[发明专利]一种基于表面属性的三维模型分割方法

说明书

本发明公开了一种基于表面属性的三维模型分割方法，包括以下步骤：1)对表面预着色的三角网格模型进行四面体离散化生成四面体网格模型，并对四面体网格模型进行表面标签优化；2)根据径向基函数表面重建算法生成分割指示函数，以分割指示函数为指导将四面体网格模型分割为零件分块；3)对四面体网格模型计算表面区域的约束函数，并以表面区域的约束函数为约束条件，应用表面优化算法优化零件分块的分割界面。本发明通过输入一个表面预着色的三角网格模型，生成了具有高质量表面的三维模型分割结果，有效地提高了3D打印技术的制造能力与工艺效率。

技术领域

本发明涉及3D打印过程中的三维模型分割的技术领域，尤其是指一种基于表面属性的三维模型分割方法。

背景技术

基于表面属性的三维模型分割方法是优化3D打印过程的基本方法之一。在实践中，由于3D打印的工艺限制，当前主流的制造技术很难在单次制造过程中获得具有多种表面属性的模型。要通过3D打印获得表面各个区域具有不同的材质或颜色属性的模型实体，首先要对输入模型进行分割，将数字对象分割为具有单一表面属性的零件分块，然后通过单独打印各个零件分块后组装成原模型。三维模型分割方法的挑战在于确定一种可靠的分割方案，使其能够在各种场景下处理复杂的模型。

目前基于表面属性的三维模型分割方法分为以下两种:1)采用扫掠轨迹分割的方法，将具有单一属性的表面区域沿特定方向移动，该表面区域扫掠得到体积空间与模型内部的交集就是该表面区域的分割得到的零件分块。2)采用图分割方法，将模型内部元素看作无向图模型，通过最小距离等衡量准则对图模型进行分割。第一种方案只适用于特定的家具模型，无法推广到自由曲面模型上，应用场景有限。第二种方案实现了在各种类型的模型上的分割，但无法获得高质量的平滑表面，这对后续模型的打印材料消耗，关节安装都产生不利影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于表面属性的三维模型分割方法，突破以往工作无法生成高质量分割界面的缺点，通过径向基函数表面重建算法生成的分割指示函数和表面优化算法对三维模型进行分割和优化，生成了表面光滑平坦的零件分块，提高了三维模型分割算法得到的零件分块的表面质量，扩大了三维模型分割算法的适用范围。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于表面属性的三维模型分割方法，包括以下步骤：

1)对表面预着色的三角网格模型进行四面体离散化生成四面体网格模型，并对四面体网格模型进行表面标签优化；

2)根据径向基函数表面重建算法生成分割指示函数，以分割指示函数为指导将四面体网格模型分割为零件分块；

3)对四面体网格模型计算表面区域的约束函数，并以表面区域的约束函数为约束条件，应用表面优化算法优化零件分块的分割界面。

进一步，所述步骤1)包括以下步骤：

1.1)输入一个表面预着色的三角网格模型，表面预着色的三角网格模型是指表面被着色成不同的表面区域，且表面上每个三角面片均已定义单一的标签属性的三角网格模型，然后使用德劳内四面体化算法将表面预着色的三角网格模型转化为四面体网格模型；四面体网格模型表面的四面体被赋予表面预着色的三角网格模型相同位置上的三角面片的标签属性，而四面体网格模型内部的四面体的标签属性保持未定义；

1.2)对四面体网格模型进行表面标签优化；表面标签优化包括收集不合法四面体和分割不合法四面体两个步骤；收集不合法四面体的具体流程为对四面体网格模型中的每条四面体半边做检测，如果四面体半边的左右两个顶点分别落在两个具有不同标签属性的四面体上，那么该四面体半边标记为不合法半边并收集含有不合法半边的四面体，含有不合法半边的四面体即为不合法四面体；收集不合法四面体后，开始分割不合法四面体，对每个不合法四面体，取所有不合法四面体中的不合法半边，在不合法四面体中的不合法半边的中点处进行二分，并将二分后的得到的两个新四面体代替原来的不合法四面体；收集不合法四面体和分割不合法四面体两个步骤执行完毕后即完成了表面标签优化。