一種基于二維圖像的3D打印裝置及其三維建模方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種基于二維圖像的3D打印裝置，包括：二維圖形信息輸入界面、二維圖形信息存儲模塊、二維圖形信息處理模塊、三維模型顯示界面以及三維模型打印模塊；還公開了一種基于二維圖形的三維建模方法，首先提取待打印物品六個面的視圖，然后分別提取六個面視圖上的二維圖形信息并進行存儲，再對二維圖形信息進行配準生成三維模型，最后根據三維模型生成用于3D打印的STL文件。本發明專利技術中基于二維圖像的3D打印裝置及其三維建模方法，整個建模過程全自動完成，操作簡便、生成率高而又有一定的精度；對硬件要求較低，可跨平臺跨終端使用，資源消耗低。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及圖像處理領域，尤其涉及一種基于二維圖像的3D打印裝置及其三維建模方法。
技術介紹
目前，3D打印機技術及其相關產業均取得了突飛猛進的發展，其商業化運作也逐漸成熟。目前市場上3D打印機的建模方法主要有三種：第一種，也是最常用的建模方法，是使用專業的圖形設計軟件，采樣交互的方法進行幾何建模；第二種，是使用三維數字化掃描儀進行幾何建模；第三種，是使用一些現有的圖形庫中的基本幾何模型來創建物體形狀。傳統建模方法，因其建模過程手動完成，耗時費力、工作量大，操作復雜，需要通過專業培訓，上手難度較大，并且商業軟件過于昂貴。將建好的幾何模型轉化為STL格式時，會有許多不兼容和需要修改的地方，對電腦硬件要求較高，一般專業的三維建模軟件不能安裝于手機或者平板等移動終端上。因此，亟需設計一種成本低、效率高、兼容性好、易操作的三維建模軟件，配合3D打印設備滿足市場的需求。
技術實現思路
為了克服現有技術中存在的不足，本專利技術提供一種基于二維圖像的3D打印裝置及其三維建模方法，方便操作且成本較低。為解決上述技術問題，本專利技術中基于二維圖形的3D打印裝置，包括：二維圖形信息輸入界面，用于為用戶提供繪制窗口，獲取并顯示用戶所設置的二維圖形信息，所述二維圖形信息包括二維圖形的頂點及邊的位置參數；二維圖形信息存儲模塊，用于將二維圖形信息輸入界面所獲取到的二維圖形信息按照不同視圖分別進行存儲；二維圖形信息處理模塊，用于對二維圖形信息存儲模塊所存儲的二維信息進行信息配準，根據各視圖的位置關系構建三維模型，并將三維模型轉換成STL文件；三維模型顯示界面，用于顯示所構建的三維模型；三維模型打印模塊，用于根據STL文件打印構建好的三維模型。進一步地，所述三維模型顯示界面還用于提取用戶對三維模型的修改信息發送給二維圖形信息處理模塊；所述二維圖形信息處理模塊根據修改信息更新三維模型。相應地，本專利技術中基于二維圖形的三維建模方法，包括以下步驟：(1)依次繪制待打印物品前、后、左、右、上、下六個面的視圖的二維圖形，并分別對六個視圖的二維圖形的信息進行提取，獲取二維圖形的頂點以及邊的位置參數，將所獲取到的二維圖形信息按照不同視圖分別進行存儲；(2)根據二維圖形的頂點以及邊的位置參數進行信息配準；(3)根據各視圖的位置關系構建三維模型，并對三維模型進行渲染，基于三維模型生成STL文件。其中，步驟(1)中對于每個視圖中的二維圖形信息進行提取并保存包含以下步驟：1)獲取鼠標或者電子筆點擊屏幕的動作，或者提取輸入窗口中用戶輸入的頂點坐標作為頂點的位置參數并進行存儲；2)獲取鼠標或者電子筆點擊屏幕的動作，若鼠標位置靠近某個頂點，則該頂點被選中，鼠標或電子筆在屏幕上拖動，直到靠近另一個頂點并發生點擊動作后，該頂點也被選中，兩個頂點之間構成一條邊，存儲這條邊對應的2個頂點；若鼠標或電子筆第二次點擊沒有發生或者發生時不靠近任何頂點，則不會生成任何邊；3)驗證所有頂點連接后是否組成一個閉合的多邊形，且該多邊形至少由三條邊組成；4)將同一平面內所有頂點、頂點坐標以及邊均保存在二維信息庫的一個文件中。其中，步驟(2)中根據二維圖形的頂點以及邊的位置參數進行信息配準，包括以下步驟：1)將二維信息庫中的所有頂點保存到數據結構中，對頂點進行編號，并去除相同的頂點，同時記錄該頂點重復次數；2)將二維信息庫中的所有邊對應的兩個頂點的編號存儲到數據結構中，并去除相同的邊；3)對六個面的視圖二維信息庫配準完畢后，對所有頂點進行驗證，如果所有頂點重復出現的次數均大于等于3，則所構成三維模型封閉，否則報錯；其中，步驟(3)中對構建三維模型包含以下步驟：1)基于頂點及其連接關系依次連接各個頂點，繪制出三維模型；2)對三維模型表面進行著色或紋理貼圖；3)添加光照模型。與現有技術相比，本專利技術具有以下優勢：本專利技術中基于二維圖像的3D打印裝置可結合電腦端、平板或者手機等移動終端，使用者可通過鼠標在屏幕上繪制，也可使用電子筆直接在觸摸屏上手繪，然后對二維圖形進行自動處理和分析，從中提取出模型的三維信息及拓撲結構，生成三維模型，使用者可在此基礎上進行修改、編輯、著色等操作，然后一鍵式生成STL文件，發送到3D打印機上進行打?。槐緦＠夹g中基于二維圖像的三維建模方法將復雜的三維建模簡化，利用最容易繪制的二維圖形進行三維建模，且算法速度快，可實現實時的二維轉化三維，同時快速、便捷、無錯的將三維模型轉化成STL格式，可無需修改直接打??；整個建模過程全自動完成，操作簡便、生成率高而又有一定的精度；對硬件要求較低，可跨平臺跨終端使用，資源消耗低；使用者，特別是對二維及三維圖形建模完全沒有基礎的使用者，可直接通過在觸摸屏上手繪，便可快速、便捷的繪制出三維模型。附圖說明圖1是本專利技術中基于二維圖形的3D打印裝置的模塊示意圖；圖2是本專利技術中基于二維圖形的三維建模方法的流程圖；圖3是所繪制的待打印物品的前、后、左、右、上、下六個面的視圖，圖3(a)是前面的二維圖形，圖3(b)是后面的視圖，圖3(c)是左面的視圖，圖3(d)是右面的視圖，圖3(e)是上面的視圖，圖3(f)是下面的視圖；圖4是所存儲的圖3中前視圖的二維信息；圖5是由圖3中六個面視圖的二維圖形轉換而成的三維模型。具體實施方式下面結合實施例對本專利技術作更進一步的說明。圖1中基于二維圖形的3D打印裝置包括：二維圖形信息輸入界面、二維圖形信息存儲模塊、二維圖形信息處理模塊、三維模型顯示界面以及三維模型打印模塊；二維圖形信息輸入界面用于為用戶提供繪制窗口，獲取并顯示用戶所設置的二維圖形信息，所述二維圖形信息包括二維圖形的頂點及邊的位置參數，用戶可以采用鼠標點擊、觸摸或輸入框輸入等方式來設置二維圖形信息；二維圖形信息存儲模塊用于將二維圖形信息輸入界面所獲取到的二維圖形信息按照不同視圖分別進行存儲；二維圖形信息處理模塊用于對二維圖形信息存儲模塊所存儲的二維信息進行信息配準，根據各視圖的位置關系構建三維模型，并將三維模型轉換成STL文件發送給三維模型打印模塊；三維模型顯示界面用于顯示所構建的三維模型并提取用戶的修改信息發送給二維圖形信息處理模塊；三維模型打印模塊用于根據STL文件打印構建好的三維模型。使用上述基于二維圖形的3D打印裝置時，用戶在二維圖形信息輸入界面所提供的繪制窗口中依次完成前、后、左、右、上、下六個視圖的繪制，二維圖形信息輸入界面對六個視圖分別進行處理，先獲取鼠標點擊的動作，再結合用戶的坐標設置，生成各個頂點的世界坐標，其次，獲取各個頂點的連接關系，利用獲取的頂點及其連接關系分別生成六個視圖對應的二維圖形并進行顯示；二維圖形信息存儲模塊將各個視圖的頂點以及頂點之間的連接關系進行存儲；二維圖形信息處理模塊在三維場景中，利用二維圖形中獲取的點的世界坐標依次生成三維中的各個頂點，合并坐標相同的頂點，然后基于各頂點的連接關系生成邊，合并相同頂點之間的邊，再通過OpenGL進行渲染，生成三維模型；三維模型顯示界面顯示相應的三維模型，在該顯示界面，用戶還可在該窗口中進行編輯修改，即可以隨意拖動某個頂點或某條邊，以改變三維模型的形狀，還可以改變某個平面的顏色，三維模型顯示界面獲取用戶的修改信息并發送給二維圖形信息處理模塊；如果在二維圖形信息處理模塊配準的過程中，發現若本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于二維圖形的3D打印裝置，其特征在于，包括：二維圖形信息輸入界面，用于為用戶提供繪制窗口，獲取并顯示用戶所設置的二維圖形信息，所述二維圖形信息包括二維圖形的頂點及邊的位置參數；二維圖形信息存儲模塊，用于將二維圖形信息輸入界面所獲取到的二維圖形信息按照不同視圖分別進行存儲；二維圖形信息處理模塊，用于對二維圖形信息存儲模塊所存儲的二維信息進行信息配準，根據各視圖的位置關系構建三維模型，并將三維模型轉換成STL文件；三維模型顯示界面，用于顯示所構建的三維模型；三維模型打印模塊，用于根據STL文件打印構建好的三維模型。

【技術特征摘要】
1.一種基于二維圖形的3D打印裝置，其特征在于，包括：二維圖形信息輸入界面，用于為用戶提供繪制窗口，獲取并顯示用戶所設置的二維圖形信息，所述二維圖形信息包括二維圖形的頂點及邊的位置參數；二維圖形信息存儲模塊，用于將二維圖形信息輸入界面所獲取到的二維圖形信息按照不同視圖分別進行存儲；二維圖形信息處理模塊，用于對二維圖形信息存儲模塊所存儲的二維信息進行信息配準，根據各視圖的位置關系構建三維模型，并將三維模型轉換成STL文件；三維模型顯示界面，用于顯示所構建的三維模型；三維模型打印模塊，用于根據STL文件打印構建好的三維模型。2.根據權利要求1所述的基于二維圖形的3D打印裝置，其特征在于，所述三維模型顯示界面還用于提取用戶對三維模型的修改信息發送給二維圖形信息處理模塊；所述二維圖形信息處理模塊根據修改信息更新三維模型。3.一種基于二維圖形的三維建模方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）依次繪制待打印物品前、后、左、右、上、下六個面的視圖的二維圖形，并分別對六個視圖的二維圖形的信息進行提取，獲取二維圖形的頂點以及邊的位置參數，將所獲取到的二維圖形信息按照不同視圖分別進行存儲；（2）根據二維圖形的頂點以及邊的位置參數進行信息配準；（3）根據各視圖的位置關系構建三維模型，并對三維模型進行渲染，基于三維模型生成STL文件。4.根據權利要求3所述的基于二維圖形的三維建模方法，其特征在于，步驟（1）中對于每個視圖中的二維圖形信息進...

【專利技術屬性】
技術研發人員：雷碩，王薇，
申請(專利權)人：上海術理智能科技有限公司，
類型：發明
國別省市：上海;31