三維物體數據的製作方法
2023-06-01 23:01:01 1
背景技術：
由增材製造工藝產生的三維物體以逐層的方式形成。在增材製造的一個示例中，物體通過在裝置中固化構造材料的層的部分來產生。在示例中，構造材料可以以粉末、流體或薄片材料的形式。預期的固化和/或物理特性可以通過將試劑列印到構造材料的層上來實現。能量可以被施加到層上，並且一旦冷卻，其上施加有試劑的構造材料可以聚結並固化。在其他示例中，化學粘合劑可以被用於固化構造材料。在其他示例中，可以通過使用擠出塑料或者噴塗材料作為固化以形成物體的構造材料，來生成三維物體。
產生三維物體的一些列印工藝使用由三維物體的模型產生的控制數據。控制數據可以例如指定將試劑或試劑組合施加到構造材料的位置，或者構造材料本身可以被放置的位置、以及要放置的量。
控制數據可以由要列印的三維物體的表示而產生。本文中，這樣的表示可以被稱為三維模型，並且可以被存儲為數據文檔。控制數據可以被適合的列印裝置使用以製作物體。
附圖說明
為了更加完整地理解，現在結合附圖參考以下描述，其中：
圖1是包括物體特性數據轉換的方法的示例的流程圖；
圖2是包括物體特性數據對象的示例的示意圖；
圖3是包括物體特性數據轉換的方法的另一個示例的流程圖；
圖4是產生用於製作三維物體的控制數據的處理裝置的示例的簡化示意圖；
圖5是存儲並處理表示三維物體的數據的裝置的示例。
具體實施方式
本文描述的一些示例提供用於表示三維物體和/或用於產生可以被用於製作三維物體的控制數據的裝置和方法。一些示例允許對具有多個指定物體特性的任意三維內容進行處理並使用以產生三維物體。這些物體特性可以包括例如以下中的任一個或任意組合：電導率、密度、孔隙率、塑性、硬度、延展性、強度、層間強度和/或外觀特性(顏色、透明度、光澤度、表面紋理等)中的任一個或任意組合。
在本文的一些示例中，三維空間用詞語「體素」來表徵，即三維像素，其中每個體素佔據離散體積。在對三維物體進行建模的數據中，給定位置上的體素可以具有至少一個特徵。例如，體素可以是空的，或者可以具有特定顏色，或者可以表示特定材料或者特定物體特性等。物體的體素可以是相同尺寸，例如與空間中的立方體或其他形狀的區域有關，或者尺寸和/或形式可以在物體內改變。
在一些示例中，表示三維物體的數據被處理以產生在產生物體的過程中使用的控制數據。
在一些示例中，列印材料覆蓋規格指定列印材料數據，例如細化可用列印材料(諸如要沉積到構造材料層上的試劑，或者在一些示例中構造材料本身)的量，以及如果需要的話列印材料組合的量。在一些示例中，這可以被指定為成比例的體積覆蓋(proportionalvolumecoverage)(例如，構造材料層的區域的x％應當具有施加於其上的試劑y)。這樣的列印材料可以與物體特性有關或被選擇為提供物體特性。
根據控制數據中的指定，每種列印材料(例如，試劑的液滴)應當被施加的實際位置可以使用半色調技術來確定。
例如，物體模型數據內的一組體素可以具有以一組材料體積覆蓋(mvoc)矢量的形式的關聯列印材料覆蓋規格。在簡單情況下，這樣的矢量可以指示三維空間的給定區域的x％應當具有施加於此的特定試劑，而(100-x)％應當沒有試劑。在其他示例中，材料組合可以被指定。然後，材料體積覆蓋矢量提供用於「半色調」處理的輸入以產生可以被增材製造系統使用以製作三維物體的控制數據。例如，可以確定，為了製作指定物體特性，構造材料的層(或層的一部分)的25％應當具有施加於此的試劑。例如通過將每個位置與半色調閾值矩陣中提供的閾值相比較，半色調處理確定試劑液滴要掉落的地方以提供25％的覆蓋。
在一些示例中，表示三維結構或物體的數據被「柵格化」，即被轉換為一系列離散位置。柵格化的數據可以處於三維列印裝置的可列印解析度上，控制數據被提供至該三維列印裝置。
可能是以下情況，在三維數據模型被構建時，要用於列印物體的列印裝置至少未根據其能力而被指定。
在圖1的框102中，表示三維物體的數據被接收，該數據包括指示三維物體的至少一部分的屬性(例如，至少一個物理屬性或特性)的物體特性數據。在框104中，物體特性數據被轉換為具有共同的數據結構的多個設備無關的物體特性數據對象，數據對象的每一個包括指示在共同的數據結構內保存的物體特性的預定集合(共同)中的每一個的值。如本文所用，詞語「設備無關」意思是數據對象不針對特定模型產生裝置、列印裝置或列印產生工作流程來設計。相反，數據對象包含表示預確定的特性的集合的值，該特性可以源自設備的範圍、軟體包等並可以由設備的範圍、軟體包等解釋。
因為物體特性數據是設備無關的，其可以被用作中間表示，以將來自數據源(諸如cad包、物體分析裝置或表示物體的任意其他數據源)範圍的數據，(例如，根據特定列印裝置重現(reproduce)特定特性的能力)映射到用於特定列印裝置的控制數據。在物體特性數據對象用於提供控制數據時，設備無關的數據對象的使用意思是，無論原始數據格式如何，從設備無關的數據對象的映射(例如，查找表等)可以被用於產生用於特定列印設備的控制數據。如果反而使用原始物體模型表示，則從具體表示類型的映射就必須被指定或確定，這可以造成多個映射以支持多個物體模型數據源。類似地，從特定模型數據源到設備無關的數據對象的映射可以在不知道列印裝置的知識的情況下作出。
在示例中，數據對象的內容與特定模型中指定的特性無關地被指定，和/或與用於根據模型產生物體的列印裝置的能力無關地被指定。因此，物體特性數據對象中指定的特性可以與接收的數據中指定的特性相同(但是，在一些示例中可以不同描述)，或者物體特性數據對象中指定的特性可以包括與另外的特性有關的值，和/或可以包含與特性的子集有關的值，該特性在接收的數據中指定或源自接收的數據。這允許數據對象與廣泛的數據源一起使用並被用於產生用於廣泛的列印裝置的控制數據。例如，在與用於二維列印的指定列印顏色相比時，在三維列印中，針對模型數據，存在廣泛的可能的列印裝置能力和廣泛的可能的數據規格。如本文所指定的設備無關的數據對象可以允許指定和/或可實現特性的不同集合之間的轉換。
設備無關的物體特性數據對象200的示例被示意性示出在圖2中。在這個示例中，該特性的集合包括表示紅色顏色值、綠色顏色值和藍色顏色值的三個顏色值vr、vg、vb、密度值vd、剛度值vs、電導率值vc和不透明度值vo。可以在數據對象中描述的其他物體特性可以包括以下中的任一個：柔性；彈性；硬度；表面粗糙度；孔隙率；強度；延展性；塑性等。
在一些示例中，預確定針對每個特性的值的集合，並且從該集合中取值。例如，可以針對每個特性指定位深度。對於圖2中示出的值的集合，位深度可以例如被指定為[8,8,8,5,4,1,6]。在這樣的物體中，使用8比特解析度來指定顏色值，並且因此顏色值可以為值的集合[0,1,2……254,255]中的任意值。5比特(32級解析度)被用於指定密度值，因此密度值可以為值的集合[0,1,2,……30,31]中的任意值。4比特(16級解析度)被用於指定剛度值，1比特(開/關，或[0,1])用於電導率，並且6比特(64級解析度)用於不透明度。這造成七個特性數據對象的5位元組編碼。
在一些示例中，值的集合可以根據特定單元限定。例如，在rgb值的情況下，rgb值可以根據諸如srgb的設備無關的顏色限定來識別。在其他示例中，顏色可以根據具體icc文件限定，或者根據國際照明委員會(cie)1931xyz顏色空間來限定，其中三個變量(「x」、「y」和「z」或三色刺激值)被用於使顏色模型化；根據cie1976(l*,a*,b*-cielab或'lab')顏色空間來限定，其中三個變量表示亮度('l')和相對顏色維度('a'和'b')；或根據任意其他顏色空間或衍生顏色空間來限定。
例如，在簡單的情況下，rgb顏色值可以包括三個8比特的值，同樣地，每個紅色值、綠色值和藍色值可以在0至255的範圍內。密度值vd可以以kg/m3表達，剛度vs以n/m表達，電導率vc以s/m表達，並且不透明度vo作為無量綱光學密度值表示0和1之間的值，該值指定通過材料的指定厚度傳輸的光與被材料的指定厚度阻擋的光的比率。在一些示例中，除了根據絕對值表達外，特定特性的全部值可以指示範圍中的位置。在一些示例中，與數據值中的至少一個的解釋有關的數據可以使用數據對象來產生和/或提供。在一些示例中，當數據對象被用於產生控制數據時，特定列印裝置可實現的、與特定特性有關的範圍可以被考慮並用於確定該範圍內的設備有關值，即可由特定列印裝置實現的值，其最好地表示設備無關值。在沒有單位規格的情況下，還可以使用這種設備有關解釋。在與數據值的至少一個的解釋有關的數據被提供有數據對象時，這可以被用於產生控制數據。
在一些示例中，可以限定默認值。在示例中，只要在接收的物體特性數據的至少一部分中未限定數據特性，默認值可以被使用。默認值可以用戶指定的、預確定的或基於接收的模型數據導出。在默認值被使用的情況下，標準化數據對象甚至能夠在沒有明確限定值的情況下形成，並且因此允許具有一致的數據格式的數據對象由各種各樣的模型數據源和格式產生。在一些示例中，默認值可以例如是可用範圍中的中點，或者可以根據實際或經濟考慮來預確定。例如，拉伸強度或剛度可以鑑於允許物體自身支持或相當穩健的實際最小值，和/或考慮成本而確定。某些默認值可以指定特性不存在(例如，作為默認值，除非電導率被指定在所接收的表示三維物體的數據中，否則電導率可以在數據對象中被設置為取消或0，該電導率可以規定專門試劑的使用)，或被避免(例如，因為白色對於複製來說可能是相對昂貴的顏色，並且在白色物體中可以實現的其他特性的組合可能是有限的，所以默認值可能不是白色的，例如中間灰色)。
在一些示例中，與編碼範圍對應的值的範圍可以被指定或確定。為了給出特定示例，不透明度(opacity)可以被指定，以使其可以在0.1至1.6的絕對值之間改變，1.6的絕對值可以是針對特定或針對一般的列印裝置的密度最高值(例如，該範圍可以反映工業標準可實現範圍)。最大值和/或最小值可以被用在映射中，以使例如所有規定的0.1或更低的絕對透明度值被映射到0(0是示例的64比特數據值的集合中的最小值)，並且1.6或更高的絕對透明度值被映射到63(63是示例的64比特數據值的集合中的最大值)。在示例中，專門規定的最大值或最小值(和/或特定的絕對值，該特定的絕對值可以與與特定特性關聯的值的結合中的值的任一個或全部關聯)可以被提供有物體模型數據。在其他示例中，範圍可以從模型數據內提供的實際值(例如，最高規定的密度可以映射至63，並且最低規定的密度可以映射至0，和/或範圍可以被存儲)導出。在其他示例中，用於最大值的默認值可以被預先限定或用戶指定。允許範圍的明確說明允許對特性範圍的有效編碼，同時允許在可實現範圍內的改變。例如，如果意在由特定編碼反映的值的範圍的解釋被固定，則這可以跨越一個太大而不能充分利用的範圍，或者無法跨越整個可實現範圍，特別是在特性被編碼之後，可實現範圍應當增加的情況下。
在一些示例中，表示三維物體的數據進一步包括限定三維物體的幾何圖形的物體模型數據。設備無關的數據對象可以被存儲為與物體內的物理位置(其可以是體積)相關聯，以使每個位置伴隨著特性列表。
因此，數據對象可以包括設備無關的對象描述中的一部分。因為設備無關的對象描述未被限定為與特定處理或列印裝置有關，所以可以被用於針對或通過具有數據結構和列印裝置能力的知識(或識別)的任意列印裝置來產生控制數據。
結合圖3的流程圖討論進一步的示例。在示例中，在框302中，接收表示三維物體的數據。數據包括指示三維物體的至少一部分的屬性的物體特性數據和限定三維物體的幾何圖形的物體模型數據。
在框304中，物體特性數據被轉換為設備無關的物體特性數據對象，其中每個值是來自針對每個物體特性預確定的值的集合中的值，並且未指定的物體特性被分配默認值。在框306中，指示特定列印裝置的能力的列印裝置數據被接收。在框308中，基於列印裝置數據將物體特性數據對象的集合轉換為列印控制數據。
例如，特定列印裝置可以允許密度控制，同時其他特性被固定，然而另一個可以允許顏色控制，又一個允許密度和電導率控制等。在一些示例中，為了獲取列印裝置數據，列印裝置可以被查詢並要求返回其能力。在其他示例中，這個數據可以被預確定，和/或從存儲器獲取，保存在查找表中等。在其他示例中，列印裝置本身可以執行處理。
圖4示出處理裝置400的示例，處理裝置400包括接口402、映射模塊404和控制數據模塊406。
接口402接收模型數據408和列印裝置能力數據410。在這個示例中，模型數據408表示三維模型物體中的至少一部分，並包括多個物體特性數據對象。每個數據對象具有共同的數據對象結構(例如，諸如圖2的數據對象200中示出的數據結構)並表示三維物體中的位置。每個數據對象包括限定在該位置處的三維物體的特性的預定集合中的多個特性值。
在示例中，每個數據值限定的特性可以被明確限定。在其他示例中，每個數據值限定的特性可以通過考慮數據形式或數據內容來識別或確定。例如，映射模塊402可以基於值所指定的解析度和具有給定解析度的值被包含在數據對象內的頻率中的至少一個來識別數據對象的值所指定的特性。例如，數據對象的其他未指定的三通道8比特數據部分可以被默認解釋為rgb數據。如果存在具有特定位深度的單通道數據，則這個單通道數據可以被當作密度值，並且在沒有任何規格的情況下，這裡的密度值可以被解釋為與列印裝置能夠提供的密度範圍匹配(以使規定值0映射到最小可實現密度等)。其他默認值可以以類似的方式預確定。這允許對甚至未明確限定的輸入的處理，如果接收到不完全指定輸入，這樣可以為中止處理操作提供可供選擇的方案。
在這個示例中，映射模塊404根據列印裝置能力數據將至少一個接收的物體特性數據對象映射到列印材料覆蓋規格。這種映射可以根據模型物體的柵格化表示而執行。在一些示例中，這個表示可以包括多個平面，每個平面被格柵為離散位置。在一些示例中，平面內的位置是任意的：物體或者存在於一位置並具有關聯特性，或者不存在。
在一些示例中，基於可由列印裝置實現的特性的最大值和最小值、和/或物體特性數據對象內的特性的最大值和最小值，數據對象的至少一個值被映射到列印材料覆蓋規格。如上所指出，可能針對特定特性(可以是全部特性)沒有指定範圍和單位，並且在這樣的示例中，數據對象中提供的值可以被當作從0-100％或可以由用戶指定的一些其他範圍中的範圍中的點的指示。100％點可以是特定特性可以針對特定特性(可以被製作的最強烈的紅色或最密集構造等)所具有的最大值。0％點可以是可以表示特性不存在(例如，內有導電劑，或者沒有使用顏色)的最小值，或者可以指示該值是最低可能值(例如，密度處於最小值)。在數據對象內，最大值可以是數據對象的特定集合中看到的最大值(這可以造成特性被更多樣化地表示在列印物體中)，或者給定範圍的最大值(例如，位深度)。
在一些示例中，數據對象的解釋被用戶確定或控制，該用戶可以由選擇根據特定特性和/或列印操作限制列印裝置的能力。在其他示例中，至少一個特性的範圍可以被提供給數據對象的結合的最大值和/或最小值限制或指定。在其他示例中，如上所指出，絕對值(例如在標準化單位中的絕對值)可以與特定特性的值的集合中的值的任一個或每一個相關聯。
因此，總而言之，在一些示例中，數據值的解釋可以取決於以下中的任一個或任意組合：所規定的值的範圍，數據對象的集合內的數據值的範圍，關於絕對值和數據對象中的值之間的關係的附加信息，列印裝置能力，用戶指明，默認值。
數據對象可以被映射到從材料體積覆蓋(mvoc)矢量。mvoc矢量可以具有多個值，其中每個值限定在三維物體的層的可尋址位置中的列印材料的每一種或每一種組合的比例。例如，在具有兩種可用列印材料(例如，試劑)m1和m2的增材製造系統中，其中每種列印材料可以獨立地被沉積在三維物體的層的可尋址區域中，在給定mvoc中可以存在22(即，四)個比例：沒有m2時針對m1的第一比例；沒有m1時針對m2的第二比例；針對m1和m2過度沉積(即，組合)時的第三比例(例如，m2沉積在m1上，或者反之亦然)；以及針對不存在m1和m2時的第四比例。在這種情況下，用於模型內柵格化層的mvoc矢量可以是：[m1,m2,m1,m2,z]或者具有示例值[0.2,0.2,0.5,0.1]—即在層中的給定可尋址位置中，在沒有m2的情況下m1被施加的可能性是20％，在沒有m1的情況下m2的可能性為20％，m1和m2都施加的可能性是50％，而該位置空的可能性是10％。因為每個值是比例並且值的集合表示可用材料組合，所以每個矢量中的值的集合之和為1或100％。
例如，在試劑被著色的情況下，則mvoc矢量隨後可以被確定為選擇試劑組合，該試劑組合產生與提供的物體特性值(例如物體特性數據對象中的提供的rgb值)的匹配。在示例中，這種映射可以被保存在查找表等中。
在這個示例中，列印裝置能力數據410包括至少一種可用列印材料的指示。在其他示例中，列印裝置能力數據410可以包括列印解析度的指示，列印解析度即物體的幾何圖形和/或局部物體特性可以被複製的細節水平。在其他示例中，列印裝置能力數據410可以包括可用於至少一個物體特性的值的範圍的指示。例如，這可以是在特定列印裝置上，不可以改變特定參數(例如諸如顏色、電導率或密度的特定特性)，而其他特性可以被改變。這樣，列印材料覆蓋規格可以表示可由列印裝置實現的特性，這些特性不同於設備無關的數據對象中指定的那些特性。
控制數據模塊406用於從列印材料覆蓋規格產生控制數據412，控制數據412用於三維物體的製作。在這個示例中，控制數據模塊406包括半色調模塊414以提供半色調數據。
在這個示例中，半色調數據包括閾值的陣列。在一個示例中，閾值用於執行半色調操作，半色調操作將閾值矩陣的值與指示列印材料(諸如試劑或試劑組合)可能性分配的值相比較，在這個示例中，指示列印材料可能性分配的值被表達為mvoc矢量。這基於閾值選擇單個「狀態」(可能的材料或材料組合中的一個)。這樣的半色調閾值可以根據諸如空白聚類(void-and-cluster)矩陣、誤差擴散技術、基於抖動的技術、am屏幕、簇點類型模式等半色調技術確定。
在特定示例中，模型數據包括三維模型對象，三維模型對象包含表示三維模型物體的體素的陣列，每個體素位於唯一的三維位置。體素可以是相同尺寸和/或形式，或者尺寸和/或形式可以改變。每個體素與指定該體素的物體特性的設備無關的物體特性數據對象相關聯。針對每個體素，控制數據模塊406由指示可用的列印材料的列印裝置能力以及在一些示例中列印材料可以被列印裝置施加的解析度來確定表示特性值的列印材料組合。然後，表示三維模型物體的每個體素被映射到列印材料覆蓋規格，該列印材料覆蓋規格將列印材料指定為在一位置處的可用列印材料的集合的比例。如上所述，列印材料覆蓋規格可以被用於產生如上概述的控制數據。
在一些示例中，如果列印裝置不能提供特定特性或特定特性組合，則可以產生警報並且例如顯示給用戶或另外遞送給用戶。在一些示例中，處理或列印操作可以被中止。
圖5示出與處理器502關聯的存儲器500。存儲器是存儲數據的計算機可讀介質，該數據由處理器502執行時用於應用程式的訪問，該存儲器包括包含應用程式使用的信息的數據結構。數據結構包括多個數據對象504。每個數據對象504具有共同數據對象結構，且並表示三維物體的物理特性的集合，其中每個物理特性被指定為的預定的值的集合中的一個。每個值可以包括默認值或被分配的值(其中被分配的值可以基於物體特性數據而分配)。在一個示例中，物體特性包括：至少一種顏色，以及剛度、透明度、電導率和密度中的至少一個。在一些示例中，數據對象504可以具有包括如上關於圖2描述的特性中的任一個的數據結構。在一些示例中，每個數據對象504與三維物體內的位置關聯。
本公開中的示例可以被提供為方法、系統或諸如軟體、硬體、固件等的任意組合的機器可讀指令。這些機器可讀指令可以被包括在其中或其上具有計算機可讀程序代碼的計算機可讀存儲介質(包括但不限於光碟存儲、cd-rom、光存儲)上。
根據本公開的示例，結合方法、設備和系統的流程圖和/或框圖描述本公開。雖然上面描述的流程圖示出執行的具體順序，但是執行的順序可以與描述的順序不同。關於一個流程圖描述的框可以與另一個流程圖中的框組合。應當理解，流程圖和/或框圖中的每個流程和/或框、以及流程圖和/或框圖中的流程和/或圖形的組合可以通過機器可讀指令來實現。
機器可讀指令可以例如由通用計算機、專用計算機、嵌入式處理器、或者其他可編程數據處理設備的嵌入式處理器執行，以實現說明書和附圖中描述的功能。特別地，處理器或處理裝置，諸如處理裝置400或處理器502，可以執行機器可讀指令。因此，裝置和設備的功能模塊可以由執行存儲在存儲器中的機器可讀指令的處理器或者根據嵌入在邏輯電路中的指令進行操作的處理器實施。詞語「處理器」被寬泛地解釋為包括cpu、處理單元、asic、邏輯單元或可編程門陣列等。方法和功能模塊可以都由單個處理器或分開的幾個處理器執行。
這種機器可讀指令還可以被存儲在可以引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定模式操作的機器可讀存儲器中。
這種機器可讀指令還可以被下載到計算機或其他可編程數據處理設備上，以使計算機或其他可編程數據處理設備執行一系列操作以產生計算機可實施的處理，因此計算機或其他可編程設備上執行的指令提供了實現由流程圖中的流程和/或框圖中的框規定的功能的手段。
進一步，本文的教導可以以計算機軟體產品的形式實施，計算機軟體產品被存儲在存儲介質中並且包括用於使計算機設備實現本公開的示例中所述的方法的多個指令。
雖然已經參考某些示例描述了方法、裝置和相關方面，但是在不脫離本公開的精神的情況下可以進行各種修改、改變、省略和替換。應當注意，上述示例說明而不是限制本文所描述的內容，並且本領域技術人員將能夠設計許多替代性實施方式而不脫離所附權利要求的範圍。具體而言，來自一個示例的特徵或框可以與另一個示例的特徵/框組合，或被另一個示例的特徵/框組合替代。
單詞「包括」不排除在權利要求中列出的元件之外的元件的存在，「一」或「一個」不排除多個，並且單個處理器或其它單元可以實現權利要求中敘述的幾個單元的功能。
任何從屬權利要求的特徵可以與獨立權利要求或其他從屬權利要求中的任一個的特徵組合。