本發(fā)明涉及3D打印制造服務(wù)領(lǐng)域，提供了一種在線3D打印定制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

3D打印技術(shù)正在改變?nèi)祟愔圃旌徒桓懂a(chǎn)品的方式。在基于3D數(shù)據(jù)的3D打印制造網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，任何節(jié)點(diǎn)可以和其他節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)交互獲取各自需要的3D數(shù)字模型，發(fā)布定制需求，然后通過分布式的制造節(jié)點(diǎn)(包括3D打印中心、數(shù)控加工中心、激光雕刻中心)來生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)。而打造分布式的3D打印制造網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，要解決的核心技術(shù)問題之一，就是對(duì)3D模型數(shù)據(jù)的提取和體積計(jì)算方法。傳統(tǒng)的計(jì)算方法主要是平面剖分方法和四面體剖分方法兩種。其中，平面剖分方法需要提取模型的頂點(diǎn)、邊、三角面特征構(gòu)建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，運(yùn)算復(fù)雜導(dǎo)致運(yùn)行速度很慢，甚至?xí)谔幚硪话僬滓陨系哪Ｐ蛿?shù)據(jù)是導(dǎo)致云端處理器發(fā)生異常，終止運(yùn)行。同時(shí)，基于平面剖分方法的體積的計(jì)算為，平面與模型相切所得截面面積與相鄰剖切平面間高度的乘積，因而所得結(jié)果為近似體積。然而在模型曲面較多的情況下，這種計(jì)算所得的近似體積往往準(zhǔn)確度較低，因而系統(tǒng)不能提供準(zhǔn)確的報(bào)價(jià)。

四面體剖分方法則是將3D模型進(jìn)行剖分，將三角面片投影到一個(gè)平面上，建立多面體單元，將該多面體剖分為一個(gè)三棱柱和兩個(gè)四面體，分別計(jì)算出這三部分的有向體積，求和得到多面體單元的有向體積。然后，求出所有多面體單元的有向體積之和就是3D模型的體積。相比平面剖分方法，四面體剖分方法計(jì)算得到的體積準(zhǔn)確度較高，能很好地滿足系統(tǒng)報(bào)價(jià)要求。然而，傳統(tǒng)的四面體剖分方法需要大量提取并存儲(chǔ)模型的三角面片法向量信息，以及，通過讀取三角面片的法向量去判斷該四面體的體積正負(fù)，系統(tǒng)的計(jì)算冗雜而緩慢，仍然不能滿足在線3D打印定制實(shí)時(shí)報(bào)價(jià)的速度要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種在線3D打印定制系統(tǒng)及方法，為企業(yè)提供一種系統(tǒng)化的處理打印業(yè)務(wù)的方法，為用戶提供一種更快、更準(zhǔn)確的方法實(shí)現(xiàn)打印需求，使得整個(gè)定制過程周期更短、更透明、更精確。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種在線3D打印定制系統(tǒng)，包括：

接收模塊，用于接收并讀取用戶上傳的3D模型文件；

顯示模塊，用于根據(jù)顯示窗口大小自動(dòng)對(duì)用戶上傳的3D模型進(jìn)行縮放以合適的尺寸進(jìn)行可旋轉(zhuǎn)的顯示，并通過設(shè)置視場(chǎng)內(nèi)攝像機(jī)的角度，顯示模型不同視角的截面圖；

尺寸信息提取模塊，用于建立對(duì)應(yīng)于用戶上傳的3D模型的長寬高尺寸信息的最小立方體包圍盒，并求解該立方體包圍盒的長寬高，得到3D模型的尺寸信息；

體積計(jì)算模塊，用于計(jì)算用戶上傳的3D模型的所有三角面片與原點(diǎn)構(gòu)成的四面體的有向體積，并計(jì)算所有四面體的有向體積和，得到3D模型的體積；

參數(shù)設(shè)置模塊，用于用戶進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，選擇打印模型所用的材料、打印尺寸以及打印機(jī)；

價(jià)格生成模塊，用于根據(jù)用戶設(shè)置的參數(shù)計(jì)算打印材料用量、定制價(jià)格、打印時(shí)間；

支付模塊，用于生成支付訂單；

以及，3D打印機(jī)，用于在用戶支付完成后根據(jù)用戶設(shè)置的參數(shù)打印模型。

進(jìn)一步的，所述接收模塊接收并讀取的3D模型的文件格式包括但不限于STL、OBJ、STP、IGS、DAE、WRL、X3D。

進(jìn)一步的，參數(shù)設(shè)置模塊中，用戶進(jìn)行參數(shù)設(shè)置選擇打印模型所用的材料包括材料的物理參數(shù)及材料的商品屬性；打印機(jī)包括打印機(jī)的技術(shù)參數(shù)。

優(yōu)選的，材料的物理參數(shù)包括材料的密度、硬度、強(qiáng)度、韌性、工作溫度及成型溫度，材料的商品屬性包括材料的單價(jià)，打印機(jī)的技術(shù)參數(shù)包括該打印機(jī)所能打印的最大尺寸和打印精度。

本發(fā)明還提供了一種在線3D打印定制方法，包括如下步驟：

S1、接收并讀取用戶上傳的3D模型文件；

S2、根據(jù)顯示窗口大小自動(dòng)對(duì)用戶上傳的3D模型進(jìn)行縮放以合適的尺寸進(jìn)行可旋轉(zhuǎn)的顯示，并通過設(shè)置視場(chǎng)內(nèi)攝像機(jī)的角度，顯示模型不同視角的截面圖；

S3、建立對(duì)應(yīng)于用戶上傳的3D模型的長寬高尺寸信息的最小立方體包圍盒，并求解該立方體包圍盒的長寬高，得到3D模型的尺寸信息；

S4、計(jì)算用戶上傳的3D模型的所有三角面片與原點(diǎn)構(gòu)成的四面體的有向體積，并計(jì)算所有四面體的有向體積和，得到3D模型的體積；

S5、用戶進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，選擇打印模型所用的材料、打印尺寸以及打印機(jī)；

S6、根據(jù)用戶設(shè)置的參數(shù)計(jì)算打印材料用量、定制價(jià)格、打印時(shí)間，生成支付訂單；

S7、用戶完成支付后，根據(jù)用戶設(shè)置的參數(shù)調(diào)用相應(yīng)的3D打印機(jī)完成打印。

進(jìn)一步的，步驟S1中，接收并讀取的用戶上傳的3D模型文件格式包括但不限于STL、OBJ、STP、IGS、DAE、WRL、X3D。

進(jìn)一步的，步驟S5中，選擇打印模型所用的材料包括材料的物理參數(shù)及材料的商品屬性，選擇打印機(jī)包括該打印機(jī)的技術(shù)參數(shù)。

優(yōu)選的，材料的物理參數(shù)包括材料的密度、硬度、強(qiáng)度、韌性、工作溫度及成型溫度，材料的商品屬性包括材料的單價(jià)，打印機(jī)的技術(shù)參數(shù)包括該打印機(jī)所能打印的最大尺寸和打印精度。

本發(fā)明提供的在線3D打印定制系統(tǒng)及方法，有效的解決了3D打印產(chǎn)品定制過程復(fù)雜、報(bào)價(jià)沒有固定標(biāo)準(zhǔn)、交易流程復(fù)雜的問題。首先，用戶選擇指定類型的模型文件并進(jìn)行上傳，之后Web系統(tǒng)每次自動(dòng)讀取模型并進(jìn)行顯示。由于顯示模型的窗口大小固定，而通常用戶上傳的模型尺寸差異很大，Web系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)模型進(jìn)行縮放，并在窗口以固定大小顯示。系統(tǒng)則按照原模型提取其尺寸特征并計(jì)算體積。本發(fā)明提出一種新的模型體積計(jì)算方法，同時(shí)克服了平面剖分方法計(jì)算準(zhǔn)確度低，以及傳統(tǒng)四面體剖分方法計(jì)算速度慢的缺點(diǎn)，通過一種新的算法，在系統(tǒng)讀取模型信息之后，只存儲(chǔ)三角面片頂點(diǎn)信息而不存儲(chǔ)三角面片的法向量。通過三個(gè)頂點(diǎn)去計(jì)算法向量，節(jié)省了存儲(chǔ)空間和運(yùn)算時(shí)間，從而讓在線3D打印定制從數(shù)據(jù)提取和計(jì)算的技術(shù)層面真正變得可行和高效。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的在線3D打印定制系統(tǒng)的各模塊關(guān)系示意圖。

圖2為在線3D打印定制方法的流程示意圖。

圖3為圖2中模型體積的計(jì)算流程示意圖。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。

本發(fā)明首先提供了一種在線3D打印定制系統(tǒng)，如圖1所示，其包括接收模塊、尺寸信息提取模塊、體積計(jì)算模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、價(jià)格生成模塊、支付模塊和3D打印機(jī)。

其中，接收模塊用于接收并讀取用戶上傳的3D模型文件，其中的3D模型為用任意三維建模軟件所生成的三維模型，其模型文件格式包括STL、OBJ、DAE、WRL、X3D等。

顯示模塊用于在顯示窗口中對(duì)用戶上傳的3D模型進(jìn)行顯示。由于3D模型的大小參差不齊，所以系統(tǒng)根據(jù)顯示窗口大小自動(dòng)對(duì)模型進(jìn)行縮放并以合適的尺寸進(jìn)行顯示，用戶還可以通過鼠標(biāo)對(duì)模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。并且，通過設(shè)置視場(chǎng)內(nèi)攝像機(jī)的角度，顯示模型不同視角的截面圖，如正視圖、俯視圖、側(cè)視圖等。

尺寸信息提取模塊用于建立對(duì)應(yīng)于用戶上傳的3D模型的長寬高尺寸信息的最小立方體包圍盒，并求解該立方體包圍盒的長寬高，得到3D模型的尺寸信息。

體積計(jì)算模塊用于計(jì)算用戶上傳的3D模型的所有三角面片與原點(diǎn)構(gòu)成的四面體的有向體積，并計(jì)算所有四面體的有向體積和，得到3D模型的體積。

參數(shù)設(shè)置模塊，用于用戶進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，選擇打印模型所用的材料、打印實(shí)物尺寸以及打印機(jī)。其中，選擇打印模型所用的材料包括材料的物理參數(shù)如材料的密度、硬度、強(qiáng)度、韌性、工作溫度及成型溫度等，及材料的商品屬性如材料的單價(jià)；選擇打印機(jī)包括打印機(jī)的技術(shù)參數(shù)如該打印機(jī)所能成型的最大尺寸和打印精度。

價(jià)格生成模塊用于根據(jù)用戶設(shè)置的參數(shù)計(jì)算打印材料用量、定制價(jià)格、打印時(shí)間。

支付模塊用于生成支付訂單并由用戶進(jìn)行支付，支付方式可以選擇在線支付，如支付寶、微信等，快捷方便。

3D打印機(jī)用于在用戶支付完成后，根據(jù)用戶設(shè)置的參數(shù)打印模型。

需要說明的是，本發(fā)明的在線3D打印定制系統(tǒng)，可以是本地3D打印定制系統(tǒng)，更優(yōu)選的則是基于分布式網(wǎng)絡(luò)的3D打印定制系統(tǒng)。其中，接收模塊、參數(shù)設(shè)置模塊和支付模塊設(shè)置在Web或者APP客戶端，而尺寸信息提取模塊、體積計(jì)算模塊和價(jià)格生成模塊設(shè)置在服務(wù)器或云端，同時(shí)，3D打印機(jī)為設(shè)置于分布式網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)打印機(jī)，可根據(jù)用戶設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的選擇。Web/APP客戶端、服務(wù)器/云端和3D打印機(jī)之間通過網(wǎng)絡(luò)連接，以滿足最佳的資源配置。

如圖2所示，本發(fā)明提供的在線3D打印定制方法包括如下幾個(gè)步驟：讀取數(shù)據(jù)并顯示模型，提取模型尺寸特征，計(jì)算模型體積，用戶設(shè)置打印參數(shù)，生成打印材料用量、定制價(jià)格及時(shí)間，用戶進(jìn)行支付后完成打印。

下面進(jìn)行具體的說明：

1)用戶選擇指定類型的模型文件并進(jìn)行上傳，之后Web系統(tǒng)每次自動(dòng)讀取模型并進(jìn)行顯示。用戶可上傳的3D模型文件格式包括但不限于STL、OBJ、STP、IGS、DAE、WRL、X3D。

2)在自動(dòng)讀取模型并進(jìn)行WEBGL顯示階段，對(duì)于不同尺寸大小的模型,本發(fā)明按照顯示窗口大小等比例的縮放模型，將模型顯示在固定的窗口，并生成模型的正視圖、側(cè)視圖和俯視圖。

3)提取模型的尺寸特征，等價(jià)于：將模型剛好放在一個(gè)立方體盒子內(nèi)，計(jì)算該立方體的長寬高。假設(shè)將模型放在一個(gè)三維坐標(biāo)系內(nèi)，根據(jù)讀取的頂點(diǎn)信息，按特定的算法分別計(jì)算模型在X、Y、Z三個(gè)軸上的最大值(x_max,y_max,z_max)和最小值(x_min,y_min,z_min)。以點(diǎn)(x_min,y_min,z_min)和(x_max,y_max,z_max)為對(duì)角頂點(diǎn)，構(gòu)建一個(gè)包圍整個(gè)模型的立方體包圍盒，該包圍盒的長寬高就是模型的尺寸，也即：X軸的尺寸為x_max-x_min，Y軸的尺寸為y_max-y_min，Z軸的尺寸為z_max-z_min。

4)計(jì)算模型的體積。由于讀取的模型頂點(diǎn)，都是以三角面片的形式進(jìn)行存儲(chǔ)的。所以，在本發(fā)明的方法中通過將三角面片與原點(diǎn)構(gòu)建四面體，計(jì)算四面體的有向體積來計(jì)算模型的總體積。假設(shè)模型中，任意一個(gè)三角面片的三個(gè)頂點(diǎn)分別為A(x₁,y₁,z₁)，B(x₂,y₂,z₂)，C(x₃,y₃,z₃)。將該三角面片與原點(diǎn)組成一個(gè)四面體，該四面體的體積為：

設(shè)OA的連線為向量，根據(jù)三角面片的頂點(diǎn)信息，可以計(jì)算出三角面片的法向量：

四面體體積的符號(hào)是由與三角面片的法向量N的內(nèi)積所決定的。如果內(nèi)積大于0，則四面體體積為正，反之四面體體積為負(fù)。

假設(shè)模型包含M個(gè)三角面片，則將這M個(gè)三角面片與原點(diǎn)構(gòu)成的四面體的體積均計(jì)算出來，并判斷其體積的正負(fù)號(hào)，然后將所有的有向體積進(jìn)行求和，即為模型的體積。所以，模型的總體積為:

5)用戶進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，選擇打印模型所用的材料、打印尺寸以及打印機(jī)。具體包括選擇打印模型所用材料的物理參數(shù)如材料的密度、硬度、強(qiáng)度、韌性、工作溫度及成型溫度等，商品屬性如材料的單價(jià)，以及打印機(jī)的技術(shù)參數(shù)如所能打印的最大尺寸和打印精度等。

6)根據(jù)用戶設(shè)置的參數(shù)計(jì)算打印材料用量、定制價(jià)格、打印時(shí)間，生成支付訂單。

7)用戶確認(rèn)并完成在線支付后，根據(jù)用戶設(shè)置的參數(shù)調(diào)用相應(yīng)的3D打印機(jī)完成打印。

以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。