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

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1、 福建農(nóng)林大學機電工程學院 實踐環(huán)節(jié)總結(jié)報告 （科研實踐、創(chuàng)新設計、課外學科實踐） 專 業(yè) 機電一體化 姓 名 周瀟 學 號 081268002 指導老師 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，且被廣泛應用于科學計算可視化、計算機動畫、逆向工程、虛擬現(xiàn)實及快速 成型等技術中。 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撲關系 ,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 ,測量設備的發(fā)展十分迅速 ,尤其是光學測量機已發(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)。 在快速成型領域中 STL 文件格式仍為描繪三維實體模型的標準文件格式。 STL 模型就是對三維實體表面進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。 當三角形小到一定程 度 ,其近似性可達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)省快速成型機的機時 ,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 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 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加工小零件的工作效率 ; 也成功地解決了成型機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、對講機和 BP 機拼成一個 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 西安郵電學院  陜西西安 710061) 指導老師評語： 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