基于STL文件的三維測量科研實踐、創(chuàng)新設(shè)計、課外學(xué)科實踐實踐環(huán)節(jié)總結(jié)報告

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1、 福建農(nóng)林大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 實踐環(huán)節(jié)總結(jié)報告 （科研實踐、創(chuàng)新設(shè)計、課外學(xué)科實踐） 專 業(yè) 機(jī)電一體化 姓 名 周瀟 學(xué) 號 081268002 指導(dǎo)老師 林建 2011 年 1 月 3 日 實踐主題： 基于 STL

2、文件的三維測量 實踐內(nèi)容：（可插圖，不少于 1000 字） STL 文件格式是由美國 3D SYSTEM 公司于 1988 年制定的一個接口協(xié)議，是一種應(yīng)用于 CAD 模型與成型系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的文件格式。 由于 STL 文件格式簡單、容易讀取和顯示，因此為大多數(shù) CAD 系統(tǒng)和快速成型系統(tǒng)制造商所采用，且被廣泛應(yīng)用于科學(xué)計算可視化、計算機(jī)動畫、逆向工程、虛擬現(xiàn)實及快速 成型等技術(shù)中。 STL 文件的最大特點也是其主要問題是 ,它是由一系列的三角形面片無序排列

3、組合在一起的 ,沒有反映三角形面片之間的拓?fù)潢P(guān)系 ,而且每一個小三角形面片必須與相鄰的三角形面片共用兩個頂點 ,每個頂點通常被重用 6 次左右 ,文件數(shù)據(jù)重復(fù)很多 ,由此造成了 STL 文件在讀取、存儲等方面的效率問題。近年來 ,測量設(shè)備的發(fā)展十分迅速 ,尤其是光學(xué)測量機(jī)已發(fā)展到可以在幾秒鐘內(nèi)測量出百萬以上 的海量數(shù)據(jù)點。如何快速讀取并顯示這些海量的數(shù)據(jù)點 ,對于后續(xù)建模、快速成型及數(shù)控加工編程 ,是一個首要和基本的環(huán)節(jié)。 在快速成型領(lǐng)域中 STL 文件格式仍為描繪三維實體模型的標(biāo)準(zhǔn)文件格式。 STL 模型就是對三維實體表面進(jìn)行離散后用三角形平面片近似表示實體表面而

4、 構(gòu)成的三維實體模型。 他是對原三維實體的一種幾何近似。 當(dāng)三角形小到一定程 度 ,其近似性可達(dá)到工程允許的精度范圍 ,其數(shù)據(jù)文件稱為 STL 文件。STL 文件用大量的空間小三角形面片表示實體模型的表面 ,對每一個空間小三角形面片用三角形的三個頂點坐標(biāo)及三角形面片的法向量描述 ,法向量由實體內(nèi)部指向外部 ,三 個頂點的次序與法向量滿足右手規(guī)則?，F(xiàn)有的 CAD/ CAM 系統(tǒng) ( 如 Pro/ Engineering)都有由 CAD 模型轉(zhuǎn)換成 STL 文件的功能?？焖俪尚图夹g(shù)發(fā)展至今 , 在零件的制造質(zhì)量、表面精度方面已取得了很大進(jìn)展

5、 ,但也存在著一些亟待解決的問題 ,如一方面大尺寸零件受成型機(jī)尺寸的影響 ,其加工受到了限制 ;另一方面小尺寸零件由于比成型機(jī)尺寸小得多 ,造成了很大浪費。采用 STL 格式的三維模型拼接與分割方法 ,可以解決上述問題。拼接可以將多個 STL 模型合成為一個 STL 模型 ,并在同一工作臺上同時成型。這樣可以節(jié)省快速成型機(jī)的機(jī)時 ,降低成 型費用 ,提高成型效率。分割是將一個 STL 模型分成多個 STL 模型 ,然后在成型機(jī) 上依次加工 ,再將加工好的各個部分粘合還原成原型產(chǎn)品 ,從而解決了快速成型機(jī)加工尺寸范圍有限的問題。 STL 模型的拼接基本原

6、理 :將幾個 STL 模型按一定的要求分別對他們進(jìn)行平 移或旋轉(zhuǎn) ,使他們的相對位置最佳但又不發(fā)生沖突。然后將多媒體技術(shù) 朱曉龍 : 基于 STL 格式三維圖形的拼接與分割 這些變換后 STL 模型數(shù)據(jù)保存在一個 STL 文件中 ,從而多個 STL 模型變成一個新的 STL 模型 ,多個 STL 文件合并成一個新的 STL 文件。 STL 模型的分割基本原理 :用一個或多個平面將一個模型分割成兩個或多個部分 ,每個部分重新構(gòu)成一個 STL 模型。平面分割模型 ,也就是將模型的三角形集合形成 3 個三角形子集 (平面上下各一個 ,還有一個與平面相交 ) ;然后求平

7、面上相交的輪廓線并三角化 ,再加入平面上、下三角形子集中 ; 最后 ,將相交的三角形分類、三角化 ,并加入平面上、下三角形子集中。 采用 STL 格式的三維模型拼接與分割方法 ,有效地提高了成型機(jī)加工小零件的工作效率 ; 也成功地解決了成型機(jī)不能加工大尺寸零件的問題。而且新生的 STL 模型不影響原模型的加工精度 ,可以廣泛應(yīng)用于各類快速成型加工系統(tǒng)中。圖 1 是在 OpenGL 環(huán)境下 ,采用拼接算法將葉輪、 收集、對講機(jī)和 BP 機(jī)拼成一個 STL 模型的實例。圖 2 是在 OpenGL 環(huán)境下 ,采用分割算法將汽車蓋進(jìn)行分割所得到的實例。

8、 在 OpenGL 中生成 STL 模型的圖像， 就是順序繪制三角形面片圖元的過程。由于 STL 模型數(shù)據(jù)經(jīng)過了預(yù)處理，一般情況下每個三角形面片的三個頂點的外法向量不再相同。 OpenGL 會根據(jù)三個頂點的外法向量線性插值算出面片內(nèi)每一 點的外法向量，而且共享的頂點在不同的三角形面片中都對應(yīng)著同一個外法向 量，使得三角形面片拼接以后的物體表面外法向量是連續(xù)的， 物體顯得十分平滑。 （簽名） 年 月 日 相關(guān)附件清單說明： （含硬件制作，發(fā)表的論文，查閱資料等，由指導(dǎo)老師保管） 1、基于 STL 文件的曲面網(wǎng)格重建算法 楊晟院 ，杜亞娟 ，舒 適 2、海量 STL 文件的快速讀取與顯示 衛(wèi) 煒 , 周來水 , 張麗艷 3、基于 STL 格式三維圖形的拼接與分割 朱曉龍 西安郵電學(xué)院  陜西西安 710061) 指導(dǎo)老師評語： 實踐環(huán)節(jié)是否合格：合格 不合格 成績（百分制）： （簽字） 年 月 日