三维建模是工业、制造业实现信息化的关键技术之一。3D打印建模主要有CAD建模和基于工程图纸的三维重建两种途径。经过几十年的技术发展,CAD建模(参数建模、人机交互建模等)已经相对比较成熟。基于工程图的三维重建技术仍处于实验室研究阶段,目前国内外的商业建模软件中还没有一款将这两种建模方法融合为一体的建模软件。另一方面,建模和打印基本上是两个独立的软件,缺少建模打印一体化软件。发展3D建模打印一体化软件是提高个性化制造效率的迫切要求,是本课题组研究的目标。3D建模打印一体化软件除了打印驱动模块外(与硬件有关,需单独开发),主要有CAD建模、三维重建和三维打印性能分析三个主模块,其中CAD建模(即体素布尔运算建模)模块和三维打印性能分析(打印方向分析和支撑设计、模型用材估算、不等厚打印分层设计与计算)模块由课题组往届学长分别完成。关于三维重建模块,目前课题组已经完成模型视图的图形交换文件(DXF文件)的读取、视图分离以及人机交互三维重建等三维重建的基础研究,而本文主要针对工程视图中的基本体素自动识别以及各体素之间布尔运算类型的自动识别进行研究。论文的主要内容为:(1)3D打印建模一体化软件的设计,主要包含软件的模块设计、各模块的数据结构设计、各模块之间的数据流图设计以及软件界面设计。(2)本文通过模拟人机交互三维重建的过程,提取工程图中的参数信息和分析体素的投影可见性,对工程图中基本体素的自动识别进行研究。本文结合了人工识图的经验以及人机交互三维重建的方法,提出了三视图图元裂解的体素自动识别算法。对于不规则的闭环进行特殊处理,然后再与其他视图中的基本闭环进行体素匹配,进而找出三视图中的所有基本体素。(3)各基本体素之间的布尔运算类型是构建CSG树的基础,实现三维重建自动化的关键技术之一是让计算机能够识别出各基本体素之间布尔运算类型,进而构造CSG树来实现三维几何模型的重建。布尔运算类型有并运算、交运算和差运算三种,对于三维重建来说,主要用到并运算和差运算。本文关于如何识别体素之间的布尔运算类型提出了两种解决办法:一是基于环的虚实性进行判断布尔运算类型;二是根据封闭环的包容性来判断布尔运算类型。本文基于VC++6.0、MFC框架,用Open GL函数库作为模型的渲染工具,对文中提出的算法进行编码实现,构建了3D建模打印一体化软件系统。