[发明专利]面向3D打印的自定义模型立体二维码生成方法及系统

摘要

本发明公开了面向3D打印的自定义模型立体二维码生成方法及系统，该方法通过对输入的自定义三维模型进行几何与结构分析，计算得到适合打印立体二维码的目标区域，并通过透视投影变换将普通二维码映射到目标区域，随后根据透视投影变换结果进行凹陷操作在自定义模型表面生成立体的二维码，最终，用户使用单一属性成型材料的3D打印机即可打印出包含立体二维码的三维模型。

主权项

1.面向3D打印的自定义模型立体二维码生成方法，其特征是，包括以下步骤：步骤(1)：包括步骤(1‑1)‑步骤(1‑3)；步骤(1‑1)：输入二维码和自定义3D模型，对输入的自定义3D模型进行网格化和抽壳处理；步骤(1‑2)：对处理结果进行几何与结构分析；所述步骤(1‑2)包括：步骤(1‑2‑a)：设置3D打印机的打印精度P的初始值，得到目标区域的最小面积A_min：A_min＝[(V‑1)*4+21]*P其中V是输入的二维码的版本号，二维码共有40个版本，版本1是由21*21个黑色或白色的正方形模块构成的矩阵，之后版本号每增加1，二维码的每行每列均增加4个正方形模块；步骤(1‑2‑b)：设定自定义3D模型的打印方向，以网格的每个三角面片为种子点进行区域扩张，寻找区域面积中所有三角面片的面积之和大于A_min的候选目标区域，通过计算区域面积大于A_min的候选目标区域与打印工作台的平行程度，从而构造衡量目标区域与打印工作台平行程度的能量函数E_p：其中M(λ₁₁,λ₁₂,λ₁₃)为候选目标区域中所有三角面片的平均单位法向量，λ₁₁,λ₁₂,λ₁₃分别为候选目标区域中所有三角面片的平均单位法向量在x、y和z三个方向的分量，N(λ₂₁,λ₂₂,λ₂₃)为打印工作台的单位法向量，λ₂₁,λ₂₂,λ₂₃分别为打印工作台的单位法向量在x、y和z三个方向的分量；步骤(1‑2‑c)：通过计算网格化处理后自定义3D模型候选目标区域对应的所有三角面片上每个顶点的曲率加权平均得到候选目标区域的平均曲率，从而构造衡量目标区域平滑程度的能量函数E_s：E_s＝∫∫_D(||Iu,v)||_F²+||IIu,v)||_F²)dudv其中D为候选目标区域，I(u,v)为曲面的第一基本形式，II(u,v)为曲面的第二基本形式，||·||为范数；u、v为候选目标区域参数化后的曲面坐标分量；步骤(1‑2‑d)：构造衡量目标区域可见性的能量函数E_v：其中T为候选目标区域三角面片的集合，t_i为T中任意一个三角面片，V(t_i)为用户根据t_i满足二维码可见性要求的程度自定义的数字标签所对应的数值，t_i越满足可见性要求，V(t_i)的值越小；步骤(1‑2‑e)：构造衡量目标区域是否位于输入的自定义3D模型功能区的能量函数E_f：其中T为候选目标区域三角面片的集合，t_i为T中任意一个三角面片，若t_i位于用户在3D模型表面自定义的功能区内，则F(t_i)＝1；否则F(t_i)＝0；步骤(1‑3)：在自定义3D模型表面寻找适合打印立体二维码的目标区域；步骤(2)：采用透视投影变换方法将二维码映射到目标区域；步骤(3)：根据映射结果进行凹陷操作，在自定义3D模型表面生成立体的二维码；步骤(4)：将生成的含有立体二维码的三维模型输入至3D打印机中，并通过单一材料的3D打印机进行打印，最后输出带有立体二维码的3D实物。