STL模型的分区域面片删除简化方法

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基于B-Rep实体模型的IGES转换为STL

第!"卷第!期#$$%年!月计算机辅助设计与图形学学报&’()*+,’-.’/0(12)3+452552647*8.’/0(12)7)+094.6:;<=!"，*;=!&>?=，#$$%收稿日期：#$$@A $B A #%；修回日期：#$$@A $%A !B =基金项目：湖北省自然科学基金创新群体项目（#$$B +C .$$!）=王刘记，男，!"D #年生，硕士研究生，主要研究方向为快速成形.+5算法=张李超，男，!"%E 年生，博士，副教授，主要研究方向为快速成形!快速制模、.+5!!.+/!*.=曾少勇，男，!"D !年生，硕士研究生，主要研究方向为.+5框架=基于!"#$%实体模型的&’()转换为)*+王刘记张李超曾少勇（华中科技大学塑性成形模拟及模具技术国家重点实验室武汉B F $$%B）（G <H $F "B "I J >K <=L ;J ，G <H$F "B "!@F =L ;J ）摘要提出一种将4726文件格式转换成61,文件格式的算法=根据4726文件内容重构几何实体信息及其拓扑关系；将几何实体的三维曲面贴合为二维平面，并将曲面上的轮廓边界转换到平面上，在二维空间中根据封闭轮廓边界裁剪曲面；根据曲面上保留的特征点及轮廓边界上的顶点信息对面进行符合61,模型一致性规则的三角剖分，生成合法的61,文件=该算法的核心是保证面与面接合处的三角化的正确性=最后介绍了该算法的转换实例=关键词4726模型；格式转换；61,模型；三角剖分；裁剪中图法分类号10F "!=%*,-./01,2-341.10546$51,2-34.&’()!-/$71.!"#$%)1647817$631)*+M >?I ,K N H K O P >?I ,K L P >;O Q ?I 6P >;R ;?I（!"#"$%$&’#()*#")*&)+,-#."/01)*2/34!/25-#"/)3#367/$88)5-69$0:3)-)4&，;5#<:)34=3/>$*./"&)+!0/$30$#369$0:3)-)4&，?5:#3B F $$%B）9:/3,-;3+?Q G>S K T P J Q T K L ;U T S >?V U ;S J K ?I 4726U K <Q V T ;61,U K <Q V K V W S Q V Q ?T Q X =C R T P Q ><I ;S K T P J ，G Q L ;?V T S N L T Q ?T K T K Q V X Q U K ?Q X K ?T P Q U K <Q >?X Y N K <X T P Q T ;W ;<;I K L ><L ;??Q L T K ;?;U Q ?T K T K Q V >L L ;S X K ?IT ;K ?U ;S J >T K ;?S Q L ;S X Q X K ?Q ?T K T K Q V ，V W S Q >X T P Q T P S Q Q 3X K J Q ?V K ;?><V N S U >L Q T ;W <>?>S W <>?Q ，>?X T S >?V U ;S JT P Q Y ;S X Q S <;;W V T ;T P Q W <>?>S W <>?Q T ;;，T P Q ?W S N ?Q Q Z Q S R V N S U >L Q >L L ;S X K ?I T ;T P Q <;;W V K ?V K X Q ，T S K >?IN <>T Q T P Q V N S U >L QG K T P S Q V Q S Z Q X W ;K ?T V ;?K T >?X T P Q W ;K ?T V ;?T P Q <;;W V N ?X Q S T P Q L ;?V K V T Q ?L R;U 61,U ;S J >T ，>?X U K ?><<R ;N T W N T T P Q <Q I ><61,U K <Q =1P Q[Q RW ;K ?T;U T P Q>S K T P J Q T K L K V T ;Q ?V N S Q T P Q T S K >?I<Q VL S Q >T Q X;?T P Q H ;K ?T;U U >L Q V L ;S S Q L T <R =+T <>V T ，>?K ?V T >?L Q ;U T S >?V U ;S J >T K ;?K V K ?T S ;X N L Q X =<$=>1,7/4726J ;X Q <；U ;S J >T T S >?V U ;S J ；61,J ;X Q <；T S K >?I N <>T Q ；W S N ?Q 初始图形交换规范（K ?K T K ><I S >W P K L VQ \L P >?I Q V WQ L K U K L >T K ;?，4726）文件是比较成熟的中间转换文件，大多数.+5!.+/系统都支持4726文件格式，其应用非常广泛=快速成形领域事实上的标准文件格式是61,（V T Q S Q ;<K T P ;I S >W P R ）［!］，研究将4726文件格式转换为61,文件的算法是非常有必要的=由于4726文件格式中定义的实体数目众多，不同的.+5系统可以用不同的方法定义同一个数据模型［#］，给4726文件格式的处理和转换带来了困难=已有的与本文研究范围相关的文献主要分为两大部分：4726文件格式的前后置处理器的研究，曲面的裁剪及F 5网格的产生=对于4726前后置处理器的研究大多数是将4726模型直接转换到本地的.+5!.+/系统中=文献［F ］是在.+45系统中设计4726前后置处理器的原理及原则；文献［B ］基于曲面模型的4726文件进行曲面邻接关系的判断和匹配=文献［F 3B ］都是将4726模型与本地数据模型的转换，不具有通用性，并且不能被快速成形系统直接使用=文献［E ］将4726模型直接切片应用在基于焊接的快速成形系统中，该方法不能满足表面质量等方面要求，仍然处在试验阶段=曲面的裁剪及F 5网格的产生=文献［@］以)Q J Q V P 的概念来处理内部孔洞的裁剪工作，首先将曲面切成较大的三角形网格，若网格内包含裁剪的范!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!围，则将该网格做更小的网格分割；然后移除与裁剪范围有交集的网格；并将网格边界及裁剪范围内的边界以三角形填满，完成曲面内部孔洞的裁剪!文献［"#$］先将裁剪边界以许多小段的直线取代，再于裁剪的范围内依据曲面的大小插入许多规则的特征点，最后依照一定的规则将边界线段及内部的特征点以三角形连接起来!文献［%］先将曲面进行棋盘状的分割，再判断每个方格与裁剪边界的关系，保留属于曲面范围内的网格，边界曲线通过的方格则进行切割三角形的操作，并移除裁剪范围内的部分，即可得到曲面裁剪的效果!文献［&’］将()*+,-+.三角网格剖分法应用到/(空间中，进行实体模型的表面网格!本文提出将基于0#1)2实体模型的3456文件转换为678格式文件的算法，利用将曲面和曲面上的轮廓转换到平面上，然后综合文献［9，%#&’］在平面上进行实施裁剪和三角剖分的思想，提高了算法的效率，并且保证了面与面的接合处不会出现缝隙!作者在国内的期刊网上未找到成功地将3456模型转换为678的实例的相关文献，而该算法能成功地将基于0#1)2的3456模型转换成678模型，生成的标准的678文件已在快速成形系统中得到应用!!"#$%和%&’文件格式说明!(!"#$%文件图&基于0#1)2模型的3456实体图3456文件格式在&%$’年首次被提出，&%$:年%月3456;)<=>?-&!’成为@A 63（@B )<>C +--+D >?-+*=D +-E +<E >-=D >D ,D )）标准，并作为公认的标准交换文件!3456文件格式在;)<=>?-/!’以前都是以表面模型的方式作为几何模型的结构，发展到;)<=>?-F !’时则加入G 64（C ?-=D <,C D >;)=?*>E H )?B )D <.）的实体模型资料结构，到&%%’年%月发表的;)<=>?-I !’将0#1)2的实体模型资料结构加入，&%%$年发展到了;)<=>?-9!’!3456规范中定义的图元实体等内容非常丰富［&&］!不同的G @(系统用3456描述相同的模型时使用的方法可能不同，所用到的3456图元也可能不同!例如，J <?!5生成的3456文件是基于0#1)2实体模型的，主要用到的图元如图&所示!根据拓扑实体可以建立几何实体间的拓扑关系，从而完整地表达数据模型!!()%&’文件678文件格式是美国/(6.=D )B 公司提出的一种G @(系统与快速成形系统之间数据交换格式!678文件最主要的特点是它的简单性，其中只存放G @(模型表面的离散三角形面片信息，并且这些三角形面片的存储顺序是无定义的，其正确性依赖于它内部隐含的拓扑关系!正确的数据模型必须满足一致性规则［&:］!678文件有二进制和文本格式:种输出格式［&/］!)几何模型重建及关键算法3456转换为678格式的核心是将3456的建模方式转变为三角形面片模型，即用符合678文件一致性规则的三角面片逼近3456模型中的曲面!)(!获取"#$%实体特征建立拓扑关系获取3456文件中记录的实体见文献［F］，根据拓扑实体的信息建立几何实体间的拓扑关系如下（括号内为实体的类型号）：实体!"#$%&（&$9）由若干个壳’($))（I &F ）组成，每个壳体不相交，’($))的数目至少为&，如果大于&，则由一个最大的壳包含其他的，被包含的壳内部是空的!’($))是由几个面*+%$（I &’）构成的封闭空间!*+%$由一个几何实体中的曲面和若干个封闭边界)!!,组成，每个)!!,都不相交!根据)!!,裁剪曲面，去除曲面上多余的点，即可获得*+%$!)!!,（I ’$）由多个边-./$（I ’F ）组成，其中-./$是由几何实体中的线段、圆弧、A K 106曲线三者之一以及顶点组成!)()生成曲面上的控制点3456文件的面实体主要有旋转面、延伸面、平面、0样条曲面和A K 106曲面，其中平面和0样条曲面是A K 106曲面的特殊情况!旋转面的参数有轴线和母线在目录部分的指针、旋转的起始角!和结束角"!母线的参数方向为0（’!1!&），旋转方向为2（!!#!"），如图:+所示!延伸面是将0样条曲线沿其所在平面的法向作拉伸形成的曲面，该面的参数有0样条曲线的指针、曲线的起始点延伸到的位置3，如图:L 所示!平面的参数是该面内矩形的F 个顶点!上述曲面上控制点的生成皆有相应的公式，不再赘述!A K 106曲面可以描述为/(空$/计算机辅助设计与图形学学报:’’"年间中任何规则或者不规则的曲面，控制点的生成见文献［!"］#图$旋转面和延伸面的产生!"#三维曲面展开成二维平面几何实体中定义的旋转面、延伸面、平面、%样条曲面和&’(%)曲面都是完整的曲面，必须根据拓扑实体中的!"#$实体在参数部分记录的曲面的指针和轮廓边界移除曲面上多余的部分，才能获得真实的曲面#若直接对*+曲面裁剪运算，则效率非常低，因此可把曲面展开，贴合到参数%和&方向的平面上，以提升效率#要把曲面展开成平面，需要把曲面上的点和轮廓边界上的点的*+坐标转换成$+坐标，曲面上的点在生成时就有参数%和&的记录，可直接获取，而轮廓边界上的点则需要计算#分类如下：!）平面上点的%，&值转换#设点’为平面上要反求%，&坐标值的点，’点在边界上的投影点到’（,，,）点的长度与边界的总长度的比值即是%，&值，如图*-所示#$）旋转面上点的%，&值转换#设点’是旋转面上要反求%，&坐标值的点，母线的方程为(（%），分别求出(（,）和’点在中心轴线上的投影’!和’$#然后求出’$在母线上的投影’*，根据’*在母线上的位置与母线长度的比例求出%值，’*’$与’$’的夹角!与总的旋转角度的比值为&值，如图*.所示#*）延伸面上点的%，&值转换#设点’是延伸面上要反求%，&坐标值的点，)（%）是要延伸的曲线%样条的方程式，’,是)（,）延伸到的点，求出’点在)（,）’,的投影’!，’点在%样条曲线上的投影’$，)（,）’!与)（,）’,的比值为&；%值的计算见文献［!"］，如图*/所示#"）%样条曲面和&’(%)曲面上的%，&值转换#详见文献［!"］#图*求平面、旋转面、延伸面上点’的%，&值图"*+曲面转换成$+平面后的网格化!"$三角剖分完整的曲面未裁剪的曲面上的点在%，&方向分布都是有规律的，易于进行三角剖分，故先用三角网格剖分曲面，再去除面上多余的特征点，调整三角剖分#该方法比先去除面上多余的点然后再进行剖分效率高#剖分方法如下：把转化生成的二维平面用矩形网格剖分，再将矩形网格用对角线分成$个三角面片#此时，应保证三角面片的法矢方向一致，存储三角面片的列表#剖分方法如图"所示#!"%多余三角面片的移除及剖分调整遍历曲面上的点，根据曲面上的边界，用射线法［!0］判断此点是否移除#判断的原则如下：移除最外围边界以外的点、内部边界以内的点以及边界上的点；然后遍历三角面片列表，根据三角面片的顶点是否移除来确定该三角面片是否多余#根据三角面片有移除标志的顶点数目，分类如下：,个#保留三角面片；!个#从列表中删除三角面片，记录另外$个顶点作为线段的端点；$个以上#从列表中删除三角面片后，将记录的线段连接成一个封闭边界，该边界与轮廓边界形成一个封闭环#三角化该封闭环［!0］1*!期王刘记等：基于%2(34实体模型的567)转换为)89记录生成的三角面片并将其加入三角面片列表，即完成该面的剖分!此步骤的示意图如图"所示!图"裁剪面上多余的点和重新剖分!"#生成$%&文件在第#!$，#!"节根据曲面上的轮廓裁剪曲面和裁剪后重新剖分的过程中，轮廓边界的顶点不能被随意删除或改变，因为每一个轮廓都至少被#个面共用，如果在其中一个面中修改了轮廓边界的顶点，就会引起面与面的接合处出现错误，这是保证面与面接合处能被正确三角剖分的关键!如图%&所示!第#!"节中记录的三角面片的信息符合’()模型的一致性规则，按照’()文件格式的要求输出即可!图%&*+!,-.转换为’()模型示例’实例运用本文算法，在/,0$#平台下用1233%!4开发了一套转换程序，用该转换程序生成的’()文件已被快速工艺规划软件直接使用!我们在#!%567289，内存#"%:;的2<=<>?0!计算机上，与相关软件进行了对@5A ’模型转换的对比分析，结果如表B 所示!表(相关软件转换)*+",-.模型对比分析软件名称精度"C C 三角面片"个时间".错误情况8>?"A 4!B D 4E %B !"无:F -,&.4!B D B E #B !G 有，面片反向本文算法4!BD $4D#!$无图%F 所示为导入的@5A ’模型&*+!,-.，该模型使用到的图元如表#所示!本文算法在精度控制在4!B E C C 时，程序截图如图%H 所示!经过对比分析可以看出：该算法保证了转换成的’()文件的正确性，效率与商业软件稍有差距，证明该算法是有效的!目前该算法的实现程序的后续版本正在开发之中!表!/01$模型)*+",-.所用图元统计图元名称图元号数目变换矩阵B #D #D 圆弧B 44#D 直线B B 4B E 有理;样条曲线B #%B D 顶点"4#B 边界段"4D B 有理;样条曲面B #E E 封闭边界"4E #4面"B 4B E 旋转面B #4B 4壳"B D B 实体B E %B4D 计算机辅助设计与图形学学报#44G年!总结与展望!"#$文件作为图形转换的中间格式已被广泛的应用，而$%&文件是目前快速成形系统中标准文件格式，将!"#$文件转换成能被快速成形软件直接使用的$%&文件的算法是非常有实用价值的’本文提出的!"#$模型转换成$%&模型的算法已经成功实现，实例证明该算法能确保面与面的接合处不会出现缝隙，所生成的$%&文件符合要求，可以直接为各种快速成形工艺规划软件使用’本文算法的重点是转换效率和模型的精度控制，生成曲面上的控制点时，可以根据曲面的性质和曲率生成合适的控制点’在满足模型精度的同时，如何尽量提高算法的效率是今后改进的方向’参考文献［(］)*+,-",./0,12，34/1567*896:5;’<55:/*5=411:,1489<>?.@A?/*81-*?4.81［B］’@*C4+A/.?.?=C480B.:/8*-，(D D E，F（F）：G H(I［F］J6*8+*/;*/2*80,16A，>.K84,J-*4/，!"#$’240/*?480L/.7 !"#$?.$%#A：.8,?..8,?/*81-*?4.8.L!"#$+/*K480?.$%#A+/*L?480+*?*［B］’9.7C:?,/148!8+:1?/=，F M M M，G(：F E(H F I 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M（489648,1,）（$568,4+,/A64-4C B，#R,/-=>*T4+P’计算机图形学几何工具算法详解［2］’周长发，译’北京：电子工业出版社，F M M W：W(W H W F M）(G(期王刘记等：基于J V@,C实体模型的!"#$转换为$%&基于B-Rep实体模型的IGES转换为STL作者：王刘记，张李超，曾少勇， Wang Liuji， Zhang Lichao， Zeng Shaoyong作者单位：华中科技大学塑性成形模拟及模具技术国家重点实验室,武汉,430074刊名：计算机辅助设计与图形学学报英文刊名：JOURNAL OF COMPUTER-AIDED DESIGN & COMPUTER GRAPHICS年，卷(期)：2007，19(1)被引用次数：2次1.Fadel Georges M.Kirschman Chuck Accuracy issues in CAD to RP translations 1996(02)2.Bhandarkar Mangesh P.Downie Blair Migrating from IGES to STEP:one to one translation of IGES drawing to STEP drafting data 20003.张辉.宋双柱.孙大松CAID系统IGES接口程序设计[期刊论文]-哈尔滨理工大学学报 2002(02)4.冉红强.郑国磊基于模型转换的IGES后处理器开发[期刊论文]-工程图学学报 2003(03)5.Zhang Yuming.Li Pengjiu.Chen Yiwei Automated system for welding-based rapid prototyping 2002(01)6.Nathan Litke.Levin Adi Trimming for subdivision surfaces 2001(05)7.Piegl Leslie A.Arnaud M Richard Tessellating trimmed NURBS surfaces 1995(01)8.Piegl Leslie A.Arnaud M Richard Algorithm and data structure for triangulating multiply 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ug逆向设计之stl文件建模造型技巧及思路

ug逆向设计之stl文件建模造型技巧及思路全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：UG逆向设计是一种利用UG软件将实物模型转化为数字模型的过程。

在这个过程中，STL文件建模是一种常用的技术手段。

STL文件是指“Stereolithography”（立体光刻）的缩写，它是一种用于制造3D 打印零件的标准文件格式。

在逆向设计中，通过将实物模型进行扫描、建模、分析等步骤，最终可以得到一个符合设计要求的数字模型。

接下来，我们将介绍一些关于UG逆向设计中STL文件建模的技巧和思路。

一、扫描实物模型在进行UG逆向设计之前，首先需要将实物模型进行扫描。

扫描可以利用3D扫描仪进行，也可以通过拍摄照片后进行后期处理。

扫描后得到的文件通常是点云数据或三维网格数据。

在使用UG软件进行建模之前，需要对扫描到的点云数据进行处理，将其转换为STL文件格式，这样才能进行后续的建模工作。

二、建立STL模型在UG软件中，建立STL模型通常需要进行以下几个步骤：1.导入STL文件：在UG软件中打开“文件”菜单，选择“导入”，然后选择扫描到的STL文件进行导入。

导入后软件会自动将STL文件转换为三维模型显示在界面上。

2.修复模型：在导入STL文件后，通常会出现一些模型不完整、缺失、过于复杂等问题。

这时需要对模型进行修复。

可以使用UG软件提供的修复工具，也可以手动修复模型。

3.模型切割：有些模型可能太大或者太复杂，需要进行切割。

UG软件提供了切割工具，可以根据需要将模型切割成较小的部分进行处理。

4.模型优化：建立STL模型之后，可能需要对模型进行优化。

例如去除多余的细节、调整模型形状等。

通过以上步骤，就可以建立一个满足设计要求的STL模型。

在建模过程中，需要不断调整和优化，直到达到最佳效果。

三、思路和技巧进行UG逆向设计时，需要注意以下几点：1.选择合适的扫描工具和软件：在进行实物模型扫描时，选择合适的扫描工具和软件非常重要。

不同的扫描工具和软件有不同的精度和适用范围，需要根据具体情况选择。

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ＳＴＬ文件是离散的三角面片信息的集合。在
２ＪａｇｉｃｎｃｌｌｇｆＭａｕａｔｒｎ，Ｎａｃａｇ３０９．ｉｎｘＴｅｈｉａＣｏｌｅｏｎｆｃｕｉｇｅｎｈｎ３０５，Ｃｈｎ）ｉａ
Ａｂｓｒｃ：ＴｈｅｓｉｉｇｔｃｎｏｏｏｒｒｉｏｔｔｎｓｄｏｔａｔｌｃｎｅｈｌｇｙｆａｐｄｐｒｏｙｐｉｇｂａｅｎＳＴＬｏｄｌｉｔｅ．ＴｈｅｒｃｓｒｔｏｏｆＳＴＬｏｅｍｅｓｓｕｄｉｄｅｏｎｔｕｃｉｎｍｄｌｔｏｌｙ，ｔｌｓｆｃｔｏｎｄｓｔｎｇｂａｅｎｇｅｍｅｒｃｌｆａｕｅ，ｔｅｇｏｏｐｏｇｈｅｃａｓｉｉａｉｎａｏｒｉｓｄｏｏｔｉａｅｔｒｈｒｕｐｉｇｎｏｒｉｇｂｓｄｏｏｅｒｃｌｃｎｔｎｕｉｙ，ｎａｄｓｔｎａｅｎｇｅｍｔｉａｏｉｔｔａｃａｔｏｆｉｔｒｅｔｏｎｐｎｔｌｃａｎｈｏｔｕｃｉｎｆｓｉｅｃｎｔｕｒａｅｄｉｃｓｅｈｅｃｌｕｌｉｎｏｎｅｓｃｉｏｉｓｂｙｓｉｅｐｌｎｅａｄｔｅｃｎｓｒｔｏｏｌｃｏｏｒｓｕｓｄ，ａｈｅｓｒｃｍｉｇａｎｎｄｔｈｏｔｏｎｄｔｕｔｒｅｅｒｈｄｉｅｔｏｎａｅｐｎｔｄｏｕｔｈｅｆｕｅｒｓａｃｒｃｉｒｏｉｅ．Ｋｅｒｓ：ｒｐｄｐｒｏｙｐｉｙｗｏｄａｉｏｔｔｎｇ；ＳＬｏｌｓｉｉｇｔｃｎｏｏＴｍｄｅ；ｌｎｅｈｌｇｙｃ

基于MATLAB的STL模型切片分层算法

基于MATLAB的STL模型切片分层算法作者：吴建吴婷陈廷豪包涵来源：《科技创新与应用》2020年第02期摘 ;要：为提高STL模型的切片效率，提出一种基于MATLAB的STL模型切片分层新算法。

首先对STL模型进行数据预处理，筛选出只与切平面相交的三角片集合，然后利用相邻三角面片边的拓扑关系依次求交，获得各层截面轮廓信息。

實验结果表明，该方法简单、有效，不仅优化了数据结构，而且提高了切片效率，具有较好的可行性和准确性。

关键词：3D打印;切片;STL模型;MATLAB中图分类号：TP391.73 ; ; ;文献标志码：A ; ; ; ; 文章编号：2095-2945（2020）02-0023-02Abstract： In order to improve the slicing efficiency of STL model， a new slicing algorithm of STL model based on MATLAB is proposed. First， the STL model is preprocessed， and the set of triangles which only intersect with the tangent plane is selected， and then the topological relationship between the edges of the adjacent triangular patches is used to obtain the profile information of each layer. The experimental results show that the method is simple and effective，not only optimizes the data structure， but also improves the slicing efficiency and has good feasibility and accuracy.Keywords： 3D printing; slicing; STL model; MATLAB引言3D打印，又称作快速成形，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式来构造物体的技术[1]。

快速成形系统中STL文件的缺陷与修复3

快速成形系统中STL文件的缺陷与修复3南京航空航天大学田宗军　李小林　黄因慧摘　要用于快速成形系统最一般的输入接口文件是工业上默认的的表面三角化数据格式文件(STL文件)。

由于STL文件格式本身以及从CAD软件到STL文件格式转换过程造成的问题,所产生的STL文件难免有少量的缺陷。

本文具体分析了STL文件格式的常见缺陷,并给出面片丢失的解决方法。

用Visual C++语言易于实现。

Abstract The most commonly used input to a rapid prototyping(RP)system is the de facto stereolithography file(STL).STL files exist some problems,due to the nature of STL files and the tessellation algorithms switched from CAD model to STL model.In this paper,STL files errors are discussed in detail.The paper also proposes a generic solution to solve the problem of missing facets.It’s easy to perform this solution with Visual C++software.关键词快速成形　STL文件　缺陷　修复1　引言快速成形技术自80年代后期诞生以来就受到广泛的重视,迅速地成为制造领域的研究热点。

随着快速成形技术应用领域的不断扩大,它已经成为先进制造技术的重要组成部分。

毫无疑问,快速成形技术的出现代表着生产工程的又一突破。

用于快速成形系统的最一般的输入接口文件是工业上默认的表面三角化数据格式文件(STL文件)。

几乎所有的快速成形系统的开发者都采纳这种数据格式。

STL模型切片输出CLI前的修补和信息提取

1.2 CLI格式文件分析 CLI文件是欧共体 BriteEruam快速原型项目
提出并完善的一种层片切口文件, 有二进制和 ASCII码两种文件格式 [ 6] 。下面一实例为 ASCII形式 CLI文件。 (//后为注释文字 , …为省略的数据 )
＄＄HEADERSTART/ /文件头开始。＄＄ASCII//ASCII文件 , 若为二进制文件则为 BINARY。＄＄UNITS/0.005 000 //数据的单位为 0.005 mm。＄＄VERSION/200 //CLI文件版本号为 2.00。＄＄LABEL/1, part1 //用来标识在一个文件中
0, 1425.0 ＄＄HATCHES/0, 18, 124.0, 3 674.0, 124.0,
5 342.0...3 490.0, 936.0, 3 490.0, 25.0 … ＄＄GEOMETRYEND //几何体结束几何体数据主要描述部分 POLYLINE的格式为 : POLYLINE/id, dir, n, plx, ply, … , pnx, pny 其中 , id是同一个文件中描述多个三维模型的
· 366·
南昌大学学报 · 工科版
2007年
DataPoint＊ Point;} //该轮廓线的指针 ;
数据节点为 :
structDataPoint{
floatX, Y;
//数据点的 x, y坐标 ;
boolHaveGap;
//断点标志 ;
DataPoint＊ Point;} //该数据点的指针 ;
STL文件格式是 CAD系统与快速成型系统之
间数据交换格式的标准 , 但该格式文件缺少面片之间的拓扑信息 , 而且可能还会有裂缝、间隙、面片重叠和法向量反转的错误。同时由于 STL文件是用许多空间三角形小平面逼近原 CAD模型 , 所以其模型精度与产生 STL时 CAD系统指定的毗邻误差有关 :当 STL模型的毗邻误差较小时 , 用来近似零件表面的三角形面片数目较多 , 当 STL模型的毗邻误差较大时 , 用来近似零件表面的三角形面片较少 , 而当 STL模型的精度较高时 , 由于分层方法的关系以及 STL文件所固有的缺陷 , 分层求交后得到的轮廓

Geomagic DesignX教程

背景：原韩国Rapidform XOR软件，2013年被3D Systems收购，拥有强大的点云处理
能力和正向建模能力，可以与其他三维软件无缝衔接，适合工业零部件的逆向建模工作。特点：
四大逆向工程软件之一；专业的参数化逆向建模软件；可以打开文件较大的扫描数据；逆向软件，速度快，效率高；易学易用常用于参与比赛。
编辑课件
3
3.3 软件界面及基本操作
左键：选择
Ctrl+左键：取消选择右键：旋转
鼠标滚轮：缩编放辑课件 Ctrl+右键：移动
4
3.4 洗车水枪案例讲解
案例将指导大家快速熟悉Geomagic Design X建模模块中如何使用强大的曲面建模工具完成自由曲面设计及更多的混合设计相关功能，逐步引导您完成洗车水枪产品的逆向建模设计。
3.4.1 工件特征分析：
(1)洗车水枪手柄； (2)洗车水枪喷头； (3)洗车水枪弹簧盖。
编辑课件
5
3.4.2 构建建模思路
(1)STL模型导入，洗车水枪坐标系建立； (2)手柄：此部分做为主体，合理地将曲面划分，利用面片创建自由曲面，将所
有曲面创建完成后合并为实体，将所建立特征镜像； (3)喷头：这处特征为回转体，构建回转轮廓创建回转体，与主体部分合并； (4)弹簧盖：简单的几何特征，绘制草图创建拉伸体； (5)将手柄、喷头、弹簧盖所有特征合成一个实体，倒角； (6)建模精度分析； (7)数据导出。
方法：点击（面片草图）按钮，选择参照平面2，进入面片草图模式，点击短粗箭头鼠标手动拉动前后位置，截取此处外轮廓圆，如图3-9所示。
编辑课件
图3-9
11
点击对话框左上角确定，然后参照截面线绘制此圆，点击工具栏中（创建圆）按钮，框选参照线得到此圆即得到圆心，如图3-10所示。

基于STL文件格式的实体分割算法研究与实现

维普资讯
第３卷第３０期
２００２年３月
华
中
科
技
大
学
学
报（自然科学版）
Ｖ０１３Ｎ０３．０
ＪＨｕｚｏｇＵｎｖｆＩ＆ａｈｎｉ０
ｈ（ａｕｅＳｉｃｄｔｎＮｔｒｃｎｅｉｏ）ｅＥｌ
（ ∈ （，２ｉ１，… ，）Ｊ（，２），Ｉ为， ∈ １，３）其Ｄ
的３个三角形面片．因而可以直接按ＳＬ实体所Ｔ描述的三角形顺序遍历所有与分割平面相交的三角形面片，由此计算交点，输出截面轮廓，然后对该轮廓进行三角形网格化，后输出满足Ｓ最ＴＬ一
角形面片顶点索引表，用它来存储各三角形面片顶点在模型顶点坐标表中的索引，由此可以删除三角形面片顶点坐标表这项操作减少了顶点坐标的存储需求，并且将三角形顶点坐标标量化（即将三角形顶点坐标转换成顶点索引Ｉ，利于Ｄ）有
目前受到工作台面积（成型腔体积）限或的
序，而可以找到各重合顶点，归并为一个点，从并再将它的坐标存人模型顶点坐标表．时建立三同
制，快速成型系统难以制造大尺寸零件．通常采用的解决方法是在ＣＤ模型设计阶段用三维造型Ａ
合并各三角形面片中的重合顶点．过对三通角形面片顶点坐标表使用快速分类算法进行排
收稿日期：０１ｊ —５２０１０
作者简介：黎步松（９６）男１７一，硕士研究生；武汉，中科技大学材料科学与工程学院（３０４华４０７）基盒项目：国家高技术研究发展计划／１ＣＭＳ项目（６ —１－２ —１）８３５１０００９

Magics修复及其相关操作

Magics修复及其相关操作
11:20:43
1
1. STL文件中的错误类型
1.1 法向错误Normal
即三角面片的旋向错误违背了取向规则。顶点的顺序与法矢应满足右手准则。产生的原因主要是生成stl文件时顶点记录顺序混乱。
错误的三角面片，法向相反，顶点为顺时针方向
2
1.2 间隙（裂缝）stitching
通过三个顶点创建一个三角面片
14
通常由于顶点不重合引起的，在magics上通常以一条黄色的线显示。
3
1.3 孔洞hole
由于三角面片的丢失而引起的“孔洞”。
4
裂缝和孔洞错误的区别
裂缝和空洞有大的共同点，都可以看作是三角面片缺失产生的。
二者的不同主要是处理方式的不同。
➢ 对于新的面片，而是移动点将其合并在一起。
7
1.6 相交和重叠
Intersect相交：两曲面连接处存在相交产生的。 Overlap重叠：两个三角形贴得非常近或完全重合。
8
2. 修复的主要操作说明
2.1 normal
法矢修复是通过对标记的反向面片翻转来实现的。
翻转一个三角形翻转标记的区域
翻转一个壳
翻转整个零件
9
2.2. stitching缝补
设置点合并的最大距离
10
2.3 Holes补洞
选择补孔的方式
搭桥补洞
平面规则自由曲面
11
标记坏的轮廓线
填补坏的轮廓线
2.4 Noise Shell干扰壳
手动删除选择的干扰壳
自动删除干扰壳
干扰壳通常由非常少的面片组成，表面积和体积为零，没有几何意义，可以删除

利用Blender进行3D打印模型的准备和优化

利用Blender进行3D打印模型的准备和优化Blender是一款功能强大的开源3D建模软件，广泛应用于游戏开发、电影特效制作等领域。

除此之外，Blender还可以用于准备和优化3D打印模型。

在进行3D打印之前，预处理和优化模型是非常重要的，可以确保打印出的模型质量更高并节省打印时间。

本文将介绍如何使用Blender进行3D打印模型的准备和优化的一些技巧。

1. 模型修复在准备模型之前，首先需要检查和修复模型中的潜在问题，例如不封闭的面、非法的无交叉边等。

在Blender中，可以通过选择模型并使用“修复模型”功能来进行修复。

该功能将自动检测并修复常见的模型问题，确保模型可以顺利进行后续操作。

2. 校准模型尺寸在进行3D打印之前，需要确保模型的尺寸准确无误。

在Blender中，可以通过选择模型并使用“缩放”功能进行调整。

为了获得准确的尺寸，建议使用实际测量的单位（例如毫米）来设置Blender的单位系统。

这样可以确保从Blender导出的模型尺寸与实际打印的尺寸一致。

3. 优化模型结构为了提高打印效果和节省打印时间，需要对模型的结构进行优化。

优化包括减少模型中不必要的面片和顶点数量，使模型更简洁，并提高打印效果。

在Blender中，可以使用“减少多边形数量”功能来减少模型中的面片数量，并通过使用“简化”功能来简化模型的结构。

此外，如果模型包含大量不可见的面片，建议删除这些面片以减少打印时间。

4. 设定打印支撑物对于一些具有悬空部分的模型，如雕塑或曲线形状的模型，可能需要添加打印支撑物，以确保打印过程的稳定性。

在Blender中，可以使用“添加支架”功能来添加支持物。

根据模型的需要，可以选择不同类型的支持物，如柱状支撑物或块状支撑物。

添加支持物时，需要确保其与模型紧密连接，并位于模型的悬空部分下方，以提供足够的支撑。

5. 导出模型在准备和优化模型之后，需要将模型导出为适用于3D打印的文件格式，如STL文件。

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快速成形（ｒａｐｉｄｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ，ＲＰ）技术是２０世
本文先将模型划分为一个个子区域，若某个子区域较
纪８０年代末期发展起来的一项采用材料精确离散／
堆积成形原理的新型制造方法，它需要由三维ＣＡＤ模型切片求出每层的截面轮廓。
《电加工与模具》２０１３年第２期
设计・研究
ＳＴＬ模型的分区域面片删除简化方法
李日华，周惠群，刘欢
（西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，陕西西安７１００７２）
摘要：基于ＳＴＬ文件中三角形面片之间的拓扑关系，将整个ＳＴＬ模型分为一个个子区域。采
个较小的子区域，需知道每个面片与哪几个面片相
面的组合，是后续数据处理的依据。如何减少数据运算量和存储量也是ＲＰ领域的研究热点之一。目
前，最普遍采用的简化策略为几何元素删除法，其他还包括顶点删除法、三角形折叠法、迭代收缩法
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
平坦，则将其用更少的三角形面片进行重新划分，以减少模型中面片的数量，通过多轮简化以达到要求。
１ＳＴＬ文件的子区域划分
１．１ＳＴＬ文件间拓扑关系和毗邻表的建立ＳＴＬ的每个三角形网格由它的３个顶点及单位法矢构成。为了在整体ＳＴＬ文件中划分出一
ｕｓｉｎｇｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｒｅ — ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎａｆｔｅｒｔｈｅｐａｔｃｈｃｕｌｌｉｎｇ．Ｍａｉｎｔａｉｎｉｎｇｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｅ
用将面片删除后重新三角划分的方法，将相对平坦的子区域用更少的三角形面片替代。在最大限度保留模型精度的同时，可减少其中的三角形面片的数量，以达到简化ＳＴＬ模型的目的。关键词：快速成形；ＳＴＬ模型；三角形面片；面片删除
等。Ｓｃｈｒｏｅｄｅｒ＿４提出的顶点删除法思想是判断每个
邻，即建立面片之间的毗邻信息。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＳＴＬｍｏｄｅｌｉｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｓｕｂｒｅｇｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｌａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅ
中图分类号：ＴＧ６６文献标识码：Ａ文章编号：１００９ —２７９Ｘ（２０ｌ３）０２ —００４２ —０５
ＴｈｅＲｅｇｉｏｎ— ｔｙｐｅＳｉｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｏｆＳＴＬＭｏｄｅｌＢａｓｅｄｏｎＰａｔｃｈＣｕｌｌｉｎｇ
ＬｉＲｉｈｕａ，ＺｈｏｕＨｕｉｑｕｎ，ＬｉｕＨｕａｎ
（ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ’ ａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ）
ｍｏｄｅｌｔｏｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｅｘｔｅｎｔ，ｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｔｈｅｔｖｉａｎｇｌｅｐａｔｃｈａｒｅｌｅｓｓｅｎｅｄ，ｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆｓｉｍｐｌｉｆｙｉｎｇｔｈｅＳＴＬｍｏｄｅ１．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒａｐｉｄｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ；ＳＴＬｍｏｄｅｌ；ｔｒｉａｎｇｌｅｐａｔｃｈ；ｐａｔｃｈｃｕｌｌｉｎｇ
由于不同的ＣＡＤ制造系统对实体的内部表达
方式各不相同，直接对原ＣＡＤ实体模型进行切片的
方法在通用性上存在着很大缺陷，因此，目前广泛采用ＳＴＬ文件在ＣＡＤ和ＲＰ系统间进行数据交换¨ 。
ｓＴＬ格式用于将三维模型近似成小三角形平
ｔｒｉａｎｇｌｅｐａｔｃｈｅｓｉｎｔｈｅＳＴＬｍｏｄｅ１．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｆｌａｔｓｕｂｒｅｇｉｏｎｉｓｒｅｐｌａｃｅｄｂｙｆｅｗｅｒｔｒｉａｎｇｌｅｐａｔｃｈｅｓ