[00138796]基于中轴线的3D可打印形状分解技术研究

1、项目的背景和意义 3D打印技术作为一项前沿性的先进制造技术,正在快速改变我们传统的生产方式和生活方式。3D打印的最大优势就是能够最快地把创新创意作品变成现实,并快速转化成产品。作为“第三次工业革命”的前沿代表技术--3D 打印,成功地沟通了数字世界与真实世界之间的联系,将虚拟的数字智能化技术与真实的工业产品联系在一起。3D 打印是增材制造技术（Additive Manufacturing, AM）的俗称,它依据三维CAD设计数据,采用离散材料（液体、粉末、丝、片、板、块等）逐层累加制造物体的技术。 3D 打印技术促进了产品个性化定制的普及与推广,使得每个人都可以设计 3D 几何模型,成为自己产品的设计师,创客随着互联网和数字制造技术的不断发展有了一些新的变革性特征。 本项目针对添加支撑结构的方式在桌面3D打印机中对打印特定设计的物体方面的不足,拟将3D物体的几何分析技术方法用于3D物体的打印分解中。本项目的主要研究兴趣是3D打印中几何优化,即通过研究实际物体的几何约束、几何中轴线和形状规则,从物体形态、物理学中寻求支持,以满足实际需求为前提,优化物体的几何外形或者切触关系,为小型的家庭桌面3D打印机打印大规模的物体提供一种新的技术手段,为促进桌面FDM型三维打印技术在新的创客创业热潮中进一步发展,为实现直接制造、桌边制造和批量定制的新的制造方式提供新的方式。 针对三维物体的分解,本项目所提出的几何形状分解技术,建立有效的曲率计算模型,将几何体内部扫描线的几何曲率属性性质与几何体边界轮廓的曲率进行比较,并通过统计学分式进行分类,将几何体进行打印子形状分解。 本项目提出的按几何体的曲率信息对物体进行分类后,在不对打印方向和切割方向做任何假设的情况下,对几何体可打印子形状优化覆盖问题进行近似求解,以达到减少了对支撑材料的需求以及满足桌面3D打印机对大型物体打印的需求。 2、创见和创新 本项目的主要研究兴趣是3D打印中几何优化,即通过研究实际物体的几何约束和形状规则,从物体形态、物理学中寻求支持,以满足实际需求为前提,优化物体的几何外形或者切触关系,为家庭桌面3D打印机打印大规模的物体提供一个切实可行的技术方案,这往往需要理论联系实际,从交叉学科中汲取营养,又有较强的应用背景。具体为以下四方面内容的创新： 1)．计算几何形状上边界离散点的曲率。 2)．高效的几何形状分解的快速扫描算法。 3)．三维物体可打印子形状的几何分解技术。 4)．基于中轴线和闭测地线的三维模型分解。 3、取得的直接经济效益和间接效益 本课题在研究过程中,与山大大学、新加坡南洋理工大学的相关研究人员建立了紧密联系,使得课题的实验数据在研究中得到很好的采集,并对采集的数据结合本项目的算法进行处理,使得项目在模型分割方面有一定的应用。 本课题主要研究三维模型分割问题对3D 打印技术促进了产品个性化定制的普及与推广,使得每个人都可以设计 3D 几何模型,成为自己产品的设计师,创客随着互联网和数字制造技术的不断发展有了一些新的变革性特征,可用于创客们使用数字桌面工具设计新产品并制作出模型样品（“数字DIY”）,创客们通过通用设计文件标准将设计传给商业制造服务商,以任何数量规模制造所设计的产品,也可以使用桌面工具自行制造。 4、取得的成果 本项目将三维模型分割与三维模型特征的研究紧密结合,基于模板采样的三维物体曲率的快速计算。连接三维物体片元并与边界形状的曲率进行比较,来逐层分解整个物体,是物体能够在满足物理学原理的基础上实现形状的分类。探索了复杂三维物体可打印子形状的合) 结合中轴线和闭测地线的三维模型分解。 1)已完成发表学术论文3 篇, SCI论文2篇（其中1篇为CCFB类文章,1篇为CCFC类文章）,浙大一级核心期刊文章1篇,取得2项软件著作权,列表如下： [1] SCI论文：Bangquan Liu; Shuangmin Chen*; Shi-Qing Xin; Ying He; Zhen Liu; Jieyu Zhao, An optimization-driven approach for computing geodesic paths on triangle meshes, Computer-Aided Design, 2017. 90（2017）: 105~112.（SPM2017 Best Paper 1st place） [2] SCI论文：Xiangrong wang, jieyu zhao*. A Hierarchical nonparametric Markov Random Field For Image Segmentation. IET Computer Vision, 2017,11（8）:717-724。 [3] 浙大一级核心论文：陈能仑; 舒振宇; 陈双敏; 刘邦权; 赵杰煜; 辛士庆, 几何质心的定义和 计算, 计算机辅助设计与图形学学报, 2017. 29（5）: 914~920。 以上论文均已明确标注宁波市自然科学基金项目资助。 2)软件著作权： [1] 三维模型分割系统V1.0,登记号2019SR0373979 [2] 超市VIP管理系统V1.0,登记号2017SR731634 [3] 横版过关游戏软件V1.0,登记号2017SR519265