专利名称：三维模型自动生成系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及三维模型的制作，尤其是涉及一种用于三维模型的自动生成系统。
背景技术：
目前已存在多种可自动生成立体实物的快速成型装置，这类装置比较适用于生成单体的立体实物，而并不普遍适用于基于平面建立的三维立体实物模型，这主要是由于其在同一平面上会包含很多独立的三维实体。例如，沙盘是在普通地图的二维信息基础上全面展示三维地理信息的有效载体；由于三维信息的采集以及使用人工制作都很费时间，因此以前只应用于军事领域，但近年来也在城市规划，教学等领域广泛采用。随着数字地球的时代到来，特别是卫星技术的发展，三维信息的获取变得越来越低成本打开谷歌地图，其卫星图就会用灰度信息叠加在二维基础上来显示三维地理信息，关键是如何用堆积物比例还原这些三维信息。现有的技术方案，大多是用声、光、幻影手段，利用人的视觉暂留效应来模拟三维地理信息；而不是直接输出堆积物，不是通过在堆积基本地形来制作的实体沙盘，直观性较差；而且这种使用模拟技术的实现三维信息的方式在解决通用性方面不理想，成本造价较高，制作效率也较低。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种三维模型自动生成系统，可以自动生成三维模型，可以根据互联网中的卫星地图信息自动生成选定区域的三维地理信息，通过自动堆积、三维打印，自动生成实体的沙盘。本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现一种三维模型自动生成系统，其特征在于包括支架、设置于所述支架上并可沿其上下移动的操作台，和设置于所述支架上的可相对于所述操作台移动的喷头组件，以及用于控制所述喷头组件和操作台的控制终端；所述喷头组件位于所述操作台的上方，其包括有一个或多个喷口朝向所述操作台的喷头，所述喷头可向所述操作台上喷射用于生成三维模型的颜料；所述控制终端控制所述操作台和所述喷头组件协同移动，并同时控制所述喷头组件逐层向所述操作台上喷射所述颜料，生成所述三维模型。较佳地，所述支架上设置有位于所述操作台上方的至少两条在一平面内相交的导轨；两条所述导轨所处平面与所述操作台相对；至少一条所述导轨上设置有可沿其往复移动的所述喷头组件；设置有所述喷头组件的所述导轨还可沿与其相交的所述导轨往复移动。较佳地，所述支架为一立方体框架，其四周设置有多个竖立的支柱，其顶部为一平面矩形框；所述操作台位于所述框架内部，所述支柱上设置有Z向导轨，所述操作台设置于所述Z向导轨上，并可沿其上下移动；所述矩形框上设置有一横架，所述横架平行于所述矩形框的其中一组对边，所述横架上设置有X向导轨；所述矩形框的另一组对边上分别设置有一条Y向导轨，所述横架可沿所述Y向导轨往复滑动；所述X向导轨的长度大于两条所述Y向导轨之间的距离；所述喷头组件设置于所述X向导轨上，并可沿其往复滑动。较佳地，所述X向导轨和Y向导轨所处平面与所述操作台平行相对。较佳地，所述X向导轨和Y向导轨所处的平面，以及所述操作台均与所述支柱相垂直。较佳地，所述横架上还设置有驱动所述喷头组件沿所述X向导轨往复滑动的X向驱动电机和X向丝杠；所述矩形框的另一组对边的其中一边上还设置有驱动所述横架沿所述Y向导轨往复滑动Y向驱动电机和Y向丝杠；所述操作台上还设置有驱动所述操作台沿所述Z向导轨上下移动的Z向驱动电机和Z向丝杠。较佳地，所述立方体框架的底部设置有与所述喷头组件中的每个喷头一一对应的多个压力颜料盒；所述压力颜料盒通过输料管向其对应的所述喷头输入颜料；每个所述压力颜料盒上设置有可控制颜料输出量的比例控制阀。较佳地，所述控制终端包括可与互联网相通信链接的上位机和与所述上位机相连的协处理器；所述协处理器分别与每个所述压力颜料盒的比例控制阀的控制器相连，并且还分别与所述X向、Y向、Z向步进电机的控制器相连。本实用新型还包括以下技术方案本实用新型的有益效果本实用新型的三维模型自动生成系统使三维模型的制作更加简单；并且具备良好的通用性，尤其是可以通过网络获取地图信息并可自动生成沙盘，使沙盘的制作效率大大提升，同时使沙盘的制作成本和使用成本大大降低。
为本实用新型的三维模型自动生成系统的一具体实施例的整体结构示意图；为图I所示的三维模型自动生成系统的支架结构示意维模型自动生成系统的横架及X向导轨示意图维模型自动生成系统的Y向导轨及组件示意图维模型自动生成系统的Z向导轨及组件示意图维模型自动生成系统的喷头组件的结构示意图
为图I所示的」为图I所示的」为图I所示的」为图I所示的」
具体实施方式
为使本实用新型的三维模型自动生成系统的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型做进一步详细说明，但是，应当说明的是，以下所描述的具体实施例仅用于说明本实用新型，但不用来限定本实用新型的范围。如图I至图6所示，本实施例中的三维模型的自动生成系统，其包括支架100、设置于所述支架100上并可沿其上下移动的操作台200、设置于所述支架100上的可相对于所述操作台移动的喷头组件300，所述喷头组件300包括有一个或多个喷口朝向所述操作台的喷头301 ;所述喷头组件300位于所述操作台200的上方，并可逐层向所述操作台200上喷射用于生成所述三维模型的颜料；优选地，本实施例中的所述支架100为一立方体框架，其四周设置有多个竖立的支柱110，其顶部为一矩形框120 ;所述矩形框上设置有一横架400，所述横架400平行于所述矩形框120的其中一组对边，所述横架400上设置有X向导轨430 ;所述矩形框120的另一组对边上分别设置有一条Y向导轨510、520，所述横架400可沿所述Y向导轨510、520往复滑动；所述喷头组件300设置于所述X向导轨430上，并可沿其往复滑动；本实施例中的所述喷头组件300可以在所述X向导轨430和Y向导轨510、520组成XY轴的二维坐标系平面内移动，并且进一步地，所述X向导轨430和Y向导轨510、520所处平面与所述操作台200平行相对，保证所述喷头组件300在移动中喷射的颜料可在所述操作台200上逐层堆积形成沙盘模型；同时，本实施例中的所述X向导轨430的长度大于两条所述Y向导轨510、520之间的距离，使所述X向导轨430和Y向导轨510、520组成XY轴的二维坐标系平面完全覆盖所述操作台200所处的平面，使所述喷头组件300沿所述X向导轨430横向运动时，所述喷头组件300内的所有喷头都可运动到所述Y向导轨510、520的外侧边界；进而保证所述喷头组件300上的每个喷头301都能覆盖所述操作台200上的所有位置；进步一步地，所述操作台200位于所述框架内部，所述支柱110上设置有Z向导轨600，所述操作台200设置于所述Z向导轨600上，并可沿其上下移动；优选地，所述支柱110与所述X向导轨430和Y向导轨510、520所处平面，以及与所述操作台200相垂直，所述Z向导轨600与所述X向导轨430以及所述Y向导轨510、520组成X、Y、Z三轴的三维立体坐标系空间；以保证所述操作台200和所述喷头组件300在所述X、Y、Z三轴的三维立体坐标系内协同移动，使所述喷头组件300喷射的颜料在所述操作台200上逐层形成三维模型。作为另一些实施方式，至少包括在所述支架上设置的位于所述操作台上方的至少两条在一平面内相交的导轨；所述相交的导轨可组成一个二维平面，并且至少在一条所述导轨上设置有可沿其往复移动的所述喷头组件，设置有所述喷头组件的所述导轨还可沿与其相交的所述导轨往复移动，同时，所述导轨所处平面与所述操作台相对；以保证所述操作台可以与所述喷头组件协同移动，使所述喷头组件逐层向所述操作台上喷射所述颜料，生成所述三维模型。更进一步地，本实施例中的三维模型生成的系统还包括用于控制所述喷头组件300和操作台200的控制终端，所述控制终端控制所述操作台和所述喷头组件协同移动，并同时控制所述喷头组件逐层向所述操作台上喷射所述颜料，生成所述三维模型。优选地，本实施例中的所述横架400上还设置有驱动所述喷头组件300沿所述X向导轨往复滑动的X向驱动电机和X向丝杠；如图I和图3所作为一种可实施方式,本实施例中，横架400上设置有X向丝杠410、X向驱动电机420、两根X向导轨430，用于装载喷头组件300的喷头安装板431通过一 X向滑块432套在X向导轨430上，而X向丝杠410则通过一丝杠螺母411与X向滑块432相连；X向丝杠410的一端还设置有电机支架412和X向联轴器413，X向驱动电机420设置于电机支架412上，并通过X向联轴器413与X向导轨430相连；当X向驱动电机420带电工作时，带动X向丝杠410旋转，驱使丝杠螺母411带动喷头安装板431沿X向导轨430往复滑动；优选地，所述矩形框的另一组对边的其中一边上还设置有驱动所述横架400沿所述Y向导轨510、520往复滑动Y向驱动电机501和Y向丝杠502 ；如图I和图4所示，两条Y向导轨510、520之间设置有用于安装横架400的安装板503，安装板503同样通过滑块装置套装在Y向导轨510、520上；Y向导轨510、520上的其它组件与所述横架400上的装置相同，其中Y向丝杠502的两端还分别设置有导轨固定块 504 ；如图I和图5所示，本实施例中，操作台200为横折状，其包括一个平行于矩形框120的平面210和一个竖立的支撑挡边220，在挡边220上设置有驱动所述操作台200沿所述Z向导轨600上下移动的Z向丝杠602，Z向丝杠602两端分别通过设置于支架100上的横板与所述支架100相对固定，Z向丝杠602的一端还设置有Z向驱动电机601 ；本实施例中，在支架100的两个相对的支柱110上分别设置有一个Z向导轨600 ；操作台200的平面210的两侧分别通过滑块装置套在两个Z向导轨600上；Z向导轨600上的其它组件与所述横架400上的装置相同，其中两个Z向导轨600和Z向丝杠602的两端还分别设置有导轨固定块；进一步地,如图I和图6所不,所述立方体框架的底部设置有与所述喷头组件300中的每个喷头301—一对应的多个压力颜料盒201 ;所述压力颜料盒201通过输料管202向其对应的所述喷头301输入颜料；每个所述压力颜料盒201还连接有可控制其输出颜料量的比例控制阀；本实施例中所述喷头组件300中的喷头301的数量为四个，四个喷头301设置于Z向丝杠602底部的横板610上进一步地，作为一种可实施方式，所述控制终端包括可与互联网通信连接的上位机和与所述上位机相连的协处理器；所述协处理器分别与每个所述压力颜料盒201的比例控制阀的控制器相连，并且还分别与所述X、Y、Z向导轨步进电机的控制器相连。作为一种可实施方式，所述协处理器为数字信号处理器(DSP)或者单片机等，通过将所述自动生成三维模型系统所生成的指令传输给该协处理器，实现控制自动生成三维模型。本实施例中的三维模型自动生成系统在自动生成三维模型时，包括以下步骤步骤SI、向所述上位机内输入待生成三维模型的图形信息；步骤S2、所述上位机根据所述图形信息建立用于生成三维模型的三维模型数据库；步骤S3、所述上位机将所述三维模型数据库分解成工艺文件；步骤S4、所述上位机通过所述协处理器控制所述X、Y、Z向步进电机，根据所述工艺文件驱动所述操作台和所述喷头组件协同移动，并控制与每个所述喷头相对应的压力颜料盒的比例控制阀，使所述喷头组件逐层向所述操作台喷射颜料，生成所述图形信息的三维模型。优选地，作为一种可实施方式，所述图形信息可以是地图信息；本实施例中所述三维模型的自动生成系统可根据所述地图信息自动生成三维沙盘模型；优选地，当所述三维模型自动生成系统用于生成所述沙盘模型时，在所述步骤SI中，可使所述上位机通过互联网获取区域卫星地图信息；在本实施例中，所述上位机通过互联网直接从谷歌卫星地图截取所述区域卫星地图信息，通过所述三维模型的自动生成系统使所述卫星地图自动生成沙盘模型；进一步地，作为一种可实施方式，在本实施例的所述喷头组件中设置四个喷头，分别为用于喷射所述沙盘模型中的三维基底模型的第一喷头、用于喷射所述沙盘模型中的蓝色三维模型的第二喷头、用于喷射所述沙盘模型中的三维道路模型的第三喷头，以及用于喷射所述沙盘模型中的三维文字模型的第四喷头。进一步地，将所述卫星地图制作成所述沙盘模型时，所述步骤S2包括以下步骤步骤S2-1、所述上位机将所述地图信息转换成总位图；步骤S2-2、所述上位机从所述总位图中分别提取所述地图信息上的道路信息、蓝色信息、文字信息，并生成相应的所述道路信息的模型位图、所述蓝色信息的模型位图和所述文字信息的模型位图；步骤S2-3、所述上位机从所述总位图中提取灰度信息，并根据所述灰度信息中的梯度和散度信息得到所述沙盘模型的高度参数，并生成所述沙盘模型的三维基底模型数据库(三维基底模型位于沙盘底部的基础框架的结构，一般为地图中的陆地);步骤S2-4、所述上位机将所述三维基底模型数据库内的信息分别与所述道路信息模型位图合成三维道路模型数据库，与所述蓝色信息模型位图合成三维蓝色模型数据库，与所述文字模型位图合成三维文字模型数据库。优选地，在所述步骤S2-2中，所述上位机还从所述总位图中提取所述地图信息上的其它信息，并相应生成所述其它信息的模型位图；并且，在所述步骤S2-4中，所述上位机还将所述三维基底模型数据库内的信息与所述其它信息模型位图合成其它信息模型数据库。其中，所述的蓝色信息包括所述地图信息中的河流、水库、湖泊、海洋信息；所述其它信息包括所述地图信息中的沙漠信息、荒山信息、田野信息、沟渠信息和管路信息等其它细微信息。进一步地，本实施例中，所述步骤S2-3中的所述三维基底模型数据库的具体生成方法包括以下步骤步骤A、根据所述总位图查找所述地图信息内的陆地灰度的最小值和最大值，并推算出所述沙盘模型的层级；(本实施例中以地图信息中的陆地为基准作为沙盘分层的依据，更便于计算，而海洋等蓝色地区、道路、文字等信息的位置灰度值只需要与其周围的陆地灰度值做插值运算即可。)步骤B、根据所述地图信息内每一点的灰度值推算出所述沙盘模型的每一层的边界点，并生成所述沙盘模型的每一层的边界文件；步骤C、将所述沙盘模型每一层的所述边界文件及其序号组合成所述三维基底模型数据库。[0069]进一步地，在具体运算中，所述步骤S2-3主要是对所述卫星地图进行垂直高度方向的分层，并通过图像分割法生成每一层的边界文件；在一些实施例中，可以采用阀值法，边缘检测法，区域法等图像分割法进行所述卫星地图中的每一层进行边界图像的分割；本实施例中采用以下方法a、首先查找卫星地图范围内陆地灰度最小值与最大值，记之为D (Min)与D(Max)，三维层级(L)= (D(Max)-D (Min))/N。(其中N取决于于卫星地图中实际物体的高度与在沙盘中设定的所述实际物体的模型的高度之比。)b、将所述卫星地图中每一点灰度值设定为D(x，y)，取其9点正方或16点正方的算术平均值为D0(x0，y0)，如果DO与D之间的差平方和大于边界判定值Σ 0，则该点为边界。找出所有边界点，看是否区域内连续，否则修改Σ O值，直到可以逻辑补齐非连续点。C、在b生成的数据库基础上重新选定Σ I，再次生成边界文件。d、在c生成数据库基础上重新选定Σ 2……e、如此进行L (已划分的三维层级)次，每次都有不同的边界位图，这些位图连带其序号就组合成所述的三维基底数据库。更进一步地，本实施例在进行所述步骤S3和S4时，所述协处理器首先根据收到的所述三维基底数据库文件(Bassxxx. 3DAT)，先分析沙盘总共有多少层，将每层对应一个边界位图(文件名及类型可为XXXX. BMP)文件，将所述操作台调到最顶端，驱动所述喷头组使用第一喷头，在二维基础上根据最底层的xxxl. BMP文件进行喷印，然后将所述操作台降低一层，驱动所述喷头组喷印第二层xxx2. BMP文件，直到最后一个xxxL. BMP文件完成，三维基底地形完成。然后，所述协处理器根据收到的所述三维道路模型数据库(Croadxxx. 3DAT)文件，分解出每点可切入的工艺路径，解析出道路喷印工艺文件，反复驱动工作台上下、喷头组左右前后移动，使用第二喷头来喷射每一段三维路线。同样道理，根据所述三维蓝色模型数据库(Cbluexxx. 3DAT)文件，解析三维河流、水库、湖泊、海洋等蓝色信息工艺文件并使用第三喷头进行喷印；根据三维文字模型数据库(Cwordxxx. 3DAT)文件，解析地名、道路名称、河流名称、山脉名称等三维文字信息的工艺文件并使用第四喷头进行喷印。最后，所述协处理器还可以根据所述其它信息模型数据库解析出包含沙漠、荒山、田野、沟渠、管路等三维信息，然后利用所述喷头组内的四只喷头颜料(例如，所述四个喷头的颜料色分别设定为绿、红、蓝、白)的叠加合成来显示这些细微信息，完成所述沙盘模型的制作。应当说明的是，很显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型。
权利要求1.一种三维模型自动生成系统，其特征在于包括支架、设置于所述支架上并可沿其上下移动的操作台，和设置于所述支架上的可相对于所述操作台移动的喷头组件，以及用于控制所述喷头组件和操作台的控制终端；所述喷头组件位于所述操作台的上方，其包括有一个或多个喷口朝向所述操作台的喷头，所述喷头可向所述操作台上喷射用于生成三维模型的颜料；所述控制终端控制所述操作台和所述喷头组件协同移动，并同时控制所述喷头组件逐层向所述操作台上喷射所述颜料，生成所述三维模型。
2.根据权利要求I所述的三维模型自动生成系统，其特征在于所述支架上设置有位于所述操作台上方的至少两条在一平面内相交的导轨；两条所述导轨所处平面与所述操作台相对；至少一条所述导轨上设置有可沿其往复移动的所述喷头组件；设置有所述喷头组件的所述导轨还可沿与其相交的所述导轨往复移动。
3.根据权利要求I或2所述的三维模型自动生成系统，其特征在于所述支架为一立方体框架，其四周设置有多个竖立的支柱，其顶部为一平面矩形框；所述操作台位于所述框架内部，所述支柱上设置有Z向导轨，所述操作台设置于所述Z向导轨上，并可沿其上下移动；所述矩形框上设置有一横架，所述横架平行于所述矩形框的其中一组对边，所述横架上设置有X向导轨；所述矩形框的另一组对边上分别设置有一条Y向导轨，所述横架可沿所述Y向导轨往复滑动；所述X向导轨的长度大于两条所述Y向导轨之间的距离；所述喷头组件设置于所述X向导轨上，并可沿其往复滑动。
4.根据权利要求3所述的三维模型自动生成系统，其特征在于所述X向导轨和Y向导轨所处平面与所述操作台平行相对。
5.根据权利要求4所述的三维模型生成的系统，其特征在于所述X向导轨和Y向导轨所处的平面，以及所述操作台均与所述支柱相垂直。
6.根据权利要求5所述的三维模型自动生成系统，其特征在于所述横架上还设置有驱动所述喷头组件沿所述X向导轨往复滑动的X向驱动电机和X向丝杠；所述矩形框的另一组对边的其中一边上还设置有驱动所述横架沿所述Y向导轨往复滑动Y向驱动电机和Y向丝杠；所述操作台上还设置有驱动所述操作台沿所述Z向导轨上下移动的Z向驱动电机和Z向丝杠。
7.根据权利要求6所述的三维模型自动生成系统，其特征在于所述立方体框架的底部设置有与所述喷头组件中的每个喷头一一对应的多个压力颜料盒；所述压力颜料盒通过输料管向其对应的所述喷头输入颜料；每个所述压力颜料盒上设置有可控制颜料输出量的比例控制阀。
8.根据权利要求7所述的三维模型自动生成系统，其特征在于所述控制终端包括可与互联网相通信链接的上位机和与所述上位机相连的协处理器；所述协处理器分别与每个所述压力颜料盒的比例控制阀的控制器相连，并且还分别与所述X向、Y向、Z向步进电机的控制器相连。
专利摘要本实用新型公开了一种三维模型自动生成系统，其包括一支架、设置于支架上并可沿其上下移动的操作台和设置于支架上的可相对于操作台移动的喷头组件，以及控制终端；喷头组件位于操作台的上方，其包括有一个或多个喷口朝向操作台的喷头，喷头可向操作台上喷射用于生成三维模型的颜料；控制终端控制操作台和喷头组件协同移动，并同时控制喷头组件逐层向操作台上喷射颜料，生成三维模型；本实用新型的三维模型自动生成系统使三维模型的制作更加简单；并且具备良好的通用性，尤其是可以通过网络获取地图信息并可自动生成沙盘，使沙盘的制作效率大大提升，同时使沙盘的制作成本和使用成本大大降低。
文档编号B41J3/00GK202742818SQ20122038496
公开日2013年2月20日 申请日期2012年8月3日 优先权日2012年8月3日
发明者袁继友, 谢庆旭, 姚恩东, 蒋卫东 申请人:中科英华湖州工程技术研究中心有限公司