上，进行采样点的投影，在采样点均匀分布于每条轮廓线的约束下最小化投影能量；

在打印方向和切片的轮廓方向上指定纹理函数，两个方向进行叠加，形成所需的纹理；

将形成纹理的轮廓转换生成用于3D打印的G-Code文件。

作为可选择的实施方式，接收包含目标3D形状的G-code文件的具体过程包括：

接收用户选择的带有模型的G-code文件；

接收用户选择的预设函数作为输入的纹理函数，并接收设置参数；

或，接收用户手动绘制的输入的纹理函数。

作为可选择的实施方式，沿着打印方向和切片的轮廓方向进行参数化的具体过程包括：