CN104275944A - 人体三维模型快速制造*** - Google Patents

人体三维模型快速制造*** Download PDF

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王辉
任茜茜
魏璞
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Abstract

本发明公开一种人体三维模型快速制造***，包括有数据采集装置、数据采集辅助装置、工控机及3D打印装置，数据采集装置、数据采集辅助装置及3D打印装置分别通过通信模块与工控机连接。本发明采用红外光扫描仪和可见白光扫描仪结合针对人体不同的身体特征进行扫描，同时采用二维照相机拍照进行比对参考，成像精度高；各扫描仪采用多点布置，扫描范围能够将人体全部覆盖，且各扫描仪或照相机能够同时工作、互不影响，扫描效率高；采用工控机对数据采集、数据处理及打印成型过程进行控制，自动化程度高。

Description

人体三维模型快速制造***
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，涉及一种人体三维模型快速制造***。
背景技术
传统技术中人体三维模型成型主要是依赖雕塑完成，采用各种可塑材料或可雕、可刻的硬质材料，通过削减材料刻画出人体形象。最终的模型逼真度以及相似度主要依赖于雕塑师的技术水平。随着时代的发展目前出现了采用三维扫描和打印技术进行人像成型的技术，现有的三维人体扫描主要采用单一的手持移动式的扫描仪进行扫描，扫描后的数据通过人工导入打印装置打印成型，主要存在以下技术缺陷：
1)扫描仪单一，成像精度较差，无法根据脸部特征以及衣服、头发等离散状特征不同进行扫描仪的变换选择，从而扫描到的脸部特征模糊不清，衣服、头发等离散状特征扫描效果也不好；
2)扫描过程需要人工进行，扫描时间长，效率低；
3)数据采集、数据处理及打印成型没有控制***的协调，自动化程度低。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种人体三维模型快速制造***，解决现有的人体三维模型成型装置成像精度差、扫描时间长以及自动化程度低的缺陷。
为了实现发明目的，本发明所采用的技术方案是，一种人体三维模型快速制造***，包括有数据采集装置、数据采集辅助装置、工控机及3D打印装置，数据采集装置、数据采集辅助装置及3D打印装置分别通过通信模块与工控机连接。
本发明的特征还在于，数据采集装置包括有呈正六边形布置的三台红外光扫描仪、三台二维照相机以及一台靠近人体布置的可见白光扫描仪，红外光扫描仪及二维照相机相互交错布置在正六边形的顶点位置。
数据采集辅助装置包括有一个旋转平台，旋转平台设置在三台红外光扫描仪和三台二维照相机围成的正六边形的中心位置，用于将人体进行旋转。
3D打印装置包括有若干3D打印机。
本发明的有益效果是：
1)本发明采用红外扫描仪和可见白光扫描仪结合针对人体不同的身体特征进行扫描，同时采用二维照相机拍照进行比对参考，成像精度高；
2)本发明各扫描仪采用多点布置，扫描范围能够将人体全部覆盖，且各扫描仪或照相机能够同时工作、互不影响，扫描效率高；
3)本发明采用工控机对数据采集、数据处理及打印成型过程进行控制，自动化程度高。
附图说明
图1是本发明的总体结构框图；
图2是本发明的扫描装置布置结构图；
图3是本发明红外扫描仪的水平扫描范围示意图；
图4是本发明红外扫描仪的垂直扫描范围示意图；
图5是本发明的各设备连接结构框图；
图6是本发明的工作流程框图。
图中，1.红外扫描仪，2.二维照相机，3.可见白光扫描仪，4.旋转平台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种人体三维模型快速制造***，如图1所示，包括有数据采集装置、数据采集辅助装置、工控机及3D打印装置，所述数据采集装置、数据采集辅助装置及3D打印装置分别通过通信模块与工控机连接。
具体实施时，如图2所示，三台红外光扫描仪1及三台二维照相机2分别呈正六边形围成一周，红外光扫描仪1及二维照相机2均布置在正六边形的顶点位置，正六边形的中心部位设置旋转平台4，可见白光扫描仪3设置在其中一个红外光扫描仪1和二维照相机2之间靠近旋转平台5的位置。如图3和图4所示，红外扫描仪1的水平视角57°，垂直视角43°，机身转动范围27°，安装位置距人体1.5米，安装高度0.9m。具体能扫描到的范围通过以下公式计算得到：
水平扫描范围：Arccos(0.25/1.5)*2＝160.81°；
三个机位覆盖范围：3*160.81＝482.43°＞360°；
水平重合范围：(482.43°-360°)/3＝40.81°；
垂直扫描范围：1.5/cot(43°/2+27°)＝2.5m＞正常人体身高。
由此可见，三台红外扫描仪可以满足整个人体的扫描，同时重合范围可以作为供识别的特征，进行参考、模型合并及修复。三台二维照相机2作为二维数据记录，同时提供一定的参考。可见白光扫描仪3采用对人体没有任何伤害的可见白光，精度可达0.1mm，主要对人体面部细节进行扫描。
工控机上安装有图形工作站作为数据处理终端，同时工控机用于控制数据采集装置、数据采集辅助装置、以及打印装置的正常运行，将数据采集装置采集的到的人体点云数据转化为三维模型输送到打印装置打印成型。如图5所示，数据采集装置、数据采集辅助装置、以及打印装置与工控机之间的通信模块均采用USB接口进行数据传输。
3D打印装置包括有若干台3D打印机，优选采用三台，3D打印机分为桌面级和工业级，桌面级3D打印机采用热熔工艺成型，精度可以达到100微米，模型打印原材料为生物降解塑料聚乳酸(PLA)。工业级3D打印机成型精度可达16微米，采用光固化成型，精度更高，两种技术的配合可以满足大部分成型需要。
工作过程中，人体站在旋转平台4上，工控机控制数据采集装置对人体数据进行采集，其中，红外光扫描仪1对人体除面部以外的区域包括衣服、头发等离散型材质进行扫描，每台红外光扫描仪1需要的最小有效数据区域为360°/n，实际扫描数据区域为a，a＞360°/n，多余量(a-360°/n)作为辨识特征，然后与其他数据进行匹配、缝合。本发明的红外光扫描仪1的水平扫描范围为160.81°，采用三台即可覆盖整个360°范围，因而本发明至少需要三台红外光扫描仪1，当然红外光扫描仪1的机位越多扫描数据越丰富，处理效果更好。可见白光扫描仪3对人体面部特征进行高精度扫描，同时二维照相机2对人体进行拍照作为二维数据记录，能够与三维扫描结果进行比对提供一定的参考。扫描的人体点云数据实时传送到工控机中的图像工作站上进行数据匹配及修复，然后生成三维模型，三位模型采用stl格式，生成好的stl三维模型，进行分层切割处理成G代码，最后处理成3D打印装置可以直接使用的数据。处理好的数据通过工控机与3D打印装置之间的通信模块传送给3D打印装置，同时控制其打印成型，如图6所示为本发明的工作流程示意图。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，上述实施方式和说明书只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种人体三维模型快速制造***，其特征在于，包括有数据采集装置、数据采集辅助装置、工控机及3D打印装置，所述数据采集装置、数据采集辅助装置及3D打印装置分别通过通信模块与工控机连接。
2.如权利要求1所述的一种人体三维模型快速制造***，其特征在于，所述数据采集装置包括有呈正六边形布置的三台红外光扫描仪(1)和三台二维照相机(2)以及一台靠近人体布置的可见白光扫描仪(3)，所述红外光扫描仪(1)及二维照相机(2)相互交错布置在正六边形的顶点位置。
3.如权利要求2所述的一种人体三维模型快速制造***，其特征在于，所述数据采集辅助装置包括有一个旋转平台(4)，旋转平台(4)设置在三台红外光扫描仪(1)和三台二维照相机(2)围成的正六边形的中心位置，用于将人体进行旋转。
4.如权利要求3所述的一种人体三维模型快速制造***，其特征在于，所述3D打印装置包括有若干3D打印机。
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PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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