一种基于nsdtf-dem数据的纸基3d打印方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及数字高程模型(Digital Elevat1n Model，简称DEM)实体建模领域，具体涉及一种基于NSDTF-DEM数据的纸基3D打印方法。
【背景技术】
[0002]地理信息数据是用一定的测度方式描述和衡量地理对象的有关矢量化标志，数字高程模型(Digital Elevat1n Model，简称DEM)是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的实体地面模型，是一种典型的地理信息数据。DEM数据在测绘、水文、气象、地貌、地质、土壤、工程建设、通讯、军事等国民经济和国防建设以及人文和自然科学领域都有着十分重要的作用，在工程建设方面，可用于土方量的计算、通视分析，在防洪减灾方面，可用于水文分析，在无线通讯方面，可用于蜂窝电话的基站分析等。目前，地理信息数据多是通过软件进行模拟观察，进而解决实际问题，但模拟的三维影像与真实的三维信息仍存在较大的差别，在实际应用中不能向人们传达确切的三维立体信息，基于地理信息数据的模具制造也颇为困难，因而，地理信息数据的3D打印技术就显得十分重要和必要。
[0003]NSDTF-DEM是中华人民共和国国家标准地球空间数据交换格式一一格网数据交换格式，但这种格式的DEM文件不能与现有的三维信息处理软件相兼容。许多学者对NSDTF-DEM数据格式进行了研究，发现该数据用记事本打开是明码格式，进而提出了方案，可将NSDTF-DEM转换为三维信息处理软件识别的格式数据。STUStereo Lithography)是3DSYSTEMS公司制定的一个接口协议，是一种快速原型制造技术服务的三维图形文件格式，由于其格式简单、跨平台性良好等优点，被广泛研究和应用，已经成为行业内默认的快速原型标准接口文件。要想实现NSDTF-DEM数据的3D打印，最有效的途径是将其转换为STL文件，但目前并没有直接的转换软件问世，因此，需要找到最合适的中间转换软件，不仅要实现NSDTF-DEM数据向STL格式的正确转换，还要保证尽可能小的数据丢失。
[0004]3D打印是近年来的研究热点，市面上的3D打印机层出不穷，3D打印材料也多种多样。Matrix 300 3D打印机是一种以纸张为成型材料的3D打印机，通过对二维分层切面进行切割来实现3D模型每个二维切层的“打印”。纸张是一种价格相对较低的材料，质量轻，显色性好，且可以回收再利用，符合绿色可持续发展的要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种基于NSDTF-DEM数据的纸基3D打印方法。
[0006]本发明的目的通过如下技术方案实现。
[0007]一种基于NSDTF-DEM数据的纸基3D打印方法，首先需要对NSDTF-DEM数据进行格式转换得到Arc I nfo ASCI I Gr i d格式的DEM数据，该方法包括DEM数据的表面建模、DEM数据的三维建模和DEM三维模型的3D打印。
[0008]进一步地，所述的DEM数据的表面建模是:首先根据栅格计算工具将转换得到的Arclnfo ASCII Grid格式的DEM数据中被放大的高程值还原为实际大小，还原后的数据以ASC格式存储，然后利用规则格网数据生成三角网格曲面算法对ASC格式的DEM数据进行表面建模，得到DEM数据的三维表面模型，然后将生成的所述三维表面模型以STL格式存储，以备DEM数据的三维建模使用。
[0009]进一步地，所述的DEM数据的三维建模，是在保证DEM数据的三维表面不发生改变的条件下，首先将三维表面沿高程方向的进行微小偏移(可以设定，如1mm)，使三维表面变成一个具有微小厚度的三维表面，然后通过拉伸使所述具有微小厚度的三维表面获得一定的高度(可以设定，如500mm)，成为一个三维立体，所述三维立体的上表面是凸起来的所述DEM数据的三维表面，所述三维立体的下表面是凹进去的DEM数据的三维表面，最后通过切割切掉下表面凹进去的DEM数据的三维表面，使所述三维立体获得光滑的下表面，最终得到DEM数据的三维模型，所述的DEM三维模型作为3D打印的源文件，所述三维模型的上表面为DEM数据的三维表面，前、后、左、右和下表面均为光滑表面，对三维表面起支撑作用。
[0010]进一步地，所述的DEM三维模型的3D打印是采用纸基3D打印的方式进行所述DEM数据三维模型的输出，对所述DEM的三维模型进行等层厚的分层设置，利用彩色喷墨打印机进行二维分层的双面彩色打印，利用纸基3D打印机对二维彩页进行二维轮廓的切割和三维模型构建，3D打印完成后，剥除多余部分的纸张，并对三维模型表面进行水性胶水的涂布，以获得最终的DEM数据的3D打印模型。
[0011 ] 本发明获得的3D打印模型，是通过上述DEM数据表面建模、DEM数据三维建模和DEM三维模型3D打印的技术方案中所述的方法制造得到的3D打印模型。
[0012]本发明一种基于NSDTF-DEM数据的纸基3D打印方法，其中所述DEM数据的转换，是根据NSDTF-DEM格式和Arclnfo ASCII Grid格式的DEM数据在数据结构上的特点，对所述NSDTF-DEM数据的文件头和后缀进行改写，将其转换为Arclnfo ASCII Grid格式的DEM数据。
[0013]本发明一种基于NSDTF-DEM数据的纸基3D打印方法，其中所述DEM数据的表面建模是利用栅格计算工具还原DEM数据中被放大的高程值，利用规则格网数据生成三角网格曲面算法进行DEM数据的表面建模。栅格计算是利用ARCGIS软件中的栅格计算器工具来完成，ARCGIS是ESRI公司集40余年地理信息系统咨询和研发经验开发的一套完整的GIS平台产品，具有强大的地图制作、空间数据管理、空间分析、空间信息整合、发布与共享能力，在NSDTF-DEM数据与栅格数据之间的转换以及NSDTF-DEM高程数据的还原中，能避免数据精度的损失，还原后的DEM数据保存为ASC格式；规则格网数据生成三角网格曲面算法是利用AccuTrans3D软件的3D转换模块来实现，AccuTrans3D是Windows下的3D模型转换包，一个轻量级的工具，可以快速读写当下流行的建模文件格式，将其转换为三角网格模型，并存储为STL格式，转换过程快速稳定、精度损失小，且不会出现Global Mapper等软件在导出STL文件时出错、文件无效或文件的字节数剧增等不利情况。
[0014]本发明一种基于NSDTF-DEM数据的纸基3D打印方法，其中所述DEM数据的三维建模是在已有的三维表面基础上，为三维表面构建规则形状的立体支撑，因为DEM数据的三维表面是非闭合的模型，不能用于3D打印，该原理通过Material ise Magics软件来实现。Materialise Magics为使用STL文件的用户提供了理想、完美的软件解决方案，具有先进的、高度自动化的STL操作功能。首先将三维表面沿高程方向进行微小偏移，使三维表面具有一个微小的厚度，然后通过拉伸使三维表面获得一定的高度，成为一个三维立体，所述三维立体的上表面是凸起来的所述DEM数据的三维表面，所述三维立体的下表面是凹进去的DEM数据的三维表面，最后通过切割切掉下表面凹进去的DEM数据的三维表面，使所述三维立体获得光滑的下表面。最终得到DEM数据的三维模型，所述三维模型的上表面为DEM数据的三维表面，前、后、左、右和下表面均为光滑表面，对三维表面起支撑作用。
[0015]本发明与现有技术相比，具有如下优点和技术效果:1)实现NSDTF-DEM数据的3D打印；2)该方法将NSDTF-DEM数据构建为STL格式的三维模型，建模过程快速稳定、转换精度高；3)使用的成型材料为办公A4纸，无需任何加工或预处理，使用的胶水味水性胶黏剂，不会挥发有害气体，且利于回收再利用;4)采用“减法”的3D打印过程，保证了 3D打印每层厚度均匀，且不需要其他支撑材料，节省打印时间；5)所获得的3D打印模型质量坚固、细节完整，能够完整呈现诸如山峰、山谷、河流等精细地形。
【附图说明】
[0016]图