束的ri取值的上限。
[0080] 所述步驟（4)中，合并半色調(diào)分布Hf和札的方法，具體包括以下步驟：
[0081] (4-1)將半色調(diào)分布札上各點(diǎn)直接疊加在Hf上，所有疊加的采樣點(diǎn)實(shí)為帶半徑的 圓。
[0082] (4-2)對(duì)于疊加產(chǎn)生的重疊的Pl點(diǎn)，若PleHf，則將Pl保留；若Ple札，則將Pl刪 除。
[0083] 所述步驟（5)中，孔洞長(zhǎng)度h的計(jì)算方法，具體包括以下步驟：
[0084] (5-1)設(shè)置所有孔洞初始長(zhǎng)度為linit。
[0085] (5-2)根據(jù)高斯函數(shù)計(jì)算投影表面Sw的投影圖像lw，如圖4所示。
[0086] (5-3)計(jì)算原圖I與仿真投影圖像Iw的差異，記為差異圖像，如圖5所示，從左至 右依次為原圖、投影圖像和差異圖像。
[0087] (5-4)調(diào)整每個(gè)孔洞的長(zhǎng)度為h，使差異圖像的灰度值最減小，如果滿足閾值則停 止，否者轉(zhuǎn)向（5-2)。
[0088] 所述步驟（5-2)中，計(jì)算投影圖像Iw的方法，具體包括以下步驟：
[0089] (5-2-1)對(duì)在（Xl，yi)投影半徑為巧的一個(gè)孔洞i，它在任意位置x(x，y)投射光 線的強(qiáng)度用高斯函數(shù)表矛
其中Ct和0分別由(13和db 決定。
[0090] (5-2-2)在x(x，y)eSWK有位置，計(jì)算所有孔洞投射光線強(qiáng)度之和I，即Ix，y= St；coversp 即為投影圖像Iw。
[0091] 所述步驟（6)中，生成有效的（可打?。┤S模型網(wǎng)格表示的方法，具體包括以下 步驟：
[0092] (6-1)對(duì)半色調(diào)分布H中的每個(gè)點(diǎn)Pi,根據(jù)da和(^，將Pi的位置及其半徑r;使用 光線投射的方法投影到給定的殼狀輸入模型的外表面，在模型外表面形成一個(gè)橢圓，記為 e〇〇
[0093] (6-2)對(duì)半色調(diào)分布H中的每個(gè)點(diǎn)Pl，根據(jù)Pl位置、半徑ri及其對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度込使用 光線投射的方法在％靠近光源一側(cè)且平行于％的平面上投影，形成一個(gè)橢圓，記為 ei。
[0094] (6-3)對(duì)每個(gè)點(diǎn)Pl，將對(duì)應(yīng)e。和ei上的對(duì)應(yīng)位置連結(jié)，形成三角形面片表示的圓 筒狀孔洞，記為如圖6所示。
[0095] (6-4)遍歷給定模型內(nèi)外表面上的所有面片，將與相交的面片刪除。然后將由 刪除面而生成的邊緣點(diǎn)與兩端％和ei上的對(duì)應(yīng)位置重新連結(jié)，如此把所有孔洞與輸入 模型連接為一體。至此，由于所有孔洞所有參數(shù)已經(jīng)計(jì)算優(yōu)化完畢且滿足打印約束，所有生 成的帶孔洞的模型是有效的（可打?。┠Ｐ?，如圖7a及7b所示。
[0096] 上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范 圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不 需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種面向3D打印的半色調(diào)投影與模型生成方法，其特征是：包括以下步驟： (1) 根據(jù)輸入?yún)?shù)，包括模型到光源的距離和模型到投影表面的距離，建立模擬投影場(chǎng) 景； (2) 對(duì)輸入圖像，生成保持原圖特征的特征層和色調(diào)層兩層圖像，計(jì)算相對(duì)應(yīng)的半色調(diào) 分布，即特征層的半色調(diào)分布和色調(diào)層的半色調(diào)分布； (3) 對(duì)于特征層的半色調(diào)分布和色調(diào)層的半色調(diào)分布中的每個(gè)點(diǎn)，滿足打印的約束條 件下，根據(jù)該點(diǎn)的灰度值調(diào)整其半徑； (4) 融合兩半色調(diào)分布，得到整體圖像的半色調(diào)分布； (5) 對(duì)于得到的整體圖像半色調(diào)分布上的每個(gè)點(diǎn)，迭代計(jì)算其對(duì)應(yīng)孔洞的長(zhǎng)度； (6) 把計(jì)算得到的半色調(diào)分布和對(duì)應(yīng)孔洞長(zhǎng)度反投影到模型表面，在模型上生成對(duì)應(yīng) 孔洞，并得到模型的三維網(wǎng)格表示。2. 如權(quán)利要求1所述的一種面向3D打印的半色調(diào)投影與模型生成方法，其特征是：所 述步驟（1)中，模擬投影場(chǎng)景的建立方法，具體包括以下步驟： (卜1)建立全向發(fā)射光線的球形模擬光源； (1-2)模型表面有大量朝向光源的孔洞，使用光線投射方法模擬光源發(fā)出光線通過(guò)模 型孔洞在投影表面形成光斑。3. 如權(quán)利要求1所述的一種面向3D打印的半色調(diào)投影與模型生成方法，其特征是：所 述步驟（2)中，特征層的半色調(diào)分布和色調(diào)層的半色調(diào)分布的計(jì)算方法為： (2-1)將給定輸入圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，使用邊緣檢測(cè)算法，計(jì)算其橫向縱向灰度變化 的梯度，由此提取特征輪廓，得到特征層； (2-2)對(duì)特征層使用半色調(diào)方法沿特征線采樣，形成一系列排列緊密的半色調(diào)采樣點(diǎn)， 并為所有采樣點(diǎn)的半徑設(shè)置統(tǒng)一的初始值； (2-3)抽取特征后的剩余圖像為色調(diào)層，為了提高投影后圖像的清晰度，在色調(diào)層的基 礎(chǔ)上增強(qiáng)其對(duì)比度； (2-4)使用基于加權(quán)質(zhì)心Voronoi圖的半色調(diào)算法，生成半色調(diào)分布，包括所有采樣點(diǎn) 的位置和半徑初始值。4. 如權(quán)利要求1所述的一種面向3D打印的半色調(diào)投影與模型生成方法，其特征是：所 述步驟（3)的具體方法為：根據(jù)計(jì)算機(jī)仿真的配置，計(jì)算所有點(diǎn)的最大半徑和最小半徑作 為打印性約束，并計(jì)算該點(diǎn)所在Voronoi多邊形單元平均灰度值，并將其映射成為半徑。5. 如權(quán)利要求4所述的一種面向3D打印的半色調(diào)投影與模型生成方法，其特征是：所 述步驟（3)中，每一個(gè)點(diǎn)的最大半徑和最小半徑的計(jì)算方法包括： (3-1-1)由模型表面孔洞最小半徑投影得到在半色調(diào)分布中的最小半徑，此為滿足打 印性約束的取值下限； (3-1-3)計(jì)算每一點(diǎn)投影中心到其對(duì)應(yīng)Voronoi多邊形單元距離的最短距離，作為該 點(diǎn)最大投影半徑，此為滿足打印性約束的取值上限。6. 如權(quán)利要求1所述的一種面向3D打印的半色調(diào)投影與模型生成方法，其特征是：所 述步驟（4)的具體方法為：將色調(diào)層的半色調(diào)分布上的點(diǎn)直接疊加到特征層的半色調(diào)分布 上，所有疊加的采樣點(diǎn)實(shí)為帶半徑的圓，對(duì)于疊加產(chǎn)生的重疊的點(diǎn)，如果該點(diǎn)屬于特征層的 半色調(diào)分布上，保留此點(diǎn)，如果該點(diǎn)屬于色調(diào)層的半色調(diào)分布，則刪除該點(diǎn)。7. 如權(quán)利要求1所述的一種面向3D打印的半色調(diào)投影與模型生成方法，其特征是：所 述步驟（5)中，孔洞長(zhǎng)度的計(jì)算方法，具體包括以下步驟： (5-1)設(shè)置所有孔洞初始長(zhǎng)度，根據(jù)高斯函數(shù)計(jì)算投影表面的投影圖像； (5-2)計(jì)算原圖與仿真投影圖像的差異，記為差異圖像； (5-3)調(diào)整每個(gè)孔洞的長(zhǎng)度，使差異圖像的灰度值最減小，如果滿足閾值則停止，否則 轉(zhuǎn)向（5-1)。8. 如權(quán)利要求1所述的一種面向3D打印的半色調(diào)投影與模型生成方法，其特征是：所 述步驟(6)中，其步驟包括： (6-1)對(duì)半色調(diào)分布中的每個(gè)點(diǎn)，根據(jù)模型到模擬光源距離和模型到投影表面的距離， 將該點(diǎn)的位置及其半徑使用光線投射的方法投影到給定的殼狀輸入模型的外表面，在模型 外表面形成一個(gè)橢圓； (6-2)對(duì)半色調(diào)分布中的每個(gè)點(diǎn)，根據(jù)該點(diǎn)位置、半徑及其對(duì)應(yīng)孔洞長(zhǎng)度使用光線投射 的方法在殼狀輸入模型內(nèi)側(cè)某一平面上投影，形成另一個(gè)橢圓； (6-3)把上述兩個(gè)橢圓上的對(duì)應(yīng)位置連結(jié)，形成三角形面片表示的圓筒狀孔洞； (6-4)遍歷給定模型內(nèi)外表面上的所有面片，將與圓筒孔洞相交的面片刪除，然后將由 刪除面而生成的邊緣點(diǎn)與圓筒孔洞兩端上的對(duì)應(yīng)位置重新連結(jié)，把所有孔洞與輸入模型連 接為一體，由于所有孔洞所有參數(shù)已經(jīng)計(jì)算優(yōu)化完畢且滿足打印約束，所有生成的帶孔洞 的模型是有效的模型。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種面向3D打印的半色調(diào)投影與模型生成方法，包括將給定圖像分解生成特征層與色調(diào)層并生成數(shù)字半色調(diào)分布；將兩層半色調(diào)分布結(jié)果融合并生成滿足可打印性約束的半色調(diào)分布；將平面半色調(diào)結(jié)果投影到給定的三維模型上，對(duì)模型進(jìn)行編輯得到互不重疊并可打印的孔洞。本發(fā)明能夠?qū)⑷我鈭D像以半色調(diào)孔洞的形式刻畫在三維模型表面上，并通過(guò)三維打印得到帶小孔洞的殼狀模型，在燈光的投影下呈現(xiàn)出連續(xù)灰度變化的效果，可應(yīng)用于燈具定制等多種場(chǎng)合。
【IPC分類】G06T17/30, G06T15/00
【公開號(hào)】CN105023296
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410420912
【發(fā)明人】呂琳, 陳寶權(quán), 魏源, 趙海森
【申請(qǐng)人】山東大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2014年8月22日