演示文稿第七章快速成型技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理

（優(yōu)選）第七章快速成型技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理當(dāng)前1頁，總共105頁。

快速成型的制作需要前端的CAD數(shù)字模型來支持，也就是說，所有的快速成型制造方法都是由CAD數(shù)字模型來直接驅(qū)動的。來源于CAD的數(shù)字模型必須處理成快速成型系統(tǒng)所能接受的數(shù)據(jù)格式而且在原型制作之前或制作過程中還需要進行疊層方向的切片處理。此外，樣件反求以及來源于CT等的醫(yī)學(xué)模型等的數(shù)據(jù)都需要轉(zhuǎn)換成CAD模型或直接轉(zhuǎn)換成RP系統(tǒng)可以接收的數(shù)據(jù)。因此，在快速成型技術(shù)實施之前以及原型制作過程中需要進行大量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和處理工作，數(shù)據(jù)的充分準(zhǔn)備和有效的處理決定著原型制作的效率、質(zhì)量和精度。因此，在整個快速成型技術(shù)的實施過程中，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備是必須的，數(shù)據(jù)的處理是十分必要和重要的。第七章快速成型技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理當(dāng)前2頁，總共105頁。STL數(shù)據(jù)文件及處理三維模型的切片處理CAD三維模型的構(gòu)建方法123STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP4CT圖像數(shù)據(jù)處理軟Mimics5第七章快速成型技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理當(dāng)前3頁，總共105頁。

目前，基于數(shù)字化的產(chǎn)品快速設(shè)計有兩種主要途徑：一種是根據(jù)產(chǎn)品的要求或直接根據(jù)二維圖紙在CAD軟件平臺上設(shè)計產(chǎn)品三維模型，常被稱為概念設(shè)計；另一種是在仿制產(chǎn)品時用掃描機對已有的產(chǎn)品實體進行掃描，得到三維模型，常被稱為反求工程。兩種常用的產(chǎn)品設(shè)計思路如圖7-1所示。第一節(jié)CAD三維模型的構(gòu)建方法圖7-1基于數(shù)字化產(chǎn)品快速設(shè)計基本途徑

當(dāng)前4頁，總共105頁。1.1概念設(shè)計

目前產(chǎn)品設(shè)計已經(jīng)大面積地直接采用計算機輔助設(shè)計軟件來構(gòu)造產(chǎn)品三維模型，也就是說，產(chǎn)品的現(xiàn)代設(shè)計已基本甩脫傳統(tǒng)的圖紙描述方式，而直接在三維造型軟件平臺上進行。目前，幾乎盡善盡美的商品化CAD/CAM一體化軟件為產(chǎn)品造型提供了強大的空間，使設(shè)計者的概念設(shè)計能夠隨心所欲，且特征修改也十分方便。目前，應(yīng)用較多的具有三維造型功能的CAD/CAM軟件主要有Unigraphics、Pro/Engineer、Catia、Cimatro、Delcam、Solidedge、MDT等。隨著計算機硬件的迅猛發(fā)展，許多原來基于計算機工作站開發(fā)的大型CAD/CAM系統(tǒng)已經(jīng)移植于個人計算機上，也反過來促進了CAD/CAM軟件的普及。第一節(jié)CAD三維模型的構(gòu)建方法當(dāng)前5頁，總共105頁。第一節(jié)CAD三維模型的構(gòu)建方法當(dāng)前6頁，總共105頁。

一般來說，從事快速成型研究與服務(wù)的機構(gòu)和部門都已經(jīng)配備了三維設(shè)計手段，一般的設(shè)計開發(fā)部門也逐漸地由傳統(tǒng)的2D設(shè)計發(fā)展到3D上來。下表給出的是1995年日本幾家從事RP服務(wù)的公司所服務(wù)的客戶的設(shè)計來源是否采用3D設(shè)計的統(tǒng)計。第一節(jié)CAD三維模型的構(gòu)建方法當(dāng)前7頁，總共105頁。1.2反求工程

新產(chǎn)品開發(fā)過程中的另一條重要路線就是樣件的反求。反求工程技術(shù)（ReverseEngineering，RE）又稱逆向工程技術(shù)，是20世紀(jì)80年代末期發(fā)展起來的一項先進制造技術(shù)，是以產(chǎn)品及設(shè)備的實物、軟件(圖紙、程序及技術(shù)文件等)或影像(圖片、照片等)等作為研究對象，反求出初始的設(shè)計意圖，包括形狀、材料、工藝、強度等諸多方面。簡單說，反求就是對存在的實物模型或零件進行測量并根據(jù)測量數(shù)據(jù)重構(gòu)出實物的CAD模型，進而對實物進行分析、修改、檢驗和制造的過程。反求工程主要用于已有零件的復(fù)制、損壞或磨損零件的還原、模型精度的提高及數(shù)字化模型檢測等。第一節(jié)CAD三維模型的構(gòu)建方法當(dāng)前8頁，總共105頁。

反求工程技術(shù)不是傳統(tǒng)意義上的“仿制”，而是綜合應(yīng)用現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計的理論方法、生產(chǎn)工程學(xué)、材料學(xué)和有關(guān)專業(yè)知識，進行系統(tǒng)地分折研究，進而快速開發(fā)制造出高附加值、高技術(shù)水平的新產(chǎn)品。反求工程對于難以用CAD設(shè)計的零件模型以及活性組織和藝術(shù)模型的數(shù)據(jù)攝取是非常有利的工具，對快速實現(xiàn)產(chǎn)品等的改進和完善或參考設(shè)計具有重要的工程應(yīng)用價值。尤其是該項技術(shù)與快速成型技術(shù)的結(jié)合，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的快速三維拷貝，并經(jīng)過CAD重新建模修改或快速成型工藝參數(shù)的調(diào)整，還可以實現(xiàn)零件或模型的變異復(fù)原，如圖7-2所示。

第一節(jié)CAD三維模型的構(gòu)建方法當(dāng)前9頁，總共105頁。圖7-2

反求工程技術(shù)應(yīng)用開發(fā)流程圖

第一節(jié)CAD三維模型的構(gòu)建方法當(dāng)前10頁，總共105頁。

反求的主要方法有三坐標(biāo)測量法、投影光柵法、激光三角形法、核磁共振和CT法以及自動斷層掃描法等。常用的掃描機有傳統(tǒng)的坐標(biāo)測量機（CoordinateMeasurementMachine—CMM）、激光掃描機（LaserScanner）、零件斷層掃描機（CrossSectionScanner）以及CT（ComputerTomography）和MRI（MagneticResonanceImaging）等。采用反求工程方法進行產(chǎn)品快速設(shè)計，需要對樣品進行數(shù)據(jù)采集和處理，具體內(nèi)容如圖所示。反求工程中較大的工作量就是離散數(shù)據(jù)的處理。一般來說，反求系統(tǒng)中應(yīng)攜帶具有一定功能的數(shù)據(jù)擬合軟件，或借用常規(guī)的CAD/CAM軟件UGII、Pro/E等，也有獨立的曲面擬合與修補軟件如Surfacer等。第一節(jié)CAD三維模型的構(gòu)建方法當(dāng)前11頁，總共105頁。圖7-3

反求工程中的數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)第一節(jié)CAD三維模型的構(gòu)建方法當(dāng)前12頁，總共105頁。

ImagewareSurfacer軟件是SDRC(StructuralDynamicsResearchCorporation)公司推出的逆向工程軟件，是對產(chǎn)品開發(fā)過程前后階段的補充，是專用于將掃描數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成曲面模型的軟件。ImagewareSurfacer提供了在逆向工程、曲面設(shè)計和曲面評估方面最好的功能，它能接收各種不同的數(shù)據(jù)來源，通過3D點數(shù)據(jù)能夠生成高質(zhì)量曲線和曲面幾何形狀。該軟件能夠進行曲面檢定，分析曲面與實際點的距離，可以進行著色、反射或曲率分析及橫截面功能。曲線和曲面可以進行即時交換式形狀修改。ImagewareSurfacer軟件具有掃描點處理、曲面制造工具、曲面分析工具、曲線處理以及曲面處理等功能和模塊。圖7-4給出的是ImagewareSurfacer軟件的界面及其正在進行的曲線處理。逆向工程對于企業(yè)制造過程來說是非常重要的。如何從企業(yè)僅有的樣件、油泥模型、模具等“物理世界”快速地過渡到計算機可以隨心所欲處理的“數(shù)字世界”，這是制造業(yè)普遍面臨的實際問題。第一節(jié)CAD三維模型的構(gòu)建方法當(dāng)前13頁，總共105頁。圖7-4

ImagewareSurfacer軟件界面及其曲線處理第一節(jié)CAD三維模型的構(gòu)建方法當(dāng)前14頁，總共105頁。

ImagewareSurfacer特別適用于以下情況：①企業(yè)只能拿到真實零件而沒有圖紙，又要求對此零件進行分析、復(fù)制及改型；②在汽車、家電等行業(yè)要分析油泥模型，對油泥模型進行修改，得到滿意結(jié)果后將此模型的外型在計算機中建立數(shù)字模型；③對現(xiàn)有的零件工裝等建立數(shù)字化圖庫；④在模具行業(yè)，往往需要用手工修模，修改后的模具型腔數(shù)據(jù)必須要及時地反映到相應(yīng)的CAD設(shè)計之中，這樣才能最終制造出符合要求的模具。此外，ImagewareVerdict軟件的快速成型模塊能夠快速利用數(shù)字化數(shù)據(jù)或利用其它系統(tǒng)的曲面幾何形狀生成原型，從而縮短了進行數(shù)字化、生成CAD模型直至最后生成原型這一過程的周期，而且該軟件模塊可以直接根據(jù)產(chǎn)品的STL文件自動制作出該產(chǎn)品的模具模型。第一節(jié)CAD三維模型的構(gòu)建方法當(dāng)前15頁，總共105頁。STL數(shù)據(jù)文件及處理三維模型的切片處理CAD三維模型的構(gòu)建方法123STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP4CT圖像數(shù)據(jù)處理軟Mimics5第七章快速成型技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理當(dāng)前16頁，總共105頁。

快速成型制造設(shè)備目前能夠接受諸如STL，SLC，CLI，RPI，LEAF，SIF等多種數(shù)據(jù)格式。其中由美國3DSystems公司開發(fā)的STL文件格式可以被大多數(shù)快速成型機所接受，因此被工業(yè)界認(rèn)為是目前快速成型數(shù)據(jù)的準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，幾乎所有類型的快速成型制造系統(tǒng)都采用STL數(shù)據(jù)格式。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前17頁，總共105頁。2.1STL文件的格式

STL文件的主要優(yōu)勢在于表達簡單清晰，文件中只包含相互銜接的三角形片面節(jié)點坐標(biāo)及其外法矢。STL數(shù)據(jù)格式的實質(zhì)是用許多細小的空間三角形面來逼近還原CAD實體模型，這類似于實體數(shù)據(jù)模型的表面有限元網(wǎng)格劃分，如圖7-5所示。STL模型的數(shù)據(jù)是通過給出三角形法向量的三個分量及三角形的三個頂點坐標(biāo)來實現(xiàn)的。STL文件記載了組成STL實體模型的所有三角形面，它有二進制（BINARY）和文本文件（ASCII）兩種形式。

圖7-5

采用STL數(shù)據(jù)格式描述的CAD模型第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前18頁，總共105頁。1.STL的ASCII文件格式ASCII起初主要是為了檢驗CAD界面而設(shè)計開發(fā)的。但是由于其自身格式太大，使它在實際中沒有太大的應(yīng)用，主要用來調(diào)試程序。右邊就是ASCIISTL文件的語法格式。

ASCII文件格式的特點：

（1）能被人工識別并被修改；

（2）文件占用空間大（一般6倍于BINARY形式存儲的STL文件）。solidname_of_objectfacetnormalxyzouterloopvertexxyzvertexxyzvertexxyzendloopendfacetfacetnormalxyzouterloopvertexxyzvertexxyzvertexxyzendloopendfacet..............endsolidname_of_object第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前19頁，總共105頁。2.STL的二進制文件格式

二進制文件采用IEEE類型整數(shù)和浮動型小數(shù)。文件用84字節(jié)的頭文件和50字節(jié)的后述文件來描述一個三角形。注意到每個面目錄都是50個字節(jié)，如果是所生成的STL文件是由10000個小三角形構(gòu)成的，再加上84字節(jié)的頭文件，該二進制STL文件的大小便是84＋50×10000＝500084B≈0.5MB。若同樣的精度下，采用ASCII形式輸出該STL文件，則此時的STL文件的大小約為6×0.5MB=3.0MB。

第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前20頁，總共105頁。2.2STL文件的精度

STL文件的數(shù)據(jù)格式是采用小三角形來近似逼近三維實體模型的外表面，小三角形數(shù)量的多少直接影響著近似逼近的精度。顯然，精度要求越高，選取的三角形應(yīng)該越多。但是，就本身面向快速成型制造所要求的CAD模型的STL文件，過高的精度要求也是不必要的。因為過高的精度要求可能會超出快速成型制造系統(tǒng)所能達到的精度指標(biāo)，而且三角形數(shù)量的增多會引起計算機存儲容量的加大，同時帶來切片處理時間的顯著增加，有時截面的輪廓會產(chǎn)生許多小線段，不利于激光頭的掃描運動，導(dǎo)致低的生產(chǎn)效率和表面不光潔。所以，從CAD/CAM軟件輸出STL文件時，選取的精度指標(biāo)和控制參數(shù)應(yīng)該根據(jù)CAD模型的復(fù)雜程度以及快速原型精度要求的高低進行綜合考慮。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前21頁，總共105頁。

不同的CAD/CAM系統(tǒng)輸出STL格式文件的精度控制參數(shù)是不一致的，但最終反映STL文件逼近CAD模型的精度指標(biāo)表面上是小三角形的數(shù)量，實質(zhì)上是三角形平面逼近曲面時的弦差的大小。弦差指的是，近似三角形的輪廓邊與曲面之間的徑向距離。從本質(zhì)上看，用有限的小三角面的組合來逼近CAD模型表面，是原始模型的一階近似，它不包含鄰接關(guān)系信息，不可能完全表達原始設(shè)計的意圖，離真正的表面有一定的距離，而在邊界上有凸凹現(xiàn)象，所以無法避免誤差。下面以具有典型形狀的圓柱體和球體為例，說明選取不同三角形個數(shù)時的近似誤差，如下表所示。從弦差、表面積誤差以及體積誤差的本身對比和兩者之間的對比可以看出：隨著三角形數(shù)目的增多，同一模型采用STL格式逼近的精度會顯著地提高；而不同形狀特征的CAD模型，在相同的精度要求條件下，最終生成的三角形數(shù)目的差異很大。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前22頁，總共105頁。從弦差、表面積誤差以及體積誤差的本身對比和兩者之間的對比可以看出：隨著三角形數(shù)目的增多，同一模型采用STL格式逼近的精度會顯著地提高；而不同形狀特征的CAD模型，在相同的精度要求條件下，最終生成的三角形數(shù)目的差異很大。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前23頁，總共105頁。2.3STL文件的糾錯處理

1.STL文件的基本規(guī)則

（1）取向規(guī)則STL文件中的每個小三角形面都是由三條邊組成的，而且具有方向性。三條邊按逆時針順序由右手定則確定面的法矢指向所描述的實體表面的外側(cè)。相鄰的三角形的取向不應(yīng)出現(xiàn)矛盾，如圖7-6所示。

a)正確

b)錯誤圖7-6切面的方向性示意圖第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前24頁，總共105頁。

（2）點點規(guī)則每個三角形必須也只能跟與它相鄰的三角形共享兩個點，也就是說，不可能有一個點會落在其旁邊三角形的邊上，圖7-7便示意了存在問題的點。

圖7-7錯誤點示意圖

因為每一個合理的實體面至少應(yīng)有1.5條邊，因此下面的三個約束條件在正確的STL文件中應(yīng)該得到滿足：1)面必須是偶數(shù)的；2)邊必須是3的倍數(shù)；3)2×邊＝3×面。

第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前25頁，總共105頁。

（3）取值規(guī)則STL文件中所有的頂點坐標(biāo)必須是正的，零和負數(shù)是錯的。然而，目前幾乎所有的CAD/CAM軟件都允許在任意的空間位置生成STL文件，唯有AutoCAD軟件還要求必須遵守這個規(guī)則。STL文件不包含任何刻度信息，坐標(biāo)的單位是隨意的。很多快速成型前處理軟件是以實體反映出來的絕對尺寸值來確定尺寸的單位。STL文件中的小三角形通常是以Z增大的方向排列的，以便于切片軟件的快速解算。

（4）合法實體規(guī)則STL文件不得違反合法實體規(guī)則，即在三維模型的所有表面上，必須布滿小三角形平面，不得有任何遺漏（即不能有裂縫或孔洞），不能有厚度為零的區(qū)域，外表面不能從其本身穿過等。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前26頁，總共105頁。

2.常見的STL文件錯誤

像其它的CAD/CAM常用的交換數(shù)據(jù)一樣，STL也經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯誤和格式錯誤，其中最常見的錯誤如下：

（1）遺漏盡管在STL數(shù)據(jù)文件標(biāo)準(zhǔn)中沒有特別指明所有的STL數(shù)據(jù)文件所包含的面必須構(gòu)成一個或多個合理的法定實體，但是正確的STL文件所含有的點、邊、面和構(gòu)成的實體數(shù)量必須滿足如下的歐拉公式：F-E+V=2-2H其中，F(xiàn)（Face）、E(Edge)、V(Vertix)、H(Hole)分別指面數(shù)、邊數(shù)、點數(shù)和實體中穿透的孔洞數(shù)。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前27頁，總共105頁。

出現(xiàn)遺漏的原因一般有如下2個方面：一是2個小三角形片面在空間的交差（如圖7-8a所示），這種情況主要是由于低質(zhì)量的實體布爾運算生成STL文件過程中產(chǎn)生的；二是在2個連接表面三角形化時不匹配造成的，如圖7-8b所示。a)

b)圖7-8遺漏錯誤產(chǎn)生原因示意圖第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前28頁，總共105頁。

（2）退化面

退化的面是STL文件中另一個常見的錯誤。它不像上面所說的錯誤一樣，它不會造成快速成型加工過程的失敗。這種錯誤主要包括以下2種類型：①點共線（如圖7-9a）?；蛘呤?，不共線的面在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程中形成了三點共線的面。②點重合（如圖7-9b）?；蛘呤?，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換運算時造成這種結(jié)果。123132a)

b)圖7-9退化面形成示意圖第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前29頁，總共105頁。

盡管，退化面并不是很嚴(yán)重的問題，但這并不是說，它就可以忽略。一方面，該面的數(shù)據(jù)要占空間；另一方面，也是更重要的，這些數(shù)據(jù)有可能使快速成型前處理的分析算法失敗，并且使后續(xù)的工作量加大和造成困難。圖7-10便是由劃分三角形面而產(chǎn)生的無窮多的退化面的一個例子。圖7-10由劃分三角形面而產(chǎn)生無窮多的退化面第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前30頁，總共105頁。

（3）模型錯誤這種錯誤不是在STL文件轉(zhuǎn)換過程中形成的，而是由于CAD/CAM系統(tǒng)中原始模型的錯誤引起的，這種錯誤將在快速成型制造過程中表現(xiàn)出來。（4）錯誤法矢面進行STL格式轉(zhuǎn)換時，會因未按正確的順序排列構(gòu)成三角形的頂點而導(dǎo)致計算所得法矢的方向相反。為了判斷是否錯誤，可將懷疑有錯的三角形的法矢方向與相鄰的一些三角形的法矢加以比較。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前31頁，總共105頁。3.STL文件瀏覽和編輯

由于STL文件在生成過程中以及原有的CAD模型等原因經(jīng)常會出現(xiàn)一些錯誤，因此，為保證有效地進行快速原型的制作，對STL文件進行瀏覽和編輯處理是十分必要的。目前，已有多種用于觀察和編輯（修改）STL格式文件及與RP數(shù)據(jù)處理直接相關(guān)的專用軟件，如表7-5所示。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前32頁，總共105頁。

在上述眾多的STL文件瀏覽與編輯軟件中，Materialise公司開發(fā)的Magics軟件提供了能完善處理STL文件的功能，該軟件提供了3個主要的面向快速成型的軟件包，其功能如表7-6和表7-7所示。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前33頁，總共105頁。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前34頁，總共105頁。2.4STL文件的輸出

當(dāng)CAD模型在一個CAD/CAM系統(tǒng)中完成之后，在進行快速原型制作之前，需要進行STL文件的輸出。目前，幾乎所有的商業(yè)化CAD/CAM系統(tǒng)都有STL文件的輸出數(shù)據(jù)接口，而且操作和控制也十分方便。在STL文件輸出過程中，根據(jù)模型的復(fù)雜程度和所要求的精度指標(biāo)，可以選擇STL文件的輸出精度。下面以Pro/E、UG以及AutoCAD軟件為例示意STL文件的輸出過程及精度指標(biāo)的控制。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前35頁，總共105頁。1.Pro/E2000i中STL文件的輸出(1)首先選擇菜單欄中的File菜單，然后選擇Export中的Model選項。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前36頁，總共105頁。

（2）從菜單中選STL，可以看到菜單中有兩種控制格式ChordHeight、AngleControl，根據(jù)需要選擇適當(dāng)?shù)念愋?。系統(tǒng)默認(rèn)的是STLBinary，但是，如果需要ASCII格式可選擇STLASCII命令。確定之后，選Output執(zhí)行。ChordeHeight指標(biāo)為真實面和拼接面之間的最大差額。AngleControl為0到1之間的一個小數(shù)。系統(tǒng)將用ChordHeight來拼接模型而忽略實體的具體特征。如果輸入1，則系統(tǒng)將用ChordHeight乘以目標(biāo)半徑和實體最大尺寸值的十分之一之間的一個值。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前37頁，總共105頁。

(3)Pro/E此時會要求選擇一個坐標(biāo)系。選Default系統(tǒng)默認(rèn)的坐標(biāo)系，或者，自建一個。如果零件不是位于第一象限，系統(tǒng)將會出現(xiàn)錯誤提示信息問是否繼續(xù)，輸入YES，繼續(xù)。因為，現(xiàn)在很多軟件能自動把它轉(zhuǎn)換到適當(dāng)?shù)奈恢?。第二?jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前38頁，總共105頁。2.UG中STL文件的輸出(1)選擇File菜單中的Export命令下拉菜單中的Rapid-Prototyping操作。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前39頁，總共105頁。

(2)出現(xiàn)下面的對話框后，可以選擇輸出格式（Binary，ASCII）及角度公差，拼接公差。也可以選擇系統(tǒng)默認(rèn)值，點擊OK完成。這時系統(tǒng)會提示輸入STL頭文件信息，頭文件信息可以不添加，直接點擊OK完成。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前40頁，總共105頁。

(3)然后，用鼠標(biāo)左鍵選擇要輸出的實體，這時被選擇的實體會改變顏色以示選中，點擊OK完成。圖7-11為某CAD模型采用UG進行STL輸出最終形成的三角形化的結(jié)果。圖7-11某CAD模型的STL輸出時的三角形化結(jié)果第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前41頁，總共105頁。3.AUTOCAD中STL文件的輸出

在AUTOCAD中物體的光滑程度和誤差大小是可以設(shè)定的。系統(tǒng)默認(rèn)的是0.5，用戶可以自定義0.01到10之間的任何值。值越大，物體的表面質(zhì)量越好。當(dāng)然，文件大小也隨著增大。

(1)在示例中輸入10，按ENTER鍵確定。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前42頁，總共105頁。（2）當(dāng)命令行出現(xiàn)stlout時再按一下ENTER，這時系統(tǒng)會提示選擇輸出的實體。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前43頁，總共105頁。

(3)實體選擇之后，系統(tǒng)會提示選擇要輸出的格式，選擇完畢后按ENTER確定。系統(tǒng)一般默認(rèn)的是Binary格式。(4)這時會出現(xiàn)“創(chuàng)建STL文件”對話框。在此對話框中可以選擇自己文件名和存放路徑。選擇完后，點擊“Save”按鈕確定。在一般情況下，當(dāng)實體有一部分或者是整體不在第一象限時，AUTOCAD拒絕生成STL文件。這時，需要用移動命令來挪動它，使它處在第一象限，然后重復(fù)上面的操作。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前44頁，總共105頁。

(5)OUT和AMSTLOUT的比較介紹STLOUT和AMSTLOUT是在AUTOCAD中生成STL文件的兩個主要命令。AMSTLOUT轉(zhuǎn)換時物體可以是裝配零件，但是，STLOUT只能是沒有相互關(guān)系的實體。下表給出了兩者的比較。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前45頁，總共105頁。2.5分割與拼接處理

STL文件分割與拼接的意義：在實際快速原型制作過程中，如果所要制作的原型尺寸相對于快速成型系統(tǒng)臺面尺寸過大或過小，就必須對STL模型進行剖切處理或者有必要進行拼接處理。拼接可以將多個尺寸相對偏小的STL模型合并成一個STL模型，并在同一工作臺上同時成型。目的是節(jié)省快速成型機的機時，降低成型費用，提高成型效率。如果一個STL模型的尺寸超過了成型機工作臺尺寸而無法一次成型，可采用分割STL模型的方法將一個STL模型分成多個STL模型，而后在成型機上依次加工，再將加工好的各個部分粘合還原成整體原型，這樣解決了快速成型機加工尺寸范圍有限的問題。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前46頁，總共105頁。1.STL文件的分割原理和算法

（1）分割基本原理

STL文件分割的基本原理是將一個STL文件分成兩個新STL文件，即用多個面將一個STL模型分成若干個部分，每部分重新構(gòu)成一個STL模型，每個新STL文件對應(yīng)一個新生成的STL模型。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前47頁，總共105頁。

具體地說，分割就是用1個平面將一個空間物體分成兩部分，實際上是平面與空間物體的求交問題。分割后的每部分必須要有構(gòu)成完整的三維實體模型幾何信息。由于快速成型系統(tǒng)中的處理三維實體模型是由許多個空間三角形逼近的表面模型，因此分割實質(zhì)上就是如何將若干個空間三角形以1個平面為界，分成若干個空間三角形集合。位于平面不同側(cè)面的三角形集合構(gòu)成不同的小實體。但是，每個小實體均缺少一個封閉面，存在一個“空間”，就像一個桶缺少一個蓋子一樣，因此，必須要生成一個封閉面，將每一個實體完全封閉。

三維實體表面與切割平面相交的交線是截面輪廓線，顯然，截面輪廓線不可能直接構(gòu)成一個面，必須將截面輪廓的內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間的區(qū)域、單個外環(huán)內(nèi)的區(qū)域用三角形網(wǎng)格填充封閉，形成輪廓截面，這個輪廓截面就是實體的封閉面。加入該封閉面，每個實體就可以形成一個完整獨立的三維CAD實體模型。至此，一個實體被分割成兩個實體。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前48頁，總共105頁。

（2）分割基本算法

分割過程有以下四個基本模塊：

1)分割過程前置處理

對于任意一個空間三角形來說，它與切割平面的位置關(guān)系不外乎三種情況：位于平面之上、位于平面之下、與平面相交，如圖7-12a、b、c所示。位于平面之上的三角形構(gòu)成一個集合，位于平面之下的三角形構(gòu)成另一個三角形的集合。若三角形與平面相交，其交點可能是一條線段也可能為一個點。若三角形中的任意頂點與平面相交，在以后的處理過程中會遇到很多麻煩，為此需采用切片高度攝動法，即將三角形沿平面法向方向向上或向下移動一個極小的位移量，以保證三角形中的任意頂點不落在平面上，確保三角形與該平面相交為一條線段或根本不相交，這是在切片過程中必須要解決的問題。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前49頁，總共105頁。圖7-12三角形與切割平面的位置關(guān)系

所有與平面相交的三角形構(gòu)成一個三角形集合，其中的每一個三角形必須變成三個三角形。因為與平面相交的空間三角形被平面分成兩部分：一部分為三角形，另一部分為平面四邊形。在STL文件中不能出現(xiàn)四邊形，必須將四邊形變成兩個三角形，如圖7-12d所示。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前50頁，總共105頁。2)輪廓截面的形成

切片以STL文件格式為基礎(chǔ)，首先讀入STL文件，將STL模型與平面求交，得出平面內(nèi)的交線再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理生成截面輪廓線。由于STL模型是由大量的小三角形平面片組成，切片問題實質(zhì)上是平面與平面求交問題。在對其進行切片處理后，其每一個切片界面都是由一組封閉的輪廓線組成。如果切片界面上的某條封閉輪廓線變成一條線段，則切片平面切到一條邊上；如果界面上的某條封閉輪廓變成一點，則切片平面切到一個頂點上。這些情況將影響后續(xù)工作的進行，需采用切片高度攝動法（即將三角形沿平面發(fā)向方向向上或向下移動一個極小的位移量），以避免這種影響。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前51頁，總共105頁。3)輪廓三角形網(wǎng)格化切片后的輪廓封閉線由若干個封閉的有向內(nèi)外環(huán)構(gòu)成。為保證輪廓界面是新STL模型的一部分，必須將其進行三角形面化處理，使內(nèi)外環(huán)之間區(qū)域或單獨外環(huán)里的區(qū)域用三角形網(wǎng)格填充，這樣才能使分割成的兩部分都是完整的立體圖形。平面網(wǎng)格化的形成算法有很多，采用平面上的有界區(qū)域的任意多邊形Delaunary三角劃分法可以實現(xiàn)輪廓截面的三角形網(wǎng)格化。這種方法能對凸域內(nèi)的三角形進行劃分，具有三角剖分結(jié)果唯一、程序簡單、運行穩(wěn)定可靠的優(yōu)點，能有效的對給定的有界區(qū)域進行三角形劃分，形成三角形網(wǎng)格。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前52頁，總共105頁。設(shè)內(nèi)外環(huán)總邊數(shù)為N，外環(huán)按逆時針方向，內(nèi)環(huán)按順時針方向，第M條邊的起點序號Lm1，終點序號為Lm2。①若N=3，則該多邊形為一個三角形，劃分結(jié)束，退出；否則令M=1，轉(zhuǎn)入②；②令M=M+1，若Lm2在有向線段L11、L12之左，轉(zhuǎn)入③，否則轉(zhuǎn)入②；③判斷當(dāng)前多邊形的其余各邊是否與線段L11Lm2或L12Lm2相交。若是轉(zhuǎn)入②，否則轉(zhuǎn)入④；④保存節(jié)點Lm2到候選節(jié)點鏈表中，若M=N，轉(zhuǎn)入⑤，否則轉(zhuǎn)入②；⑤從候選節(jié)點鏈表中找到節(jié)點L0與節(jié)點L11、L12組成L11L0L12角度最大，則節(jié)點L0、L11、L12可以構(gòu)成一個Delaunay三角形，同時對多邊形修正如下：a)若線段L11L0與L12L0都不是當(dāng)前多邊形的邊界線段，則令N=N+1，L0=L12，Ln1=L12，轉(zhuǎn)入①；b)若線段L11L0（或L12L0）是當(dāng)前三角形的第K條邊，而線段L12L0（或L11L0）不是當(dāng)前多邊形的邊，則令N=N-1，L11=L0（或L12=L0），Lk1=Ln1，Lk2=Ln2，轉(zhuǎn)入①；c)若線段L11L0與L12L0分別是當(dāng)前多邊形的第K條邊和第J條邊，則將線段L11L12、第K條邊和第J條邊從當(dāng)前多邊形中去掉，N=N-3，轉(zhuǎn)入①。任意多邊形Delaunary三角劃算法第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前53頁，總共105頁。4）一個三角形轉(zhuǎn)化為多個三角形切片時，STL模型與切片平面相交，許多三角形被切片平面分成兩部分：一部分為三角形，另一部分可能為三角形也可能為四邊形。圖7-13a為四邊形位于切片平面之下；圖7-13b為平面四邊形位于切片平面之上；圖圖7-13c為原三角形恰好被分成兩個三角形。將上述平面四邊形的對角線相連可形成兩個新的三角形。這些生成的三角形構(gòu)成了新STL模型不可缺少的一部分。

圖7-13一個三角形被切片平面分成多個三角形第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前54頁，總共105頁。2.STL文件的拼接原理和算法

（1）拼接基本原理

拼接的基本原理是，在兩個原STL模型不發(fā)生干涉的情況下，按一定的要求對某一個STL模型進行平移或旋轉(zhuǎn)變換，然后把兩個STL模型數(shù)據(jù)都保存在一個STL文件中，從而兩個STL模型變成了一個新STL模型，兩個STL文件合并成為一個新的STL文件。從文件格式分析可知，STL文件包含許多空間小三角形的數(shù)據(jù)。其中每個三角形平面都用一個法向向量、三個頂點的坐標(biāo)來描述。許許多多小三角形平面構(gòu)成了三維STL模型的所有表面。因此，拼接的基本任務(wù)就是將某一個原STL模型包含的空間三角形進行平移、旋轉(zhuǎn)的幾何位置變換，獲得具有最佳相對位置的新STL文件。

第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前55頁，總共105頁。

（2）拼接算法

拼接包括以下五個步驟：讀入多個STL文件，在計算機中顯示出多個要拼接的原STL模型；建立一個數(shù)據(jù)文件File，用于保存原STL模型被拼接后形成的新STL模型的數(shù)據(jù)；平移變換。若對一個原STL模型平移，在三個坐標(biāo)方向的平移量為X、Y、Z，相應(yīng)的平移變換矩陣為：

第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前56頁，總共105頁。旋轉(zhuǎn)變換。繞X軸轉(zhuǎn)α角，變換矩陣為：繞Y軸轉(zhuǎn)β，變換矩陣為：繞Z軸轉(zhuǎn)，變換矩陣為：

通過以上矩陣對模型進行變換處理后，將變換后模型的數(shù)據(jù)存入File中。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前57頁，總共105頁。同理，按（3）、（4）步驟可對其它的STL模型進行變換。最后把沒有實施幾何變換的模型的數(shù)據(jù)也存入File中，將文件File轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的STL文件。在實際拼過程中，可以按需要對單個模型進行平移或旋轉(zhuǎn)變換，也可以對多個模型進行平移和旋轉(zhuǎn)變換。如果要將某個模型放大或縮小，只需將該模型乘以一個比例因子k即可。拼接后的新STL模型包含了拼接前所有的原STL模型的幾何信息，快速成型機加工一個新STL模型，實質(zhì)上同時加工多個原STL模型。這樣，大大地提高了快速成型機的生產(chǎn)效率，同時也節(jié)省了時間和材料。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前58頁，總共105頁。3.STL文件的拼接和分割示例

目前，國際上部分STL瀏覽和編輯軟件具有STL文件的分割功能，如SolidView/ProRP、Magics等。國內(nèi)部分從事快速成型技術(shù)研究的高校也在開發(fā)專用的STL文件的分割與拼接軟件。下面以山東大學(xué)模具工程技術(shù)研究中心開發(fā)的軟件示例STL文件分割與拼接的實現(xiàn)。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前59頁，總共105頁。（1）拼接實例

選擇菜單中OpenAscIIfile中的firstAscIIfile，打開第一個STL文件。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前60頁，總共105頁。選擇菜單OpenAscIIfile中的secondAscIIfile打開第二個STL文件。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前61頁，總共105頁。選擇菜單Unite中的frontbackalign并給出間隔的距離，使兩個圖形前后對齊。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前62頁，總共105頁。選擇菜單SaveAs中的AscIIfile將拼接好的文件存為一個文本格式的文件輸出；或者選擇Binaryfile保存為一個二進制格式的文件輸出。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前63頁，總共105頁。（2）分割實例如前所示，打開一個STL文件并在屏幕上顯示。

第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前64頁，總共105頁。選擇Split菜單將圖形沿垂直于Z軸方向切割。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前65頁，總共105頁。選擇菜單SaveFirstAs和SaveSecondAs分別將分割后的文件保存為兩個文本格式的STL文件。然后利用該軟件的拼接功能，重新調(diào)入已經(jīng)分割后的2個STL文件，通過平移或旋轉(zhuǎn)的命令調(diào)整其中的某一部分到合適的位置，輸出一個單一的STL文件進行一體加工，然后粘結(jié)復(fù)原。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前66頁，總共105頁。對其進行分割與拼接處理的目的是為了節(jié)省原型制作的時間與成本。對上述示意的該STL模型，未經(jīng)處理進行整體疊層實體原型制作的時間約為27h，耗材約21kg。采取STL數(shù)據(jù)模型分割與拼接后進行原型制作，不但可以節(jié)省下部圓柱體部分的制作時間，還可以節(jié)省耗材。圖7-14通過分割處理制作的LOM原型通過對下部圓柱體部分沿高度38mm分割之后上移至旋輪手柄中間進行制作，節(jié)省了7h制作時間，同時節(jié)省約25%的原材料。通過分割與拼接處理后進行制作的LOM原型如圖7-14所示。第二節(jié)STL數(shù)據(jù)文件及處理當(dāng)前67頁，總共105頁。STL數(shù)據(jù)文件及處理三維模型的切片處理CAD三維模型的構(gòu)建方法123STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP4CT圖像數(shù)據(jù)處理軟Mimics5第七章快速成型技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理當(dāng)前68頁，總共105頁。

快速成型系統(tǒng)中切片處理極為重要。切片的目的是要將模型以片層方式來描述。通過這種描述，無論零件多么復(fù)雜，對每一層來說卻是很簡單的平面。切片處理是將計算機中的幾何模型變成輪廓線來表述。這些輪廓線代表了片層的邊界，輪廓線是由一系列的環(huán)路來組成的，由許多點來組成一個環(huán)路。切片軟件的主要任務(wù)是接受正確的STL文件，并生成指定方向的截面輪廓線和網(wǎng)格掃描線，如圖7-15所示。第三節(jié)三維模型的切片處理圖7-15切片軟件的主要作用及任務(wù)當(dāng)前69頁，總共105頁。

3.1切片方法

快速成型工藝中的主要切片方式一般有STL切片和直接切片兩種方式。1.STL切片

（1）直接STL切片

1987年，鑒于當(dāng)時計算機技術(shù)軟硬件技術(shù)相對落后，3DSystems公司的Albert顧問小組參考FEM（FiniteElementsMethod）單元劃分和CAD模型著色的三角化方法對任意曲面CAD模型作小三角形平面近似，開發(fā)了STL文件格式，并由此建立了從近似模型中進行切片獲取截面輪廓信息的統(tǒng)一方法，延用至今。多年以來，STL文件格式受到越來越多的CAD系統(tǒng)和RP設(shè)備的支持，成為快速成型行業(yè)事實上的標(biāo)準(zhǔn)，極大地推動了快速成型技術(shù)的發(fā)展。它實際上就是三維模型的一種單元表示法，它以小三角形面為基本描述單元來近似模型表面。第三節(jié)三維模型的切片處理當(dāng)前70頁，總共105頁。

切片是幾何體與一系列平行平面求交的過程，切片的結(jié)果將產(chǎn)生一系列曲線邊界表示的實體截面輪廓，組成一個截面的邊界輪廓環(huán)之間只存在2種位置關(guān)系：包容或相離。切片算法與輸入幾何體的表示格式密切相關(guān)。STL格式采用小三角形平面近似實體表面，這種表示法最大的優(yōu)點就是切片算法簡單易行，只需要依次與每個三角形求交即可。STL文件因其特定的數(shù)據(jù)格式存在數(shù)據(jù)冗余、文件龐大及缺乏拓撲信息等，也因數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和前期的CAD模型的錯誤，有時出現(xiàn)懸面、懸邊、點擴散、面重疊、孔洞等錯誤，診斷與修復(fù)困難。同時，使用小三角形平面來近似三維曲面，還同時存在下列問題：存在曲面誤差；大型STL文件的后續(xù)切片將占用大量的機時；當(dāng)CAD模型不能轉(zhuǎn)化成STL模型或者轉(zhuǎn)化后存在復(fù)雜錯誤時，重新造型將使快速原型的加工時間與制造成本增加。正是由于這些原因，不少學(xué)者發(fā)展了其它切片方法。第三節(jié)三維模型的切片處理當(dāng)前71頁，總共105頁。

（2）容錯切片

容錯切片（TolerateErrorsSlicing）基本上避開STL文件三維層次上的糾錯問題，直接對STL文件切片，并在二維層次上進行修復(fù)。由于二維輪廓信息十分簡單，并具有閉合性、不相交等簡單的約束條件，特別是對于一般機械零件實體模型而言，其切片輪廓多為簡單的直線、圓弧、低次曲線組合而成，因而能容易地在輪廓信息層次上發(fā)現(xiàn)錯誤，依照以上多種條件與信息，進行多余輪廓去除、輪廓斷點插補等操作，可以切出正確的輪廓。對于不封閉輪廓，采用評價函數(shù)和裂紋跟蹤處理，在一般三維實體模型隨機丟失10%三角形的情況下，都可以切出有效的邊界輪廓。第三節(jié)三維模型的切片處理當(dāng)前72頁，總共105頁。

（3）定層厚切片

快速成型制造技術(shù)實質(zhì)上是分層制造、層層疊加的過程，分層切片是指對已知的三維CAD實體數(shù)據(jù)模型求某方向的連續(xù)截面的過程。切片模塊在系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，其結(jié)果直接影響加工零件的規(guī)模、精度和復(fù)雜程度，它的效率也關(guān)系到整個系統(tǒng)的效率。切片處理的數(shù)據(jù)對象只是大量的小三角形平面片，因此切片的問題實質(zhì)上是平面與平面的求交問題。由于STL三角形面化模型代表的是一個有序的、正確的、且唯一的CAD實體數(shù)據(jù)模型，因此對其進行切片處理后，其每一個切片截面應(yīng)該由一組封閉的輪廓線組成。第三節(jié)三維模型的切片處理當(dāng)前73頁，總共105頁。

定層厚分層算法過程如下：排除奇異點。分層處理時，若有三角形頂點落在切平面上，則稱該頂點為奇異點。切片過程中出現(xiàn)的奇異點若帶入后續(xù)處理過程，會使得后續(xù)處理算法復(fù)雜，因此要設(shè)法排除奇異點。切片的第一個階段是根據(jù)當(dāng)前切片面高度，搜索所有的三角形頂點，判斷是否存在奇異點。若存在奇異點，則可以用微動法調(diào)整切平面高度，使之避開奇異點。搜索求交。搜索求交的主要工作是依次取出組成實體表面的每一個三角形面片，判斷它是否與切平面相交。若相交，則計算出兩交點坐標(biāo)。整序保存。搜索求交計算出的是一條條雜亂無序的交線，為便于后續(xù)處理，必須將這些雜亂無章的交線依次連接起來，組成首尾相連的閉合輪廓。重復(fù)上述三個過程，即可得到CAD實體零件分層后的每個截面數(shù)據(jù)，可以根據(jù)相應(yīng)的文件格式將所有信息寫入層面文件，待下一步軟件處理生成加工掃描文件。第三節(jié)三維模型的切片處理當(dāng)前74頁，總共105頁。

（4）適應(yīng)性切片適應(yīng)性切片(AdaptiveSlicing)根據(jù)零件的幾何特征來決定切片的層厚，在輪廓變化頻繁的地方采用小厚度切片，在輪廓變化平緩的地方采用大厚度切片。與統(tǒng)一層厚切片方法比較，可以減小Z軸誤差、階梯效應(yīng)與數(shù)據(jù)文件的長度。適應(yīng)性切片和統(tǒng)一厚度切片的示意如圖7-16所示。a)等層厚切片

b)適應(yīng)性切片圖7-16適應(yīng)性切片與等層厚切片比較

第三節(jié)三維模型的切片處理當(dāng)前75頁，總共105頁。2.直接切片

在工業(yè)應(yīng)用中，保持從概念設(shè)計到最終產(chǎn)品的模型一致性是非常重要的。在很多例子中，原始CAD模型本來已經(jīng)精確表示了設(shè)計意圖，STL文件反而降低了模型的精度。而且，使用STL格式表示方形物體精度較高，表示圓柱形、球形物體精度較差。對于特定的用戶，生產(chǎn)大量高次曲面物體，使用STL格式會導(dǎo)致文件巨大，切片費時，迫切需要拋開STL文件，直接從CAD模型中獲取截面描述信息。在加工高次曲面時，直接切片(DirectSlicing)明顯優(yōu)于STL方法。相比較而言，采用原始CAD模型進行直接切片具有如下優(yōu)點：（1）減少快速成型的前處理時間；（2）避免STL格式文件的檢查和糾錯過程；（3）降低模型文件的規(guī)模；（4）直接采用RP數(shù)控系統(tǒng)的曲線插補功能，從而可提高工件的表面質(zhì)量；（5）提高原型件的精度。第三節(jié)三維模型的切片處理當(dāng)前76頁，總共105頁。

直接切片的方法有多種，如基于ACIS的直接切片法和基于ARXSDK的直接切片法等。基于ACIS直接切片法的流程圖如圖7-17所示。ACIS是一種現(xiàn)代幾何造型系統(tǒng)，它以開放面向目標(biāo)的結(jié)構(gòu)（OpenObject－orientedArchitecture），提供曲線、表面和實體造型功能。從圖7-17可見，ACIS用作幾何信息轉(zhuǎn)換的媒介?；贏RXSDK（AutoCADRuntimeeXtensionSoftwareDevelopmentKit）的直接切片法可以針對AutoCAD模型直接進行切片。這兩種切片方法的共同點是，經(jīng)過一個未作近似處理的中間文件—ACIS或ARXSDK，對CAD模型進行直接切片。圖7-17基于ACIS的直接切片

第三節(jié)三維模型的切片處理當(dāng)前77頁，總共105頁。

3.2切片算法

切片算法必須能夠滿足切片的速度要求，這是加工工藝所要求的，因為下一切片層的高度是在前一層被加工完畢后才檢測計算出來的，而且，由于整個系統(tǒng)在工作時要求是全自動的，因此，每個加工環(huán)節(jié)都必須具有高的可靠性，同時也必須要有一個速度快、可靠性高的切片軟件。圖7-18所示為一種切片程序框圖。首先讀入STL格式文件，并將所有三角形面的頂點坐標(biāo)乘以一個較大的數(shù)（如5000），使其變?yōu)檎麛?shù)，以利于提高運算速度。然后，將所有平行于X-Y平面的三角形面選作表層（如工件的底面或頂面），剩下的三角形面都用來計算是否與Z0+n△Z相交。其中，Z0為模型的最底層的Z面，△Z為切片層厚度，n為層數(shù)。如果相交，則交線為輪廓線，使交線彼此順序頭、尾相接，組成環(huán)。最后，確定義X、Y方向的網(wǎng)格線。第三節(jié)三維模型的切片處理當(dāng)前78頁，總共105頁。第三節(jié)三維模型的切片處理當(dāng)前79頁，總共105頁。圖7-18切片程序框圖

第三節(jié)三維模型的切片處理當(dāng)前80頁，總共105頁。STL數(shù)據(jù)文件及處理三維模型的切片處理CAD三維模型的構(gòu)建方法123STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP4CT圖像數(shù)據(jù)處理軟Mimics5第七章快速成型技術(shù)中的數(shù)據(jù)處理當(dāng)前81頁，總共105頁。

MagicsRP軟件是比利時Materialise公司推出的面向快速成型技術(shù)數(shù)據(jù)處理的大型STL數(shù)據(jù)編輯處理平臺。4.1Magics軟件編輯功能Magics是一個十分理想和完整的處理STL格式文件的軟件，該軟件處理片面數(shù)據(jù)簡捷高效，提供了豐富且自動化程度很高的STL文件操作工具。第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP當(dāng)前82頁，總共105頁。

1.常規(guī)處理工具

在常規(guī)處理工具中，Magics軟件可以對STL文件進行旋轉(zhuǎn)、變換、復(fù)制、鏡像、調(diào)整尺寸和裝配等；可以對平面、圓柱體、軸及球體等特征進行2D和3D的距離、半徑、角度等的測量，如圖7-19所示；其剖切功能能夠使操作者更好地理解STL文件；用戶自定義坐標(biāo)系統(tǒng)能夠使操作者定義并在多坐標(biāo)系統(tǒng)下工作；同時Magics軟件還具有對STL文件進行壓縮和解壓操作功能。圖7-19Magics軟件的可視化和測量功能

第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP當(dāng)前83頁，總共105頁。2.高級處理工具在高級處理工具中，Magics軟件提供了功能強大的STL文件的設(shè)計修改功能。其標(biāo)定工具可以將字符雕刻或者浮凸在模型的任意復(fù)雜的曲面上，可以定義字體和字號，圖7-20示意了在某STL文件模型表面上標(biāo)定了所使用軟件的版本號；Magics軟件提供了STL文件的剖切和沖孔功能，方便地實現(xiàn)了大尺寸模型的原型制作問題；在分解STL文件時，可生成便于對接的結(jié)構(gòu)，如圖7-21所示；Magics軟件可以對STL文件進行并、交、差等布爾運算，如圖7-22所示；此外，Magics軟還具有對復(fù)雜零件的精確抽殼功能以及光順去除噪音點的功能，如圖7-23所示。

第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP當(dāng)前84頁，總共105頁。圖7-21Magics軟件的剖切功能

圖7-22復(fù)雜形體的布爾減運算

圖7-23Magics軟件的光順功能

圖7-20Magics軟件的標(biāo)定功能圖

第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP當(dāng)前85頁，總共105頁。4.2Magics軟件修復(fù)功能

許多STL文件常存在壞的邊、孔洞或其它一些缺陷，在進行快速成型制作之前需要進行相應(yīng)的修復(fù)。1.清晰的可視化和信息提供功能

Magics軟件具有非常突出的可視化工具，可以強化STL文件中的問題，如錯誤的法矢、壞的邊、裂縫等都可以非常清晰地指示出來。采用閃動的辦法顯示STL文件具有錯誤的部位并且能夠精確地定位缺陷的位置，如圖7-24所示。Magics的STL分析功能可以對STL文件進行性能測試，可以給出模型的尺寸信息、三角形數(shù)量、壞邊的數(shù)量、體積、表面數(shù)量等等。

圖7-24Magics的可視化功能

第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP當(dāng)前86頁，總共105頁。2.自動修復(fù)功能

Magics使用智能算法可以對有缺陷的STL文件進行自動修復(fù)，這樣可以大大加快修復(fù)的速度。Magics可以判斷出零件的內(nèi)外表面并且隨后檢測每一個小三角形的方位是否適合正確的描述，如果存在問題，具有錯誤法矢點的單一三角形或整個面，將被自動地反轉(zhuǎn)過來，如圖7-25所示。圖7-25Magics的法矢錯誤修復(fù)功能

第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP當(dāng)前87頁，總共105頁。

由2個小三角形之間縫隙產(chǎn)生的壞的邊可以在Magics軟件中自動縫合，僅需要給出預(yù)期的誤差和迭代的次數(shù)即可，其縫隙縫合功能示意如圖7-26所示。Magics軟件的自動三角形化功能可以迅速地實現(xiàn)孔洞和縫隙的三角形化填充，即便具有復(fù)雜幾何形狀或者輪廓的孔洞也可以使用高級的自由孔洞填充功能迅速地自動完成修復(fù)，幾秒鐘之內(nèi)，復(fù)雜的孔洞就被實現(xiàn)相當(dāng)光順地填充，如圖7-27所示。當(dāng)Magics軟件在STL文件輸入后，也可以發(fā)現(xiàn)重復(fù)的表面并及時去除掉。

圖7-27自動三角形化功能

圖7-26縫隙縫合功能

第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP當(dāng)前88頁，總共105頁。3．高級操作功能

任何時候在Magics軟件中都可以手工進行有缺陷的或缺少的三角形的修復(fù)。通過鼠標(biāo)點擊，即可實現(xiàn)三角形的刪除、法矢的反轉(zhuǎn)以及新三角形的生成，如圖7-28所示。Magics軟件可以在不同的面之間進行布爾運算和修復(fù)工作，分離的部分可以迅速地合并成一個整體。圖7-28Magics軟件的手工修復(fù)功能

第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP當(dāng)前89頁，總共105頁。4.3Magics軟件施加支撐及切片

比利時Materialise公司開發(fā)的Magics軟件是面向快速成型制造工藝開發(fā)的處理STL格式數(shù)據(jù)文件并具有較強的自動施加支撐及分層切片功能。對于需要設(shè)計支撐的SLA及FDM快速成型工藝，該軟件提供了自動施加支撐的功能。該軟件可以根據(jù)分層處理的需要，進行模型本體和支撐結(jié)構(gòu)的切片分層處理。第四節(jié)STL數(shù)據(jù)編輯與處理軟件MagicsRP當(dāng)前90頁，總共105頁。1．STL文件載入

Magics軟件文件載入的格式可以有多種，STL、MGX和MEH等原始文件均可以通過Load命令載入，已經(jīng)經(jīng)過切片處理的文件也可以通過OpenPlatform命令打開。圖7-29給出的是Magics軟件載入的小扳