生成3D物体的预览的制作方法

背景技术：

由增材制造工艺生成的三维物体以逐层方式形成。在增材制造的一个示例中，物体通过聚结并固化构造材料层的部分来生成。在示例中，构造材料可以采用粉末、液体或薄片材料的形式。预期的聚结、固化和/或物理特性可以通过将试剂打印到构造材料层上来实现。能量可以被施加至层上，并且一旦冷却，涂敷有试剂的构造材料就聚结并固化。在其他示例中，三维物体可以通过使用挤压塑料或喷涂材料作为构造材料来生成，这些材料固化从而形成物体。

生成三维物体的一些打印工艺使用由三维物体的模型生成的控制数据。该控制数据可以例如指定施加试剂至构造材料的位置或者构造材料本身可以被放置的位置。试剂/构造材料可以致力于为物体的那部分提供特定外观，例如颜色、光泽或表面纹理。

附图说明

为了更加完整地理解，现在结合附图参考以下描述，其中：

图1是生成三维物体的预览的方法的示例的流程图；

图2是用于组合体素外观参数的方法的示例的流程图；

图3是处理装置的示例的简化示意图；以及

图4是处理器和存储器的示例的简化示意图。

具体实施方式

对数据进行控制以制作三维物体的增材制造装置已经被提出。这种控制数据可以由具有多个指定物体特性的任意三维内容生成。这些物体特性可以例如包括外观特性(颜色、透明度、光泽度等)、导电率、密度、孔隙率和/或诸如强度的机械特性。

在本文的一些示例中，三维空间用词语“体素”来表征，即三维像素，其中每个体素占据离散体积。在制作对三维物体进行建模的数据时，给定位置上的体素可以具有至少一个特征。例如，其可以是空的，或者可以具有特定颜色，或者可以表示特定材料或特定物体特性等。

在一些示例中，表示三维物体的数据可以被处理以生成用于生成物体的控制数据。在一些示例中，材料体积覆盖表示限定打印材料数据，例如细化可用打印材料(诸如要打印到构造材料层上的试剂，或者在一些示例中，构造材料本身)中每一种的量，并且如果需要的话细化它们的组合的量。这可以被指定为比例体积覆盖(例如，构造材料层的区域的x％上应当施加有试剂y)。这些打印材料可以涉及或被选择为提供诸如例如颜色、透明度、柔韧性、弹性、刚度、表面粗糙度、孔隙率、导电率、层间强度、密度等的特性。

打印材料(例如，试剂滴)根据控制数据的指定应当被施加的实际位置可以使用半色调技术来确定。

在一个示例中，物体模型数据内的体素集合可以具有关联的材料体积覆盖矢量集合。在简单情况下，这个矢量可以指示三维空间的给定区域的x％应当施加有一个单位的特定试剂，而(100-x)％应当没有试剂。然后，材料体积覆盖表示提供用于“半色调”工艺的输入以生成可以被增材制造系统使用的控制数据，以制作三维物体。例如，可以确定，为了制作特定物体特性，构造材料层的25％(或层的一部分)应当施加有试剂。例如通过将每个位置与半色调阈值矩阵中提供的阈值作比较，半色调工艺确定试剂滴要被沉积的位置以提供25％的覆盖。

在一些示例中，用于生成希望具有某些特性的物体的控制数据已经被开发，这些特性诸如是形状、结构、表面纹理、颜色、光泽等。在一些示例中，预览可以被生成。第一类型的预览可以包括“输出前预检”，其描述确保所有控制数据都存在的过程并且采用预期格式。这允许控制数据的格式错误被识别。然而，其可以不识别会制作诸如在打印物品中没有按照预期且对于操作者来说是显而易见的形状、颜色、纹理等的伪迹的数据部分。在第二类型的预览中，可以作为控制数据的基础的模型的渲染可以被生成并显示给用户。

图1中示出可以被用于生成三维物体的预览的方法的示例。

在框102中，获得用于生成三维物体的控制数据。在一些示例中，这可以被提供为体素阵列，并且控制数据可以针对物体的非空体素指定至少一种打印材料以在物体生成期间被沉积在该体素中。打印材料可以是试剂，例如被施加以使试剂之下的构造材料可以被促使为聚结并固化，或者可以被选择为给予一些特定特性，诸如颜色、光泽度、不透明度、表面纹理等。颜色可以例如以颜色空间限定，诸如例如灰度的单色连续映像空间；红、绿、蓝(rgb)颜色空间；国际照明委员会(cie)1931xyz颜色空间，其中三个变量(“x”、“y”和“z”或三色刺激值)被用于对颜色进行建模；cie1976(l*、a*、b*-cielab或‘lab’)，其中三个变量表示明度“l”和相对颜色维度(“a”和“b”)；或任意其他颜色空间或衍生颜色空间。这些颜色空间中的颜色值可以包括连续色调值，例如值的预定范围内的值。例如，在简单的情况下，rgb颜色值可以包括三个8比特的值，同样每个红、绿和蓝的值可以在0至255的范围内。这些值可以被用于形成控制数据，以使适当量的打印材料或打印材料的组合被沉积在适当的位置。

在框104中，确定视体(即，将在用于预览物体的屏幕上表示的物体区域)。然后，在视体内可见的体素被确定(框106)。这可以包括视角、观察范围(即，要预览的物体内容)、物体形状和/或形式(例如，物体的哪些部分会被其他部分阻挡)以及在一些实施例中体素的透明度和不透明度的水平中的任一个或任意组合的考虑。在特定示例中，对于第一可见体素，透明度(或相当于不透明度)被确定，并且从该透明度，可以确定沿着由视体限定的视线在第一体素后方的第二体素是否可见。这可以被反复实施，直到确定在视体中没有物体的其他层可见。

在框108中，确定要在其中显示预览的多个预览显示像素。在一些示例中，这可以包括考虑会被用于显示预览的屏幕的分辨率和可见区域(或者屏幕内的视窗)，并且在一些示例中可以是用户可控的。体素的至少一个体素外观参数根据控制数据确定(框110)。在一些示例中，针对视体中的所有体素，体素外观参数被确定。要被每个预览显示像素表示的体素集合可以被识别(框112)。这组体素可以是可见体素的子组。可以通过组合由该预览显示像素表示的体素集合中的体素的至少一个外观参数，来针对每个预览显示像素确定至少一个像素外观参数(框114)，并且每个预览显示像素根据针对该像素确定的像素外观参数来控制(框116)。

体素的外观参数可以基于控制数据中指定的打印材料而确定。在一些示例中，这是为打印该体素而指定的打印材料。在其他示例中，为打印可以是邻居或附近邻居的其他体素而指定的打印材料也可以被用于确定体素的外观参数。

在示例中，控制数据可以指示要被沉积在特定位置处的打印材料是单一油墨。在这示例中，该体素的外观可以通过该油墨的颜色被至少部分表征。在另一个示例中，控制数据可以指定多种油墨(或者多种其他打印材料)应当被沉积在体素内，例如与另一种油墨重叠的一种油墨。该体素的外观可以通过那些油墨的颜色和重叠部分的颜色来表征。在另一个示例中，体素的光泽度或不透明度可以被指定在控制数据中并且被用于确定外观参数。

在一些示例中，体素外观参数可以通过针对至少一个体素使用相同或等效的控制数据而生成的物体的测量来获得。在这些示例中，控制数据可以被用于识别与用于生成被测量物体的控制数据的指示关联保存在存储器中的先前测量的外观参数。在其他示例中，模型，诸如针对颜色的颜色模型、针对光泽度的双向反射分布函数(brdf)或针对不透明度的给定材料厚度的透光率百分比，可以被用于预测外观参数。

在一些示例中，体素外观参数还可以考虑光的横向散射。更特别地，在光进入材料时，光可以在行进的方向上被调制，并且可以沿着相同的路径反射回来，但是还可以在材料中散射并且从包括正交(横向)方向的其他方向逸出。因此，在光入射在打印体素上时，这可以对其邻居的外观有影响。这可以例如参考诸如尤尔-尼尔森模型的横向散射模型来考虑。因此，确定体素外观参数可以包括考虑在一些示例中可以是邻居或附近邻居体素的其他体素对可见体素的任何影响。这些体素可以不在视体本身内。

在一些示例中，体素外观参数可以包括颜色参数、光泽度参数、纹理参数或粗糙度参数中的至少一种的任一个或任意组合。

图2中更具体地阐述实施框112的方法的一个示例。在这个示例中，组合可见体素的外观参数包括针对体素集合确定体素外观参数的凸组合。在特定示例中，三个参数被确定以衡量集合中的体素的影响：体素相对于预览显示像素的表面积的尺寸(注意，在一些示例中，体素可以是尺寸可变的)(框202)，体素沿着视线到物体的可见表面的距离(框204)；以及体素和物体表面之间的任意体素的不透明度(框206)。

因此，体素可以根据以下关系被分配相对权重和在框208中组合的外观参数：

xyz^ynndisplay＝sum(wi^*xyz^ynnvoxel(i))，

其中：

xyz^ynndisplay分别是显示器和体素的yule-nielsen校正域颜色空间；根据国际照明委员会(cie)1931xyz颜色空间，其中三个变量(‘x’、‘y’和‘z’或三刺激值)可以被用于对颜色进行建模，例如红色、绿色、蓝色(rgb)颜色空间或cie1976(l*,a*,b*-cielab或‘lab')颜色空间，其中三个变量表示明度(‘l’)和相对颜色维度(‘a’和‘b’)。在其他示例中，其他颜色空间可以被使用。

sum(wi)＝1是对应于一个显示像素的集体中的全部体素之和；并且

wi＝f(ovoxel(i)，dvoxel(i)，avoxel(i))，其中o是体素不透明度，d是距离，并且a是体素投影到预览显示像素上的面积。

f()是经验确定函数，并且在一些示例中可以是多项式。在一个示例中，f()是不透明度、距离和面积的加权和，优选具有高阶项和交叉项，对于f()，加权会被计算以使对地面真实测量的误差最小化。然后，每个显示像素外观参数通过将xyz^ynndisplay转换为显示比色(colorimetry)xyzdisplay来确定(框210)。国际照明委员会(cie)1931xyz颜色空间，其中三个变量('x'、'y'和'z'或三刺激值)，可以被用于对颜色进行建模。例如，这可以以显示的srgb域进行解释。

因为其基于控制数据而不是例如用于生成控制数据的模型数据，所以更精确的预览可以被生成，除了演示低质量模型之外，更精确的预览还可以允许检测低质量控制数据(或者具有不期望的伪迹的控制数据)。这种检测可以早期地发生在生产流水线中并可以防止具有不期望特征或特性的产品被制造完成。

图3示出用于生成由增材制造装置生成的三维物体的预览的处理装置300的示例。装置300包括接口302，接口302用于接收用于生成三维物体并针对物体中的每一个体素指定在物体生成期间要被沉积在该体素中的至少一种打印材料的控制数据。装置300进一步包括：图像处理模块304，图像处理模块304用于确定体素中的哪一个在视体中是可见的并根据控制数据确定体素外观参数；映射模块306，用于将每个可见体素映射到体素集合，其中每个体素集合被表示在(不同)预览显示像素中；组合模块308，用于组合体素集合中的体素的至少一个外观参数并生成至少一个像素外观参数；以及显示控制数据模块310，用于根据像素外观参数确定显示控制数据以控制显示器的像素。在这示例中，装置300与显示器312关联，以根据显示控制数据显示预览，然而在其他示例中，显示控制数据可以被存储或可以被传输，例如为了远程显示。

本公开中的示例可以被提供为方法、系统或机器可读指令，诸如软件、硬件、固件等的任意组合。这些机器可读指令可以被包括在其中或其上具有计算机可读程序代码的计算机可读存储介质(包括但不限于光盘存储、cd-rom、光存储)上。

根据本公开的示例，结合方法、设备和系统的流程图和/或框图描述本公开。虽然上面描述的流程图示出执行的具体顺序，但是执行的顺序可以与描述的顺序不同。关于一个流程图描述的框可以与另一个流程图中的框组合。应当理解，流程图和/或框图中的每个流程和/或框以及流程图和/或框图中的流程和/或图的组合可以通过机器可读指令来实现。

图4示出与存储器402关联的处理器400的示例。存储器包括可被处理器400执行的计算机可读指令404。指令404包括：

(i)指令406，用于识别增材制造装置的控制数据，控制数据生成三维物体并针对物体中的体素指定在物体生成期间被沉积在该体素处的至少一种打印材料(其可以例如包括根据控制数据确定体素的颜色、光泽度、纹理、粗糙度和不透明度中的至少一个的至少一个体素外观参数的指令)。

(ii)指令408，用于根据控制数据确定三维物体中的体素的至少一个体素外观参数；

(iii)指令410，用于针对视体确定三维物体中的可见体素；

(iv)指令412，用于针对显示像素确定由显示像素表示的可见体素集合(在一些示例中，其可以包括确定视体的方向上的可见体素的多个层，并且其可以针对多个显示像素而实施)；

(v)指令414，用于组合可见体素集合中的体素的至少一个体素外观参数；以及

(vi)指令416，用于确定控制数据以控制像素来显示组合外观参数的表示。

机器可读指令可以例如由通用计算机、专用计算机、其他可编程数据处理设备的嵌入式处理器执行以实现说明书和附图中描述的功能。具体而言，处理器或处理装置可以执行机器可读指令以操作为装置300或其任意部件或模块。因此，装置的功能模块可以由执行存储在存储器中的机器可读指令的处理器或者根据嵌入在逻辑电路中的指令进行操作的处理器实施。词语“处理器”被宽泛地解释为包括cpu、处理单元、asic、逻辑单元或可执行栅阵列等。方法和功能模块可以都由单个处理器或分开的几个处理器执行。

这些机器可读指令还可以被存储在可以引导计算机或其他可执行数据处理设备以特定模式操作的机器可读存储器中。

这些机器可读指令还可以被下载到计算机或其他可执行数据处理设备上，以使计算机或其他可执行数据处理设备执行一系列操作以制作计算机实施处理，因此计算机或其他可执行设备上执行的指令提供实现由流程图中的流程和/或框图中的框指定的功能的手段。

进一步，本文的教导可以以计算机软件产品的形式实施，计算机软件产品被存储在存储介质中并且包括用于使计算机设备实现本公开的示例中所述的方法的多个指令。

虽然已经结合某些示例描述了方法、装置和相关方面，但是在不脱离本公开的精神的情况下可以进行各种修改、改变、省略和替换。应当注意，上述示例说明而不是限制本文所描述的内容，并且本领域技术人员将能够设计许多选择性实施方式而不脱离所附权利要求的范围。具体而言，来自一个示例的特征或框可以与另一个示例的特征/框组合或替代。

单词“包括”不排除在权利要求中列出的元件之外的元件的存在，“a”或“an”不排除多个，并且单个处理器或其它单元可以实现权利要求中叙述的几个单元的功能。

关于一个示例描述的特征可以与另一示例的特征组合或被另一个示例的特征替代。

任何从属权利要求的特征可以与独立权利要求或其他从属权利要求中的任一个的特征组合。