基于快速成型的概念产品实现方法研究

【摘要】： 概念产品是产品概念设计的成果,概念设计处于产品设计的早期阶段,却决定了产品设计的绝大部分内容。近年来兴起的快速成型技术可以将概念产品快速、廉价地制造出来,以方便概念产品的评价和选择。在快速成型技术中,三维数字模型的分层具有关键性的作用,是本文研究的主要内容。 概念产品三维数字模型的分层,是所有快速成型实现方法和工艺的基础与必须经历的处理环节。在各种实现方法中,基于STL模型的分层算法的研究占有重要地位。论文研究了当前多种基于STL模型的分层方法,发现这些算法虽然在具体的执行过程上表现各异,却在实现上遵循了相同的思路:都采用了为分层平面搜索三角形的“逐层”方式,由于实际STL模型中三角形数量巨大,所以这种搜索无疑是非常耗时的。本文提出的分层算法则采用与之相逆的思路——基于STL的逐三角形分层算法,在求交线时,用为三角形寻找分层平面的方式确定三角形与分层平面的相交关系。该算法由两个部分组成:一是三角形与分层平面相交的求解算法(简称求交算法);二是截面轮廓生成算法(简称轮廓算法)。论文首先对三角形与分层平面的位置关系进行了分析研究,将它们的关系区分为两个类别、三种情况、九种状态,在求交算法中给出不同状态的处理与计算方法。轮廓算法则用求交算法得到的线段生成截面轮廓,以及轮廓线优化和嵌套性识别。对算法的时间复杂度和空间复杂度进行了分析。 设计实现了概念产品模型的可视化及分层处理的原型系统。软件以VC 6.0为编程工具,采用了面向对象的方法和广泛使用的三维图形技术OpenGL,该软件具有三维概念产品模型可视化以及演示快速成型的概念过程的功能。