[发明专利]一种用于STL格式三维模型的表面干涉度的计算方法

说明书

本发明属于3D打印的技术领域，公开了一种用于STL格式三维模型的表面干涉度的计算方法，根据三维模型表面的三角面片之间的拓扑关系，采用深度递归搜索法将三维模型的表面分离成多个独立的连续区域，然后，利用体素映射法对每个所述连续区域中的各个三角面片分别进行重复映射关系和单次映射关系计算，从而获得整个三维模型的表面干涉度。本发明的方法快速获取的干涉度可用来快速计算表面铣削时的刀具干涉问题、表面打磨时间计算问题、表面打磨区域划分问题以及模型的拓扑结构优化问题，从而可以快速优化3D打印零件的后处理工序，提高3D打印零件的制作效率，有助于3D打印生产规模的进一步扩大。

技术领域

本发明属于3D打印的技术领域，具体涉及一种用于STL格式三维模型的表面干涉度的计算方法。

背景技术

3D打印技术是按设计好的数字模型，用各种材料，以分层叠加成形方法制造出各种最终零件产品，适用于复杂结构制造、柔性制造、快速制造等需求。STL文件格式是一种由3Dsystem公司发明的三维模型文件格式，因其格式简单、数据处理方便，在3D打印领域被广泛使用，目前大多数的计算机辅助设计软件都提供了STL文件的输入输出接口。

近年来随着3D打印技术的广泛应用，对STL文件模型本身的切片计算、拓扑优化、网格重构、内部结构优化等领域已有较多的学者进行研究，但是目前针对STL模型的区域识别和干涉度计算相关文献报道较少，国内外主要集中研究了STL模型的BOOL运算、相交计算、拓扑重构等方面。区域识别分离是指将三维模型表面根据特征连贯属性分割为几个分离的区域，每个区域从连贯属性上来看是一个整体，而干涉度是指空间上并不干涉的两个区域各自沿其法线矢量方向延伸一定长度线段会出现碰撞，也即法向碰撞，这种干涉碰撞的面积和深度即定义为干涉度。区域分割和干涉度的概念可用于很多场景，例如对零件表面打磨时打磨刀具是否可以垂直接触到被打磨区域、或者对模型表面进行曲面法向加工时刀具是否和自身干涉等，将两者结合可用来表示一个STL模型本身的干涉趋势及模型的表面复杂度，模型表面干涉度目前是一个新型概念，其研究成果也较少。

综上所述，已有多位学者针对STL模型的特征识别、拓扑优化、网格重构、区域分离、BOOL运算等方面做了大量的研究，应用在FDM、SLA、SLS、LPBF等3D打印工艺上，但是针对STL模型本身的各子区域干涉问题还未见研究成果，干涉度的结果可用来快速计算表面铣削时的刀具干涉问题、表面打磨时间计算问题、表面打磨区域划分问题以及模型的拓扑结构优化问题，这些问题对于3D打印零件的后处理工序比较重要，因此急需一种针对STL模型快速计算三维结构的干涉度的方法。

发明内容

本发明提供了一种用于STL格式三维模型的表面干涉度的计算方法，填补了现有技术中对STL格式三维模型的干涉度计算的空白，以定量表达的方式给出三维模型干涉度，以便于三维模型的设计结构优化、模型构型优化等工作。

本发明可通过以下技术方案实现：

一种用于STL格式三维模型的表面干涉度的计算方法，根据三维模型表面的三角面片之间的拓扑关系，采用深度递归搜索法将三维模型的表面分离成多个独立的连续区域，然后，利用体素映射法对每个所述连续区域中的各个三角面片分别进行重复映射关系和单次映射关系计算，从而获得整个三维模型的表面干涉度。

进一步，所述体素映射法包括以下步骤：

步骤一、对整个三维模型所在的包围框进行体素化网格划分，每个体素定义为X_ijk，每个体素内开辟内存空间O(X_ijk)用于存入与其有映射关系的连续区域编号；

步骤二、对所有连续区域的各个体素分别进行单次映射关系计算，计算出各个连续区域内所有的三角面片沿各自的法矢量V_△延伸碰撞高度H_collision范围内的映射体素，统计映射体素的数目，记为p(N)，其中，N表示连续区域内对应的三角面片；