CN107251099A - 对n维物体的单元格进行索引 - Google Patents

Abstract

对n维物体的单元格进行索引。对n维物体的n个维度的每个轴的多个索引数位进行分组。将给定组的第一索引数位分配给由沿给定组的轴的物体的维度的至少一个细分线产生的至少两个单元格中的每个单元格；以及将给定组的第m个后续索引数位分配给由沿给定组的轴的物体的维度的第m‑1个细分线产生的至少两个单元格中的至少一个单元格的任意后续至少一个细分线产生的任意后续至少两个单元格。

Description

对N维物体的单元格进行索引

背景技术

在处理表示n维物体的数据时，例如，在处理用于打印2D图像的2D图像数据时或者在处理用于通过3D打印生成3D物体的3D物体模型时，基于提供给装置(诸如打印装置)的n维物体的属性生成控制数据，从而向该装置提供适当的命令以生成2D图像或3D物体。

附图说明

为了更完整的了解，现在将结合附图进行如下描述，附图中：

图1是用于索引n维物体的单元格的方法的示例的流程图；

图2a是索引的2D物体的单元格的示例的表示；

图2b是索引的3D物体的单元格的示例的表示；

图2c是索引的3D物体的单元格的另一示例的表示；

图3是用于处理n维物体的方法的示例的流程图；

图4是用于对3D物体的属性数据编码的方法的示例的流程图；

图5a是索引的3D物体的单元格以及交叉平面的示例的表示；

图5b是索引的3D物体的单元格以及交叉平面的另一示例的表示；

图5c是索引的3D物体的单元格以及交叉平面的又一示例的表示；以及

图6是用于处理3D物体的设备的示例的简化示意图。

具体实施方式

在处理表示n维物体的数据时，例如，在处理用于打印2D图像的2D图像数据时或者在处理用于通过3D打印生成3D物体的3D物体模型时，基于提供给装置(诸如打印装置)的n维物体的属性生成控制数据，从而向该装置提供适当的命令以生成2D图像或3D物体。

作为产生3D物体的一种可能便利的方式，已提出了逐层生成3D物体的增材制造***。

增材制造技术可通过构造材料的凝固而生成3D物体。构造材料可以是基于粉末的，并且所生成的物体的属性可以取决于构造材料的类型以及所使用的凝固机制的类型。在这种技术的若干示例中，以分层的方式供给构造材料，并且凝固方法包括在选定区域中对构造材料层施加能量以引起聚结或者熔融。在另一些技术中，可使用化学凝固方法。

增材制造***可基于结构设计数据来生成物体。这可能涉及由设计员生成将被生成的物体的三维模型，例如使用计算机辅助设计(CAD)应用程序。该模型可定义物体的固态部分。为了使用增材制造***由该模型生成三维物体，可处理模型数据以生成该模型的平行平面的切片。每个切片可定义相应构造材料层的将通过增材制造***被凝固的部分。

3D物体还可由其属性数据定义，其中3D物体的各部分具有不同的属性，诸如颜色、刚度/柔性、导电率、磁性、不透明度、孔隙率等。这些部分可能需要将不同材料与构造材料进行组合。同样地，2D物体(图像)也可由具有不同属性(诸如颜色或不透明度)的区域定义，例如，在这些区域中使用不同的打印流体和/或其组合。

可以以不同分辨率定义2D或3D物体模型的不同部分。例如，3D物体模型可具有使用高分辨率体素信息表示的高细节表面区域、以及以较低分辨率表示的低细节区域。使用均匀的网格来表示所有体素可能是不可行的，例如，单个立方英寸可能需要大约10⁹个体素的数量级。

表示物体属性的更有效的方案(如八叉树)依赖于对于诸如寻找与平面的交叉的任务而言不太有效的树结构实施方式。这些方案也不是特别适合，这可能也不太适用于高速处理。

八叉树是具有立方体形状的体积的基于树的表示，其中，每个边缘被划分为两个相等的部分，由此将立方体划分为八个。可递归地应用这种处理，直到在每个位置处达到期望的分辨率。八叉树可被表示为每个节点具有八个分支的树。

然而，在以下示例中，没有必要使用完整的树实施方式来对n维物体的单元格进行索引。如图1所示，在一个示例中，对n维物体的单元格进行索引，其中n是大于1的整数。可通过对n维物体的n个维度的每个轴的多个索引数位(indexing digital)进行分组(101)来索引n维物体的单元格，其中每个单元格具有n个维度并且每个单元格的至少一个维度是通过n维物体的至少一个维度的至少一个细分线(subdivision)而形成的。在此处描述的示例中，对n个维度的每个正交轴的多个索引数位进行分组。此外，可对n维物体的任何一组轴的多个索引数位进行分组，只要它们不退化(即，它们的决定因素不为0)。将给定组的第一索引数位分配(103)给由沿给定组的轴的物体的维度的至少一个细分线产生的至少两个单元格中的每个，并且还将给定组的第m个后续索引数位分配(103)给由沿给定组的轴的物体的维度的第m-1个细分线产生的至少两个单元格中的至少一个单元格的任意后续至少一个细分线产生的任意后续至少两个单元格。分配的数位可按它们的组的顺序输出，从而为输入的n维物体的每个单元格提供索引。

如图2a中的2D物体所示。2D物体具有两个正交轴(x和y)。在x轴的维度中，2D物体具有第一细分线231和由沿y轴的维度的第一细分线和一个细分线235形成的单元格中的一个单元格的第二后续细分线233，以形成6个2D单元格201、203、205、207、209和211。通过如下方式对每个单元格进行索引：首先对x轴的索引数位进行分组，并将第一索引数位0或1分配给第一细分线231的每个单元格，并且将第二索引数位0或1分配给由第二后续细分线233产生的每个单元格(m＝2)。因此，通过如下方式对每个单元格进行索引：单元格201具有索引0，0；单元格205具有索引11，0；单元格207具有索引11，1；单元格209具有索引10，1；并且单元格211具有索引0，1。

在图2b中示出了索引3D物体模型的示例。3D物体具有3个正交轴(x、y和z)。在x轴的维度中，3D物体具有第一细分线261以及由第一细分线261形成的两个单元格中的每个单元格的两个后续细分线263。在y轴的维度中，3D物体具有第一细分线265和由沿y轴的维度的第一细分线265形成的两个单元格中的一个单元格的第二细分线267以及沿z轴的维度的3D物体的维度的第一细分线269，以形成24个3D单元格。在一个示例中，通过如下方式对每个单元格进行索引：首先对x轴的索引数位进行分组，并将第一索引数位0或1分配给第一细分线261的每个单元格，并且将第二索引数位0或1分配给由第一细分线形成的单元格中的每个单元格的两个第二后续细分线263(m＝2)产生的每个单元格。分配y轴的第二组索引数位，以使得第二组中的第一索引数位(0或1)被分配给由第一细分线267产生的两个单元格，并且使得第二索引数位(0或1)被分配给由第一细分线265产生的单元格中的一个单元格的第二细分线267产生的两个单元格，并且使得第三组的第一索引数位被分配给由沿z轴的第一细分线269产生的两个单元格。在图2b所示的示例中，单元格251被分配索引01，0，1，并且单元格253具有分配的索引11，11，1。

在图2a和2b中，由于每个后续细分线形成先前细分线的两个单元格，二进制索引数位被分配给单元格。在图2c所示的示例中，使用非二进制索引数位。

在图2c的示例中，3D物体被表示为具有x轴、y轴和z轴的维度。在该示例中，x轴具有第一细分线281，y轴具有两个第一细分线283、283，并且z轴具有两个第一细分线287、289和第二细分线291。在该示例中，单元格271被分配索引0，2，0，并且单元格273被分配索引0，2，21。

在处理n维物体时，例如，在处理图2中的2D物体以及图2b和图2c中的3D物体时，单元格的索引提供对与单元格相关联的数据(例如，属性数据)的简单编码。然后，每个索引的单元格的属性或打印属性可用于生成控制数据，并且可通过所分配的索引对该控制数据进行索引，从而处理打印物体中的正确的对应单元格。

在一个示例中，可如图3所示处理n维物体，以进行打印。将输入的n维物体(2D图像或将被打印的3D物体的表示)细分为多个单元格(301)。可基于打印的物体的属性来细分n维物体，例如，诸如不透明度、刚度、导电率、磁性的属性。可细分n维物体以使得每个单元格具有与其相邻的单元格的属性和/或分辨率相关联的不同属性和/或分辨率。对所有单元格303、307进行索引。通过如下方式对每个单元格进行索引：对每个正交轴的多个索引数位进行分组，将给定组的第一索引数位分配给由沿给定组的轴的物体的维度的至少一个细分线产生的至少两个单元格中的每个，并且将给定组的第m个后续索引数位分配给由沿给定组的轴的物体的维度的第m-1个细分线产生的至少两个单元格中的至少一个单元格的任意后续至少一个细分线产生的任意后续至少两个单元格，如参照图1、图2a、图2b和图2c所描述的。

然后，对每个单元格的属性数据进行编码(309)，使用分配的索引数位对该属性数据进行索引，并且可存储(311)此数据，例如以稍后作为用于生成打印控制数据的参考。一旦已处理完所有数据，处理结束(305)。分配的索引数位提供了以分辨率定义属性数据所需的细节，用于生成打印控制数据。

在一个示例中，可根据与每个单元格(子体积)相关联的期望的属性相关的信息处理3D模型。例如，3D物体内部的下半部分可被处理以使得其具有低密度，而上半部分可处理以实现高密度。上文中描述的索引允许模型的创建者以任意分辨率并且以有效的方式指定子体积(或单元格)的属性，这与将属性设置为太低效而无法使用的所有高分辨率体素截然相反。

属性数据的索引是存储器有效的，可以在蜂窝水平上定义属性数据时进行高效处理，并且细分线可以变化以考虑属性数据的不同分辨率。因此，上文所述的索引实现了多种分辨率。这允许快速处理。属性数据的索引可用于在文件中存储2D图像数据或者3D物体模型数据，并且可以容易地将关于2D图像或3D物体模型的信息传递给3D打印机。

与XY、YZ和ZY平面交叉是使用基于体积的数据执行的一种非常常见的任务。在一个示例中，例如，如图4、图5a、图5b和图5c所示，识别3D物体的3D体积的给定单元格与3D物体的给定切片(目标平面)的交叉。在另一个示例中，可通过寻找两个平面的交叉或者至少通过这些示例的组合来确定3D物体的给定切片的给定位置。

如上文中参照图3所述，单元格的属性数据被编码并且根据分配给给定单元格的索引被索引。切割(401)将被生成的3D物体的3D表示，从而生成多个平行的2D切片。对每个切片(403)进行索引(405)。可通过以与索引单元格类似的方式为与2D切片的平面正交的轴分配索引数位而对各切片进行索引。例如，图5a中的3D物体的切片501使得x轴与切片的平面正交，遵循上文中图1、图2a、图2b和图2c的示例，切片501被分配索引数位0。

然后，识别(419)每个单元格(413)与每个切片(415)的交叉。一旦已处理完所有单元格和切片，处理结束(417)。在存储(421)3D物体的属性数据时，可以为交叉的、索引的单元格提供仅仅指向交叉的切片的指针。

通过使用单元格的分配的索引和切片的索引，简化交叉的单元格和切片的识别。

在图5a的示例中，单元格503具有分配的索引0，0，0。当与切片501正交的轴是x轴时，将切片501的索引以及第一组分配的单元格索引的对应数位与切片索引进行比较。在此示例中，将第一组的对应的第一数位与切片索引进行比较。如果切片501的索引与第一组分配的单元格索引的对应数位一致，则切片501交叉。如图5a所示，切片501与单元格503交叉。

考虑被分配索引11，1，1的单元格505。比较第一组分配的单元格索引的第一数位，这与切片501的索引不同，如图5a所示，单元格505不与切片501交叉。

在图5b的示例中，单元格503具有分配的索引0，0，0，并且切片507具有索引00。将切片索引的对应数位与第一组单元格索引的对应数位进行比较。在此示例中，将切片索引的第一数位与第一组单元格索引的第一数位进行比较。如果这些数位相同，则切片507与单元格503交叉。

在图5c的示例中，单元格503具有分配的索引0，0，0，并且切片509具有索引010。将切片索引的第一数位与第一组单元格索引的第一数位进行比较，当这些相同时，切片509与单元格503交叉。

现在考虑具有分配的索引00，0，0的图5c的单元格511。将第一组分配的单元格索引的数位与切片索引的对应数位进行比较，即，将切片索引的第一数位和第二数位与第一组单元格索引的第一数位和第二数位进行比较。如果这些不同，则切片509不与单元格511交叉。

单元格索引还可用于定义交叉切片的一部分。在图5a所示示例中，切片501的部分513可通过单元格503的单元格索引而被识别为切片501的0，0。

图6所示为用于处理n维物体的设备的示例。该设备包括划分器603，以细分通过恢复器601接收的n维物体的n个维度的每个正交轴，从而形成多个单元格。每个单元格由n维物体的至少一个维度的至少一个细分线形成。该设备还包括索引器605以：对n维物体的n个维度的每个正交轴的多个索引数位进行分组，其中n是大于1的整数；将给定组的第一索引数位分配给由沿给定组的轴的物体的维度的至少一个细分线产生的至少两个单元格中的每个；并且将给定组的第m个后续索引数位分配给由沿给定组的轴的物体的维度的第m-1个细分线产生的至少两个单元格中的至少一个单元格的任意后续至少一个细分线产生的任意后续至少两个单元格。

该设备还包括切割器609，以如上所述将通过接收器601接收到的输入的n维物体切割为多个2D切片，并且如上所述对每个切片进行索引。

该设备还包括交叉检测器611，以通过如下方式识别目标切片(平面)与3D物体的交叉：将第p个索引数位分配给与目标平面正交的轴的第p个细分线；以及如果对应于与分配给单元格的索引的目标平面正交的轴的组的索引数位与被分配给目标平面的对应的索引数位相同，则识别平面与单元格交叉。该设备还包括：处理器607，以生成n维物体的每个单元格的打印控制数据；以及贮存器接口613，以访问贮存器615从而存储通过给定单元格的分配的索引数位而索引的给定单元格的打印控制数据。贮存器615可以在该设备的外部。

单元格的索引是非常有效的操作。给定被索引的单元格的列表，有可能找到与给定切片(平面)交叉的子集。当基于每个维度的正交轴对索引的列表进行分组时，可以更快地比较索引从而识别交叉。

如果单元格索引是按其分组的顺序进行存储的，例如，对应于z轴的物体的所有单元格的索引，则沿着此轴进行切割将变成保持两个指针的简单问题：一个用于与当前切片交叉的第一单元格，另一个用于最后一个交叉的单元格。移向下一个切片只是滑动指针的问题。

此外，属性数据及其对应的索引可有效地存储在存储器中，定义用分配的单元格索引进行索引的哈希表。较佳的哈希实施方式允许固定时间访问。它还可用于有效地序列化单元格索引和属性数据，由此使得能够以文件格式进行存储。

此外，存储物体的属性数据可以基于分配给给定单元格的至少一组索引数位的数字位数按照预定顺序进行存储。例如，属性数据可基于单元格的尺寸进行存储。分配给给定组的单元格的数字位数越大，可指示越小的维度，因此将表示越小的单元格。这可用于识别重叠的单元格。例如，完全包含在较大单元格内的单元格。单元格中的每个具有与其相关联的属性，例如，颜色。单元格的属性可能发生冲突，解决此冲突的一种途径可能是选择较小单元格的属性以用于较大单元格的属性。索引的排序使得重叠的单元格的识别成为简单的任务。

对于二进制索引，这些可以通过识别索引的实际位长度而被存储在固定位长度的变量中，例如，32位的整数。

在一个示例中，第一个1位标记索引的起始或结束。在标记索引的结束时，例如，在包含XXXXX100(X是任意位)的8位变量中，从末尾的第一个1标记索引位在何处终止。这将为编码留下最多7个有用位(对于32位变量而言是31)。

在另一示例中，可使用二进制掩码来提取索引位。

在使用单元格定义物体属性的示例中，可以利用明确定义的规则来优先考虑影响子体积的最具体的、最小的单元格。索引的单元格可以定义空白的空间并且可以有效地用于近似给定的体积。

上述索引可允许对多尺寸且多形状的3D物体属性数据进行更紧凑并且计算上有效的表示以及切割。

2D或3D模型的属性的编码是定义打印控制数据并因此打印该模型的一部分。控制用于指定基于面积或体积的属性的格式，并且确保其有效且非常适应于打印机的处理性能，例如，利用标准文件格式来使打印处理更有效，从而实现快速处理。具体地，可以极其快速地切割并寻找该平面的期望属性。

应注意的是，上述示例用于示出而非限制在此描述的内容，并且在不脱离随附权利要求书的情况下，本领域技术人员将能够设计出许多替换性实施方式。词语“包括”不排除权利要求中所列的元件除外的元件的存在，“一”不排除多个，并且单个处理器或其他单元可实现权利要求中记载的若干单元的功能。

Claims (15)

1.一种用于对将被打印的n维物体的单元格进行索引的方法，每个单元格具有n个维度，并且每个单元格的至少一个维度由所述n维物体的至少一个维度的至少一个细分线形成，所述方法包括:

对n维物体的n个维度的每个轴的多个索引数位进行分组，其中n是大于1的整数；

将给定组的第一索引数位分配给至少两个单元格中的每个单元格，所述至少两个单元格由沿所述给定组的轴的所述物体的维度的至少一个细分线产生；以及

将所述给定组的第m个后续索引数位分配给任意后续的至少两个单元格，所述任意后续的至少两个单元格由所述至少两个单元格中的至少一个单元格的任意后续的至少一个细分线产生，所述任意后续的至少一个细分线由沿所述给定组的轴的所述物体的所述维度的第m-1个细分线产生。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述索引数位包括值0或1。

3.如权利要求1所述的方法，其中每个单元格具有与所述每个单元格相关联的属性数据。

4.一种用于处理n维物体以进行打印的方法，所述方法包括：

细分n维物体的n个维度的至少一个轴的至少一个维度，以形成至少两个n维单元格，其中n是大于1的整数；

使用多个索引数位对每个单元格进行索引，以定义所述每个单元格的在所述n维物体内的位置，所述索引包括：

对每个轴的多个索引数位进行分组；

将给定组的第一索引数位分配给至少两个单元格中的每个单元格，所述至少两个单元格由沿所述给定组的轴的所述物体的所述维度的至少一个细分线产生；以及

将所述给定组的第m个后续索引数位分配给任意后续的至少两个单元格，所述任意后续的至少两个单元格由所述至少两个单元格中的至少一个单元格的任意后续的至少一个细分线产生，所述任意后续的至少一个细分线由沿所述给定组的轴的所述物体的所述维度的第m-1个细分线产生。

5.如权利要求3所述的方法，其中所述方法进一步包括：

对与所述n维物体的每个单元格相关联的属性数据进行编码；以及

存储通过给定单元格的所分配的索引数位被索引的所述给定单元格的所述属性数据。

6.如权利要求4所述的方法，其中存储所述给定单元格的所述属性数据包括：

在固定位长度的变量内存储给定单元格的所分配的索引数位；以及

将至少一个标记数位***所述固定位长度的变量内，以指示所述给定单元格的所分配的索引数位的起始和/或结束。

7.如权利要求4所述的方法，其中存储所述给定单元格的所述属性数据包括：

在固定位长度的变量内的预定位置处存储给定单元格的所分配的索引数位，以使得能够通过应用二进制掩码来提取所分配的索引数位。

8.如权利要求4所述的方法，其中存储所述给定单元格的所述属性数据包括：

基于分配给给定单元格的至少一组索引数位的数位数字，以预定顺序存储所述属性数据。

9.如权利要求3所述的方法，其中所述n维物体包括3D物体，并且对每个轴的多个索引数位进行分组包括：对所述3D物体的3个维度的每个正交轴的多个索引数位进行分组，

并且所述方法进一步包括通过以下方式识别目标平面与所述3D物体的至少一个单元格的交叉：

对所述目标平面进行索引：

将所述第一索引数位分配给所述至少两个单元格中的每个单元格，所述至少两个单元格由沿与所述目标平面正交的轴的所述物体的所述维度的所述至少一个第一细分线产生；以及

将第m个后续索引数位分配给所述任意后续的至少两个单元格，所述任意后续的至少两个单元格由所述至少两个单元格中的所述至少一个单元格的所述任意后续的至少一个细分线产生，所述任意后续的至少一个细分线由沿与所述目标平面正交的所述轴的所述物体的所述维度的第m-1个细分线产生；

如果与分配给单元格的索引的所述目标平面正交的所述轴对应的组中的索引数位与分配给所述目标平面的对应索引数位相同，则识别所述平面与所述单元格交叉。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述3D物体被切割为多个2D切片，通过指针对给定切片进行索引，所述指针具有在和与所述3D物体的第一单元格交叉的给定2D切片的平面所正交的轴对应的组中的所分配的索引数位、以及和与所述3D物体的最后一个单元格交叉的给定2D切片的平面所正交的轴对应的组中的所分配的索引数位的范围内的值。

11.一种用于处理表示n维物体的数据的设备，所述设备包括：

划分器，细分n维物体的n个维度的至少一个轴的至少一个维度，以形成至少两个n维单元格，其中n是大于1的整数；

索引器，使用多个索引数位对每个单元格进行索引，以定义所述每个单元格的在所述n维物体内的位置，所述索引通过对每个轴的多个索引数位进行分组来进行；将给定组的第一索引数位分配给至少两个单元格中的每个单元格，所述至少两个单元格由沿所述给定组的轴的所述物体的维度的至少一个细分线产生；以及将所述给定组的第m个后续索引数位分配给任意后续的至少两个单元格，所述任意后续的至少两个单元格由所述至少两个单元格中至少一个单元格的任意后续的至少一个细分线产生，所述任意后续的至少一个细分线沿所述给定组的所述轴的所述物体的所述维度的第m-1个细分线产生。

12.如权利要求10所述的设备，其中所述设备进一步包括：

处理器，对所述n维物体的每个单元格的属性数据进行编码；以及

存储器，存储通过给定单元格的所分配的索引数位被索引的所述给定单元格的所述属性数据。

13.如权利要求11所述的设备，其中所述设备进一步包括：

贮存器接口，将所述属性数据排列为以预定的顺序存储在贮存器中。

14.如权利要求10所述的设备，其中所述设备进一步包括：

接收器，接收将被处理的3D物体的表示；

索引器，对所述3D物体的3个维度的每个正交轴的所述多个索引数位进行分组；以及

交叉检测器，通过如下方式识别目标平面与所述3D物体的至少一个单元格的交叉：将所述第一索引数位分配给所述至少两个单元格中的每个单元格，所述至少两个单元格由沿与所述目标平面正交的所述轴的所述物体的所述维度的所述至少一个第一细分线产生；将第m个后续索引数位分配给所述任意后续的至少两个单元格，所述任意后续的至少两个单元格由所述至少两个单元格中的所述至少一个单元格的所述任意后续的至少一个细分线产生，所述任意后续的至少一个细分线由沿与所述目标平面正交的所述轴的所述物体的所述维度的所述第m-1个细分线产生；以及如果与正交于分配给单元格的所述索引的所述目标平面的所述轴对应的所述组中的所述索引数位和分配给所述目标平面的对应索引数位相同，则识别所述平面与所述单元格交叉。

15.如权利要求14所述的设备，进一步包括：

切割器，将接收到的3D物体切割为多个2D切片，通过指针对给定切片进行索引，所述指针具有在和与所述3D物体的第一单元格交叉的所述给定2D切片的所述平面所正交的所述轴对应的所述组中的所分配的索引数位、以及和与所述3D物体的最后一个单元格交叉的所述给定2D切片的所述平面所正交的所述轴对应的所述组中的所分配的索引数位的范围内的值；以及

处理器，进一步生成打印控制数据以打印每个2D切片，从而基于每个切片的每个交叉单元格的所述属性数据逐个切片地生成所述3D物体。