面向3D打印的简单多边形多层旋转体生成方法
发布时间：2021-03-21 15:20
3D打印是一种通过将材料逐层堆叠积累的方式构造物体的新型制造技术,带来了生产方式和制造工艺上的变革。相对于传统的减材制造,这种材料自下而上累加的制造工艺有力的推动了数字化3D技术的研究与发展。3D打印技术在制造复杂产品和定制化产品方面较传统制造工艺有天然的优势,在医疗、教育、娱乐、时尚等领域有广泛的应用。一般来说我们建模的方式有两种:借助计算机辅助设计工具直接建模,通过扫描和重建的方法获得模型。由于这两种方法建模的代价很高,所以人们往往更加倾向于利用旋转,拼接等轻量级的建模方式。这些轻量级的方法不仅有着较小的建模代价,还有着广泛的应用场景。对于任意多边形,使用传统的偏移或缩放的方法生成的多层旋转体存在着一些局限性。本文受到可旋转的风铃结构的启发,提出一种生成任意简单多边形的多层旋转体的方法。对于给定的简单多边形,首先计算其内部轮廓,并使用分层在绕轴旋转时产生的扫掠面多边形来判断碰撞,扫掠面多边形为原多边形与其关于轴对称的多边形的并集。方法使用多边形轮廓上的点组成决定对称轴的点对,并预先对点对进行筛选来简化计算,然后找到使得多边形对应的扫掠面多边形最小的对称轴。第二步优化分层的位置,目标...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：45 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１多层风铃工艺品??现有的分层方法没有考虑到物体分层在进行旋转时，层与层之间的碰撞和??
?山东大学硕士学位论文???此外，３Ｄ打印的发展也为具有动态性质的模型的制造提供了极大的便利。??２以〇［６］在２０１６年提出一种方法，通过改变不倒翁玩具的质心与玩具整体形状之??间微妙的平衡来使任意的模型可以像不倒翁一样摆动。如图２－１所示，对于任??意雕塑模型，通过添加一个半球使其成为一个不倒翁玩具。不倒翁玩具都具有??相似的底部，该底部是一个空心的半球。然而，要使任意模型像不倒翁一样摆??动并非易事，需要通过调整质量分布来改变模型整体的质心从而维持不倒翁玩??具的平衡性。作者提出了一种计算机辅助方法，以帮助用户设计个性化的不倒??翁玩具，并通过３Ｄ打印制作该玩具。??．＾??图２－１不倒翁玩具［６１??Ｚｈｕ［８］参数化组合各种组件，利用３Ｄ打印生成能够产生指定运动的玩具。３Ｄ??打印不仅改变了工艺品和玩具的制造方式，也改变了传统的饰品的制作模式，??给不熟悉机械的人设计和制造自己的机械玩具提供了机会。文章提出了一种利??用机械玩具的特征运动来组合机械玩具的新方法。根据用户指定的动作要求，??方法从预先生成的部件库中选取并组装合适的部件，使得最终生成的机械模型??能够完成用户要求，如图２－２所示。算法会自动生成一个机械装置，它位于产??生指定运动的机械部件下方的一个方框中。装配所用到的部件可以从参数化的??集合中选择，包括带滑轮、齿轮、曲柄滑块和各种凸轮（螺线、椭圆和双椭圆）。??方法对这些部件的位置和参数进行优化，以生成特定的运动，同时在驱动轴上??自动生成分布良好的部件布局。??６??
?山东大学硕士学位论文???ｌ??？ｉｆａ｜Ｌ??＂＂＾＂＂＾２．．：—．．；ｉ：：ｉｔ?二：：＇ｓ：．．．．．．■＇■．■．??图２－２组合玩具？??２．?２几何结构优化??相对于传统的大规模批量化生产玩具，人们开始将３Ｄ打印技术运用在生产??定制玩具上。此前，己经有很多工作通过改变和优化几何结构来使得３Ｄ打印的??工艺品或者玩具满足一些性质。Ｒｏｍａｉｎ?［５］在２０１３年提出一种方法，ｋ过交互??的方式变形给定模型来辅助用户制造能够保持平衡的物体。他们将模型的平衡??性转化为最小化能量参数来计算，通过修改对象的体积分布来改善稳定性，同??时保对象的表面细节，最后利用３Ｄ打印技术制造出具有动态张力的物体。方法??通过在物体内部添加空隙来改变物体整体的质量分布。在改变物体内部质量分??布的同时，最大程度保留模型原始的外观。如图２－３所示，此种的方法可以在??保持形状的同时提高物体的稳定性，最大程度的保留用户的原始设计。设计过??程中无需使用辅助工具，例如加大底座或增加支撑，来达到保持目标物体本身??的平衡性的目标。??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Manufacturable pattern collage along a boundary[J]. Minghai Chen,Fan Xu,Lin Lu. Computational Visual Media. 2019(03)
[2]3D打印启发下的模型实例化优化研究综述[J]. 胡瑞珍,黄惠. 计算机辅助设计与图形学学报. 2015(06)
本文编号：3093091
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：45 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１多层风铃工艺品??现有的分层方法没有考虑到物体分层在进行旋转时，层与层之间的碰撞和??
?山东大学硕士学位论文???此外，３Ｄ打印的发展也为具有动态性质的模型的制造提供了极大的便利。??２以〇［６］在２０１６年提出一种方法，通过改变不倒翁玩具的质心与玩具整体形状之??间微妙的平衡来使任意的模型可以像不倒翁一样摆动。如图２－１所示，对于任??意雕塑模型，通过添加一个半球使其成为一个不倒翁玩具。不倒翁玩具都具有??相似的底部，该底部是一个空心的半球。然而，要使任意模型像不倒翁一样摆??动并非易事，需要通过调整质量分布来改变模型整体的质心从而维持不倒翁玩??具的平衡性。作者提出了一种计算机辅助方法，以帮助用户设计个性化的不倒??翁玩具，并通过３Ｄ打印制作该玩具。??．＾??图２－１不倒翁玩具［６１??Ｚｈｕ［８］参数化组合各种组件，利用３Ｄ打印生成能够产生指定运动的玩具。３Ｄ??打印不仅改变了工艺品和玩具的制造方式，也改变了传统的饰品的制作模式，??给不熟悉机械的人设计和制造自己的机械玩具提供了机会。文章提出了一种利??用机械玩具的特征运动来组合机械玩具的新方法。根据用户指定的动作要求，??方法从预先生成的部件库中选取并组装合适的部件，使得最终生成的机械模型??能够完成用户要求，如图２－２所示。算法会自动生成一个机械装置，它位于产??生指定运动的机械部件下方的一个方框中。装配所用到的部件可以从参数化的??集合中选择，包括带滑轮、齿轮、曲柄滑块和各种凸轮（螺线、椭圆和双椭圆）。??方法对这些部件的位置和参数进行优化，以生成特定的运动，同时在驱动轴上??自动生成分布良好的部件布局。??６??
?山东大学硕士学位论文???ｌ??？ｉｆａ｜Ｌ??＂＂＾＂＂＾２．．：—．．；ｉ：：ｉｔ?二：：＇ｓ：．．．．．．■＇■．■．??图２－２组合玩具？??２．?２几何结构优化??相对于传统的大规模批量化生产玩具，人们开始将３Ｄ打印技术运用在生产??定制玩具上。此前，己经有很多工作通过改变和优化几何结构来使得３Ｄ打印的??工艺品或者玩具满足一些性质。Ｒｏｍａｉｎ?［５］在２０１３年提出一种方法，ｋ过交互??的方式变形给定模型来辅助用户制造能够保持平衡的物体。他们将模型的平衡??性转化为最小化能量参数来计算，通过修改对象的体积分布来改善稳定性，同??时保对象的表面细节，最后利用３Ｄ打印技术制造出具有动态张力的物体。方法??通过在物体内部添加空隙来改变物体整体的质量分布。在改变物体内部质量分??布的同时，最大程度保留模型原始的外观。如图２－３所示，此种的方法可以在??保持形状的同时提高物体的稳定性，最大程度的保留用户的原始设计。设计过??程中无需使用辅助工具，例如加大底座或增加支撑，来达到保持目标物体本身??的平衡性的目标。??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Manufacturable pattern collage along a boundary[J]. Minghai Chen,Fan Xu,Lin Lu. Computational Visual Media. 2019(03)
[2]3D打印启发下的模型实例化优化研究综述[J]. 胡瑞珍,黄惠. 计算机辅助设计与图形学学报. 2015(06)
本文编号：3093091
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