快速成形技术自20世纪80年代问世以来发展非常迅速,已经在很多行业获得了广泛的应用。由于彩色模型模型能提供更多的信息,利用彩色模型进行信息交流更加便捷和高效,利用快速成形技术直接成形出彩色模型一直是业界的愿望。近年来,彩色快速成形技术吸引了越来越多研究者的注意,一些有关成形工艺和设备的研究已经展开,有的厂家甚至已经开发出了商业化的彩色快速成形设备。 大部分彩色模型通常只用于可视化目的,因此,只需在表面或剖面区域着色,称这类模型为表面彩色模型。 要成形表面彩色模型必须首先对其进行数字建模并以适当的文件格式输出。本文介绍了表面彩色模型的建模方法和目前所用的文件格式,并提出了一种新的文件格式-ESTL格式。该格式采用了与STL格式类似的方法描述模型的几何外形,因此,保持了STL格式的简单和易于后续处理的优点,采用新的几何外形描述格式方案还减少了数据冗余;该格式的特点还在于它对模型表面上的复杂纹理的表达能力,对于表面上的简单纹理映射,用从矩形纹理图案到三角片的仿射映射方法进行描述,而对于复杂的纹理映射,则采用了直接保存每个三角片上的复杂纹理映射结果图案的简单方法。该格式既简单又能描述模型表面的复杂细节,适于作为一种描述表面彩色模型的中间格式。 要得到彩色快速成形所需要的数据,首先要对模型进行分层切片。本文提出了一种适用于对用Color STL或ESTL格式描述的表面彩色模型进行分层切片处理的方法。与单色模型的切片处理方法不同,这种方法实质上是一种体素化方法。其原理是:在计算每一层的切片处理结果时,先计算每一三角片与一层的交集多边形,对该多边形在XY平面上的投影进行扫描以快速确定边界体素;对与某个边界体素相交的所有三角片,求出每个三角片与该体素的交集多边形的面积,找出其中的最大者,若相应的三角片上只有简单的颜色定义,则取其颜色为该边界体素的颜色,而若该三角片上有纹理映射定义,则取其与该体素的交集多边形在纹理空间中的象区域上的平均颜色为该边界体素的颜色;最后还要进行内部填充。这种方法解决了对用CSTL或ESTL格式表示的表面彩色模型的分层切片处理问题,对开发用于对用PLY或VRML格式表示的表面彩色模型进行切片处理的方法也具有指导意义。 为了使成形出的表面彩色模型能够进行去除材料的后处理加工而不至于露出其内部未着色部分,表面彩色模型的着色层应该有一定的厚度,这就要求对描述表面彩色模型切片结果的彩色体数据进行着色层加厚处理。本文提出了一种加厚彩色体数据中的着色层的处理方法。该方法采用了数学形态学算法的原理,用一个球形结构元素对体数据进行探测,以快速找出处于加厚的着色层中的内部体素;对于每一个处于加厚的着色层中的内部体素,找出离其最近的边界体素,并取该内部体素的颜色等于该边界体素的颜色。