船体三维模型切片数据处理平台设计
发布时间：2021-08-30 22:00
船体剖面数据用途广泛,目前获取精确且详细的船体剖面数据主要通过对船舶型线文件中的数据进行插值计算。为避免复杂的插值计算和人为干扰带来的数据误差,本文利用3D打印中的模型切割技术实现了不同方向和数量的船体三维模型切片方法,并将其封装成切片接口类,基于该类实现了船体三维模型切片数据处理平台。该平台能够读取不同格式的船体STL模型并进行切片操作,切片数据可即时从三维或二维窗口观察,切片数据经过算例验证符合度较高,针对原始切片数据冗余度高的问题实现了一种冗余滤除算法,经过滤后的切片数据具有精度高、数据量小的特点,所有切片数据组织清晰并可以重复利用,为后续进一步船体水动力研究工作提供了良好的数据条件。
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(15)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
平台架构Fig.1Platformsuructure
发，本文设计的船体三维模型切片数据处理平台包含4个模块，如图1所示。其中三维模型读取模块负责船体STL模型数据的读取；切片处理模块中能够对船体STL模型进行任意方向、任意数量的切片操作；数据冗余剔除模块能够对切片得到的数据进行过滤，减少冗余的数据点；数据可视化模块提供三维及二维切片数据的实时可视化功能。图1平台架构Fig.1Platformsuructure1.2平台界面船体三维模型切片数据处理平台界面如图2所示，主要包含三维显示、二维显示、切片控制3部分交互界面。图2平台交互界面Fig.2Platformuserinterface2关键技术2.1三维模型读取模块STL文件格式是一种三维模型中最通用的接口协议，本平台主要针对STL格式的模型进行处理。STL文件又称立体光造型文件，是三维实体模型经过三角化后得到的模型文件，其文件内容无序地列出了构成实体表面的所有三角形面片的信息。每个三角形由3个顶点坐标以及三角形平面的法矢量信息表示。STL文件分为ASCII和二进制2种格式，三维模型读取模块首先确定STL模型文件的格式，然后依据固定格式读取并保存模型中的三角面片数据，船体模型及三角面片如图3所示。图3KVLCC2船体STL模型Fig.3STLmodelofKVLCC22.2切片处理模块本文基于开源3D打印程序Slic3r[7]建立了一个STL模型切片接口类，利用该程序中的三角网格类ClassTriangleMesh进行二次开发，实现了不同切片方向、不同切片数量的STL模型切片方法，并采取PIMPL模式对其进行封装，封装后的动态链接库接口简洁并与平台其他模块解耦，修改接口类方法对其他模块无影响。切片模块对外设计接口包含4项内容，分别是切片
键技术2.1三维模型读取模块STL文件格式是一种三维模型中最通用的接口协议，本平台主要针对STL格式的模型进行处理。STL文件又称立体光造型文件，是三维实体模型经过三角化后得到的模型文件，其文件内容无序地列出了构成实体表面的所有三角形面片的信息。每个三角形由3个顶点坐标以及三角形平面的法矢量信息表示。STL文件分为ASCII和二进制2种格式，三维模型读取模块首先确定STL模型文件的格式，然后依据固定格式读取并保存模型中的三角面片数据，船体模型及三角面片如图3所示。图3KVLCC2船体STL模型Fig.3STLmodelofKVLCC22.2切片处理模块本文基于开源3D打印程序Slic3r[7]建立了一个STL模型切片接口类，利用该程序中的三角网格类ClassTriangleMesh进行二次开发，实现了不同切片方向、不同切片数量的STL模型切片方法，并采取PIMPL模式对其进行封装，封装后的动态链接库接口简洁并与平台其他模块解耦，修改接口类方法对其他模块无影响。切片模块对外设计接口包含4项内容，分别是切片数量、切片轴、切片轴夹角、偏移量，切片将沿着切片轴方向进行，并按照指定的轴夹角和切片数量进行切片，通过交互界面可以输入或选择相应的数值进行操作。该模块内部定义了错误切面的判断标准，实现了切面的检测功能，当切面检测为错误时，利用输入的偏移量对切片位置进行小幅度的偏移并在新切片位置上重新进行切片。切片操作具体流程如图4所示。图4切片流程图Fig.4Sliceflowchart·184·舰船科学技术第42卷
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于STL模型的船舶吃水转换功能实现[J]. 刘春雷,尹勇,孙霄峰,张秀凤,神和龙. 舰船科学技术. 2016(17)
[2]面向3D打印的三维模型处理技术研究综述[J]. 贺强,程涵,杨晓强. 制造技术与机床. 2016(06)
[3]基于三维设计数据的船舶湿面积计算[J]. 王智洲,孙霄峰,尹勇,刘春雷. 船舶工程. 2016(05)
[4]基于二维半理论的船舶水动压力预报方法研究[J]. 马山,段文洋,马卫星. 船舶力学. 2011(Z1)
[5]二维半理论和切片法的数值比较研究[J]. 马山,宋竞正,段文洋. 船舶力学. 2004(01)
[6]一种船体三维湿表面网格自动生成方法[J]. 张海彬,任慧龙,宋竞正,戴仰山. 中国造船. 2001(04)
本文编号：3373575
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(15)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
平台架构Fig.1Platformsuructure
发，本文设计的船体三维模型切片数据处理平台包含4个模块，如图1所示。其中三维模型读取模块负责船体STL模型数据的读取；切片处理模块中能够对船体STL模型进行任意方向、任意数量的切片操作；数据冗余剔除模块能够对切片得到的数据进行过滤，减少冗余的数据点；数据可视化模块提供三维及二维切片数据的实时可视化功能。图1平台架构Fig.1Platformsuructure1.2平台界面船体三维模型切片数据处理平台界面如图2所示，主要包含三维显示、二维显示、切片控制3部分交互界面。图2平台交互界面Fig.2Platformuserinterface2关键技术2.1三维模型读取模块STL文件格式是一种三维模型中最通用的接口协议，本平台主要针对STL格式的模型进行处理。STL文件又称立体光造型文件，是三维实体模型经过三角化后得到的模型文件，其文件内容无序地列出了构成实体表面的所有三角形面片的信息。每个三角形由3个顶点坐标以及三角形平面的法矢量信息表示。STL文件分为ASCII和二进制2种格式，三维模型读取模块首先确定STL模型文件的格式，然后依据固定格式读取并保存模型中的三角面片数据，船体模型及三角面片如图3所示。图3KVLCC2船体STL模型Fig.3STLmodelofKVLCC22.2切片处理模块本文基于开源3D打印程序Slic3r[7]建立了一个STL模型切片接口类，利用该程序中的三角网格类ClassTriangleMesh进行二次开发，实现了不同切片方向、不同切片数量的STL模型切片方法，并采取PIMPL模式对其进行封装，封装后的动态链接库接口简洁并与平台其他模块解耦，修改接口类方法对其他模块无影响。切片模块对外设计接口包含4项内容，分别是切片
键技术2.1三维模型读取模块STL文件格式是一种三维模型中最通用的接口协议，本平台主要针对STL格式的模型进行处理。STL文件又称立体光造型文件，是三维实体模型经过三角化后得到的模型文件，其文件内容无序地列出了构成实体表面的所有三角形面片的信息。每个三角形由3个顶点坐标以及三角形平面的法矢量信息表示。STL文件分为ASCII和二进制2种格式，三维模型读取模块首先确定STL模型文件的格式，然后依据固定格式读取并保存模型中的三角面片数据，船体模型及三角面片如图3所示。图3KVLCC2船体STL模型Fig.3STLmodelofKVLCC22.2切片处理模块本文基于开源3D打印程序Slic3r[7]建立了一个STL模型切片接口类，利用该程序中的三角网格类ClassTriangleMesh进行二次开发，实现了不同切片方向、不同切片数量的STL模型切片方法，并采取PIMPL模式对其进行封装，封装后的动态链接库接口简洁并与平台其他模块解耦，修改接口类方法对其他模块无影响。切片模块对外设计接口包含4项内容，分别是切片数量、切片轴、切片轴夹角、偏移量，切片将沿着切片轴方向进行，并按照指定的轴夹角和切片数量进行切片，通过交互界面可以输入或选择相应的数值进行操作。该模块内部定义了错误切面的判断标准，实现了切面的检测功能，当切面检测为错误时，利用输入的偏移量对切片位置进行小幅度的偏移并在新切片位置上重新进行切片。切片操作具体流程如图4所示。图4切片流程图Fig.4Sliceflowchart·184·舰船科学技术第42卷
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于STL模型的船舶吃水转换功能实现[J]. 刘春雷,尹勇,孙霄峰,张秀凤,神和龙. 舰船科学技术. 2016(17)
[2]面向3D打印的三维模型处理技术研究综述[J]. 贺强,程涵,杨晓强. 制造技术与机床. 2016(06)
[3]基于三维设计数据的船舶湿面积计算[J]. 王智洲,孙霄峰,尹勇,刘春雷. 船舶工程. 2016(05)
[4]基于二维半理论的船舶水动压力预报方法研究[J]. 马山,段文洋,马卫星. 船舶力学. 2011(Z1)
[5]二维半理论和切片法的数值比较研究[J]. 马山,宋竞正,段文洋. 船舶力学. 2004(01)
[6]一种船体三维湿表面网格自动生成方法[J]. 张海彬,任慧龙,宋竞正,戴仰山. 中国造船. 2001(04)
本文编号：3373575
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