CN102262779A - 适用于立体成型机构的切层方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种适用于立体成型机构的切层方法，该立体成型机构具有一打印模块，至少包含步骤：(a)存取一对象的一切层平面与多个网格相切所产生的多个切点信息；(b)判断一打印模块是否进行非彩色液体喷印；(c)判断结果为是时，通过该多个切点信息将每一网格与该切层平面相切时所产生的两切点进行连接，以形成一第一切层轮廓；(d)判断该第一切层轮廓是否存在不连续面，于判断结果为是时，以极坐标进行配对且选择夹角较小的连接路径，以将该第一切层轮廓连接成一封闭切层轮廓，以于该封闭切层轮廓内进行非彩色液体喷印。

Description

适用于立体成型机构的切层方法
技术领域
本发明是关于一种切层方法，尤指一种适用于立体成型机构的切层方法。
背景技术
智能型不连续切层法是应用于三维快速成型***(3DRP)的切层方法，主要目的在于大幅提升切层处理时的速度以及解决切层处理存在不连续面对象时所造成的切层轮廓连接错误的情形，使得不连续面对象经过切层处理后，也能产生正确无误的切层轮廓。
请参阅图1A，其是现有的网格排列的状态示意图，图1A是显示编号A～H共8个网格，每一网格与切层平面11相切时会产生两个切点12，且每一网格以逆时针方向来判断切点为起点切点还是终点切点，且定义产生于路径往下方向的切点设为起点切点，而产生于路径往上方向的切点设为终点切点，且由起点切点连接至终点切点，两切点所连接的线段就是网格A～H在切层平面11中代表的切层轮廓，因此所有被切层平面11切到的网格A～H的切线的集合就是对象在切层平面11下的切层轮廓(如图1B所示)。
现有的切层方法是利用拓扑关系(topology)建立出网格间的连接关系，请参阅图2并请配合图1A，其中图2是现有的三维快速成型***(3DRP)的切层流程图，如图所示，现有的切层方法是先存取网格A～H与切层平面11相切时所产生的切点信息(步骤S21)，接着，以拓扑关系判断后会建立出以下关系(步骤S22)：
A的下个网格为B，B的下个网格为C，
C的下个网格为D，D的下个网格为E，
E的下个网格为F，F的下个网格为G，
G的下个网格为H，H的下个网格为A，
最后，由A网格的切线开始进行连接，所连接的网格切线为B网格切线，而后为C，D，...，至H，而H的下一个网格为起始网格A，则轮廓仅会连到H网格的切线为止，而截至目前为止所连接到的所有切线，即可生成图1B所示的切层轮廓(步骤S23)。
然而，现有的切层方法使用拓扑关系，依赖网格间的连接关系达成切层轮廓的生成，但是输入三维快速成型***的文件中并没有规范网格的输入顺序，所以网格的排列并不会有顺序性，导致网格的切点与切线也不具备顺序性，因此在构成网格的连接关系以及轮廓连接的寻找的过程中必须花费庞大的运算量计算，造成切层速度的低落，严重影响切层软件的执行效率。
另外，现有的使用拓扑关系的切层方法于连接轮廓时是以切点间的连接而生成切层轮廓，主要依照拓扑关系寻找目前网格所连接的下一个网格，直到下一个网格为起始网格为止，期间所有网格的起点切点的连线就是切层轮廓，如此的连接方式在生成切层轮廓时隐含了一个问题，即当切点信息连接结束时，会自行将最末点连接至起始点。
请参阅图3A、图3B及图3C，其中图3A是现有的不连续面对象使用拓扑关系判断的切点连接状态，图3B是图3A实际的切层轮廓示意图，图3C是使用拓扑关系而错误生成的切层轮廓示意图，如图3A所示，其是显示一不连续面对象的切点连接状态且切点I所存在的网格并没有下一个网格，其实际的切层轮廓是如图3B所示。
然根据现有的使用拓扑关系判断的切点连接方式，其切层轮廓的连接处理主要分成三轮，第一轮由切点I开始，但是切点I所存在的网格并没有下一个网格，所以第一轮结束。第二轮由切点J开始，并依照拓扑关系陆续找到切点K，切点L，切点M，切点I，也相继的连接起来，由于切点I所存在的网格并没有下一个网格，便将终点切点I与起点切点J相连，第二轮结束。第三轮由切点N开始，并依照拓扑关系陆续找到切点O、切点J、切点K、切点L、切点M、切点I，相继的连接起来，由于切点I所存在的网格并没有下一个网格，便将终点切点I与起点切点N相连，第三轮结束，由于现有的连接方式在生成切层轮廓时，当切点信息连接结束时，会自行将最末切点连接至起始切点，因此与图3B相较，采用现有的切层方法会造成生成图3C所示的切层轮廓的错误连接，即自行将终点切点I与起点切点J相连以及将终点切点I与起点切点N相连。
现有的切层方法所使用的拓扑关系事实上是一个不完整的网格连接关系，即网格A只与网格B相连，网格B只与网格C相连，导致寻找切层轮廓线的过程中必须以一个网格接着一个网格的方式寻找，A找到B，B才会找到C，所以当出现面的不连续情形时，拓扑关系便不再适用，因为面与面之间根本无法顺利的衔接下去，使得现有的切层方法不能处理不连续面对象，由于，输入三维快速成型***的文件并没有办法保证究竟有没有不连续面，因此，现有的所采用的切层方法并不周全。
因此，如何发展一种可改善上述现有技术缺失的切层效率差以及不能处理不连续面对象切层的适用于立体成型机构的切层方法，实为目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种适用于立体成型机构的切层方法，以便解决现有的切层方法的切层效率差以及不能处理不连续面对象切层等缺点。
为达上述目的，本发明的一较广义实施态样为提供一种适用于立体成型机构的切层方法，该立体成型机构具有一打印模块，至少包含步骤：(a)存取一对象的一切层平面与多个网格相切所产生的多个切点信息；(b)判断一打印模块是否进行非彩色液体喷印；(c)判断结果为是时，通过该多个切点信息将每一网格与该切层平面相切时所产生的两切点进行连接，以形成一第一切层轮廓；(d)判断该第一切层轮廓是否存在不连续面，于判断结果为是时，以极坐标进行配对且选择夹角较小的连接路径，以将该第一切层轮廓连接成一封闭切层轮廓，以于该封闭切层轮廓内进行非彩色液体喷印。
本发明的有益技术效果是：本发明的适用于立体成型机构的切层方法通过极坐标进行配对且选择夹角较小的连接路径，可将该第一切层轮廓连接成一封闭切层轮廓，以于该封闭切层轮廓内进行非彩色液体喷印，不使用拓扑关系连接，除了可达到解决现有切层方法效率过差的问题，并可节省网格处理时的运算，执行速度可获得大量改善，另外，对于对象的非彩色切层轮廓存在不连续面时还以极坐标进行配对且选择夹角较小的连接路径的方式来进行连接，以形成封闭切层轮廓，正确进行可以正常进行对象存在不连续面时的切层处理，以确认非彩色喷印的范围。
附图说明
图1A是现有的网格排列的状态示意图。
图1B是图1A的切层轮廓示意图。
图2是现有的三维快速成型***(3DRP)的切层流程图。
图3A是现有的不连续面对象使用拓扑关系判断的切点连接状态。
图3B是图3A实际的切层轮廓示意图。
图3C是使用拓扑关系而错误生成的切层轮廓示意图。
图4A是显示一连续面对象于一切层平面下连续的切点连接示意图。
图4B是显示一不连续面对象于一切层平面下切点的连接示意图。
图5是本发明较佳实施例的适用于立体成型机构的切层方法。
图6A是具不连续面对象的结构示意图。
图6B是于图6A的一切层平面的非封闭切层轮廓示意图。
图6C是将图6B的非封闭切层轮廓连接成封闭切层轮廓的示意图。
图6D是于图6C所示的封闭切层轮廓内部喷印非彩色液体的示意图。
图7A-图7D是极坐标的极轴摆放位置示意图。
图8A～图8F是显示将非封闭切层轮廓连接为封闭切层轮廓的连接流程示意图。
图9是图8A所示的切点Q的连接路径选择示意图。
图10是图8C所示的切点T的连接路径选择示意图。
图11是图8E所示的切点V的连接路径选择示意图。
具体实施方式
体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图标在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
立体成型机构，例如：粉末式三维快速成型***(3DRP)，喷印的方式为非彩色(即对象的轮廓内部，一般使用例如透明胶进行喷印)搭配彩色(即对象的***轮廓，一般使用例如彩色胶进行喷印)喷印，立体成型机构的打印模块(未图标)喷印时各自喷出液体胶将对象的轮廓内部以及对象的***轮廓黏合，而对象的每一切层平面的切层轮廓来自于网格与切层平面相交的切点连线，一般对象切层后的非彩色切层轮廓与彩色切层轮廓皆为封闭状态，但若对象存在不连续面，则表示切层轮廓也不为封闭状态，就无法确认非彩色喷印的范围。
由于非彩色切层轮廓是对对象的轮廓内部进行喷印，而彩色切层轮廓仅对对象的***轮廓进行喷印，若对象存在不连续面，就无法确认非彩色喷印的范围，因此彩色切层轮廓与黑色切层轮廓必须分别处理。
而切层轮廓是按照网格与切层平面间的关系而生成，每处理一个网格，便将网格被切层平面所切到的两切点相连而构成线段，直到每一个网格都处理过为止，便可以取得切层轮廓，请参阅图4A其是显示一连续面对象于一切层平面下连续的切点连接示意图，如图所示，多个网格41彼此之间相互连接，因此每一网格41与切层平面42相切所产生的切点43，将进行连接，以产生一需求切层轮廓，而图4B则显示一不连续面对象于一切层平面下切点的连接示意图，如图所示，不连续网格44因为不存在而导致没有切点而无法与相邻网格41的切点43进行连接，进而产生了具有不连续面的切层轮廓。
非彩色切层轮廓必须封闭，才能确认喷印范围，无论彩色切层轮廓为封闭或是非封闭，都与非彩色切层轮廓无关，非彩色切层轮廓生成若能够持有封闭性，就等同于解决了不连续面导致的轮廓错误问题。请参阅图5，其是本发明较佳实施例的适用于立体成型机构的切层方法，本发明是提出可将具有不连续面的非彩色切层轮廓连接成为一实际的封闭切层轮廓，解决了不连续面导致的轮廓错误问题，如图所示，首先，存取一对象的一切层平面与多个网格相切所产生的多个切点信息(步骤S501)，例如：图6A所揭露于对象6的切层平面61与多个网格(未图标)相切所产生的多个切点P～V的信息，其中每一该切点信息包含每一该切点的坐标、颜色以及贴图信息，且每一切点都会有自己的代表指数(index)，以及每一该网格是以逆时针方向来判断切点为一起点切点还是一终点切点，且定义产生于路径往下方向的该切点设为该起点切点，而产生于路径往上方向的该切点设为该终点切点，其中起点切点的指数可被定义为0或偶数，而终点切点的指数可定义为奇数，指数并不重复，但是切点信息会重复，切点会重复就表示该切点所存在的那两个网格是相邻的，因此当某一切点只占有一个指数时，表示它只存在于一个网格中，由此切点开始不连续面，而且两切点连接的规则为：(1)起点切点仅与终点切点连接，不能以″起点切点与起点切点″或是″终点切点与终点切点″的方式连接；(2)若一切点自身为一连续面的终点切点且为一不连续面的起点切点时，进行该不连续面连接时其不得再与该连续面的起点切点连接。
接着，判断目前立体成型机构的打印模块是否要进行非彩色液体喷印(步骤S502)，若判断结果为否时，则执行步骤S503，即通过该多个切点信息将每一网格与该切层平面相切时所产生的两切点进行连接，以形成一彩色切层轮廓(步骤S503)，例如：图6B所述的切层轮廓，并使该打印模块根据该彩色切层轮廓进行彩色液体喷印(步骤S506)。反之，判断结果为是时，通过该多个切点信息将每一网格与该切层平面相切时所产生的两切点进行连接，以形成一第一切层轮廓(步骤S504)，其中第一切层轮廓与图6B所示的轮廓的形状是相同，差异点在于步骤S503所形成的彩色切层轮廓包含喷印的彩色信息。
之后，则判断该第一切层轮廓是否存在不连续面(步骤S505)，于判断结果为是时，以极坐标进行配对且选择夹角较小的连接路径，即非封闭切层轮廓连接成封闭切层轮廓的方法是以极坐标配对的方式达成，并利用角度大小判断出较适合的连接端，以将该第一切层轮廓连接成一封闭切层轮廓(步骤S507)。
接着，以于该封闭切层轮廓内进行非彩色液体喷印(步骤S506)，待喷印完成后则判断是否完成该切层平面的所有喷印(步骤S508)，即彩色喷印及/或非彩色喷印，若结果为否，则重新执行步骤S502，反之，若结果为是，则进一步判断是否完成该对象的所有切层平面的喷印(步骤S509)，若步骤S509判断结果为否，则重新执行步骤S501，反之，若结果为是，完成该对象的切层处理(步骤S510)。
以下将说明，本发明以极坐标进行配对以判断较适合连接路径的方式，请参阅图7A-图7D，其是极坐标的极轴摆放位置示意图，如图所示，极坐标可分为四个相位，分别为第一相位(0°～90°)、第二相位(90°～180°)、第三相位(180°～270°)及第四相位(270°～360°)，且极轴(0°)的摆放位置是依据“先前的路径方向”决定，如图7A所示，当“先前的路径方向”处于第四相位时，极轴(0°)的摆放位置为Y轴负向方向；如图7B所示，当“先前的路径方向”处于第一相位时，极轴(0°)的摆放位置为X轴正向方向；如图7C所示，当“先前的路径方向”处于第二相位时，极轴(0°)的摆放位置为Y轴正向方向；如图7D所示，当“先前的路径方向”处于第三相位时，极轴(0°)的摆放位置为X轴负向方向。
本发明以极坐标进行配对以判断较适合连接路径的方式是先根据“先前的路径方向”于极坐标中的位置来决定极轴(0°)的摆放位置，待极轴(0°)的摆放位置确定后再选择与极轴(0°)间夹角较小的连接路径，选择适当的切点进行连接，请参阅图8A～图8F，其是显示将非封闭切层轮廓连接为封闭切层轮廓的连接流程示意图，其中图8A是图6B所示的未封闭切层轮廓的示意图，以下将说明将图8A所示的非封闭切层轮廓连接成图8F所示的封闭切层轮廓的连接流程，首先，切点Q为PQ连线的终点切点，可能连接的切点为RS连线的起点切点R或是UV连线的起点切点U，请同时参阅图9，根据“先前的路径方向”P→Q选择极轴(0°)的摆放位置为X轴正向方向(如图7B所示)，其中夹角Θ1为始于极轴(0°)而停止于QR连线的角度，而夹角Θ2为始于极轴而停止于QU连线的角度，在选择适合路径时，会选择角度小的连接路径，以此例而言Θ1＜Θ2，故选择Q→R为较适合的连接路径(如图8B所示)。
接着，请参阅图8C，切点T为ST连线的终点切点，可能连接的切点为UV连线的起点切点U或是PQ连线的起点切点P，请同时参阅图10，根据“先前的路径方向”S→T选择极轴(0°)的摆放位置为X轴负向方向(如图7D所示)，其中夹角Θ3为始于极轴(0°)而停止于TU连线的角度，而夹角Θ4为始于极轴而停止于TP连线的角度，在选择适合路径时，会选择角度小的连接路径，以此例而言Θ3＜Θ4，故选择T→U为较适合的连接路径(如图8D所示)。
后续，请参阅图8E并请同时参阅图11，切点V为UV连线的终点切点，根据“先前的路径方向”U→V选择极轴(0°)的摆放位置为Y轴负向方向(如图7A所示)，其中夹角Θ5为始于极轴(0°)而停止于VP连线的角度，且为最小的夹角，故选择V→P为较适合的连接路径(如图8F所示)，如此一来即可将图8A所示的具有三个不连续面的非封闭切层轮廓连接成封闭切层轮廓(如图8F及图6C所示)，以便确认非彩色喷印的范围，而使得立体成型机构的打印模块可根据图6B所示的非彩色切层轮廓范围内部喷射非彩色液体(如图6D所示)。
综上所述，本发明的适用于立体成型机构的切层方法通过极坐标进行配对且选择夹角较小的连接路径，可将该第一切层轮廓连接成一封闭切层轮廓，以于该封闭切层轮廓内进行非彩色液体喷印，不使用拓扑关系连接，除了可达到解决习用切层方法效率过差的问题，并可节省网格处理时的运算，执行速度可获得大量改善，另外，对于对象的非彩色切层轮廓存在不连续面时更以极坐标进行配对且选择夹角较小的连接路径的方式来进行连接，以形成封闭切层轮廓，正确进行可以正常进行对象存在不连续面时的切层处理，以确认非彩色喷印的范围
本发明得由熟知此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然而皆不脱如附本申请权利要求所限定的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于立体成型机构的切层方法，该立体成型机构具有一打印模块，至少包含步骤：
(a)存取一对象的一切层平面与多个网格相切所产生的多个切点信息；
(b)判断一打印模块是否进行非彩色液体喷印；
(c)判断结果为是时，通过该多个切点信息将每一网格与该切层平面相切时所产生的两切点进行连接，以形成一第一切层轮廓；
(d)判断该第一切层轮廓是否存在不连续面，于判断结果为是时，以极坐标进行配对且选择夹角较小的连接路径，以将该第一切层轮廓连接成一封闭切层轮廓，以于该封闭切层轮廓内进行非彩色液体喷印。
2.根据权利要求1所述的适用于立体成型机构的切层方法，其特征在于，于步骤(c)中还包含步骤(c1)：判断结果为否时，通过该多个切点信息将每一网格与该切层平面相切时所产生的两切点进行连接，以形成一彩色切层轮廓，并使该打印模块根据该彩色切层轮廓进行彩色液体喷印。
3.根据权利要求1所述的适用于立体成型机构的切层方法，其特征在于，该切点信息包含每一该切点的坐标、颜色以及贴图信息。
4.根据权利要求1所述的适用于立体成型机构的切层方法，其特征在于，每一该网格是以逆时针方向来判断该切点为一起点切点还是一终点切点，且定义产生于路径往下方向的该切点设为该起点切点，而产生于路径往上方向的该切点设为该终点切点。
5.根据权利要求4所述的适用于立体成型机构的切层方法，其特征在于，该两切点间进行连接是以该起点切点与该终点切点连接，不能以该起点切点与该起点切点，或是终点切点与终点切点的方式连接。
6.根据权利要求1所述的适用于立体成型机构的切层方法，其特征在于，步骤(d)中以极坐标进行配对且选择夹角较小的连接路径是先根据一先前的路径方向于一极坐标中的位置来决定一极轴的摆放位置，待该极轴的摆放位置确定后再选择与该极轴间夹角较小的连接路径。
7.根据权利要求6所述的适用于立体成型机构的切层方法，其特征在于，
该极轴的摆放位置是X轴正向方向、X轴负向方向、Y轴正向方向或Y轴负向方向。
8.根据权利要求1所述的适用于立体成型机构的切层方法，其特征在于，步骤(d)后还包含步骤(e)判断是否完成该切层平面的所有喷印。
9.根据权利要求8所述的适用于立体成型机构的切层方法，其特征在于，若步骤(e)的判断结果为否时，则重新执行步骤(b)。
10.根据权利要求9所述的适用于立体成型机构的切层方法，其特征在于，若步骤(e)判断结果为是，则执行步骤(f)判断是否完成该对象的所有切层平面的喷印步骤，若判断结果为否，则重新执行步骤(a)，反之，若结果为是，完成该对象的切层处理。
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