本发明涉及一种彩色3d物件，尤其涉及彩色3d物件的着色范围补偿方法。
背景技术：
有鉴于3d打印技术的成熟，以及3d印表机的体积缩小与价格降低，近年来3d印表机实以极快的速度普及化。而为了令打印完成的3d模型更容易被使用者所接受，部分厂商已研发出能够打印全彩3d模型的3d印表机。
上述3d印表机在打印时，主要是先依据一打印路径来喷射成型材以形成物件区块，接着，再依据相同或相似的打印路径直接于该成型材上喷射彩色墨水以形成着色区块，以通过该着色区块对该物件区块进行着色。藉此，可通过着色后的物件区块来堆叠成一全彩3d模型。
参阅图1a，为相关技术的第一3d物件剖示图。如图1a所示，一3d物件1主要是由一物件区块11及覆盖该物件区块11的一着色区块12所形成。如上所述，由于该3d印表机在打印该物件区块11与打印该着色区块12时所采用的打印路径相同或相似，因此该着色区块12应如图1a所示，可完全覆盖该物件区块11。然而，于实际打印时，常常会产生该着色区块12无法完全覆盖该物件区块11，使得打印完成的3d模型的轮廓上有部分没有被着色的现象。
以熔融沉积成型(fuseddepositionmodeling,fdm)式3d印表机为例，该3d印表机采用的成型材为具热塑性的线材。由于该成型材本身具有一定的重量，且于被喷射时是处于熔融状态，因此在打印时，该物件区块11容易有塌陷而外扩的现象。
参阅图1b，为相关技术的第二3d物件剖示图。当该物件区块11被打印后因塌陷而外扩时，将会产生相邻的一外扩区块110。由于该外扩区块110并没有被该着色区块12的打印路径所记录，因此当该3d印表机依据该打印路径于该物件区块11上打印该着色区块12时，将无法覆盖该外扩区块110(即，无法完全覆盖有外扩现象的该物件区块11)，而造成该外扩区块110无法被着色的现象。
技术实现要素：
本发明提供一种彩色3d物件的着色范围补偿方法，可对物件的外扩区块进行着色补偿。
于本发明的一实施例中，彩色3d物件的着色范围补偿方法包括下列步骤：
a)由一处理器汇入一3d物件；
b)对该3d物件进行一物件切层处理，以产生多个打印层的物件打印路径信息；
c)对该3d物件进行一影像切层处理，以产生多个打印层的颜色打印路径信息，其中各该颜色打印路径信息分别描述各该打印层的一原始颜色轮廓；
d)对该些颜色打印路径信息分别进行一外扩处理，以产生多个更新后颜色打印路径信息，其中各该更新后颜色打印路径信息分别描述各该打印层的一外扩后颜色轮廓；及
e)由一储存单元储存该多个物件打印路径信息为多个路径文件，并储存该多个更新后颜色打印路径信息为多个影像文件。
如上所述，其中各该外扩后颜色轮廓是分别由对应的各该原始颜色轮廓朝一外扩方向延伸一外扩距离所形成，并涵盖一外扩范围，该外扩范围的面积相等于各该打印层的一切层物件于打印后产生的一外扩区块的面积。
如上所述，其中该外扩距离为e×p，其中e为一3d印表机打印该3d物件所采用的一预设外扩参数，p为该3d物件采用的像素大小。
如上所述，其中该步骤d包括下列步骤：
d1)取得该些颜色打印路径信息；
d2)判断各该原始颜色轮廓的一外扩方向；
d3)计算各该原始颜色轮廓的一外扩距离；
d4)依据各该原始颜色轮廓及各该外扩距离计算一外扩范围；
d5)取得各该外扩范围需采用的一颜色信息；及
d6)依据该些外扩方向、该些外扩范围及该些颜色信息更新该些颜色打印路径信息，以产生该多个更新后颜色打印路径信息。
如上所述，其中该步骤d2包括下列步骤：
d21)取得各该原始颜色轮廓于该3d物件中所属的一三角面；
d22)取得各该三角面的一法向量；
d23)将各该法向量投影在该3d物件的一切层平面以分别获得各该三角面的一投影向量；及
d24)将各该投影向量的方向分别做为各该原始颜色轮廓的该外扩方向。
如上所述，其中各该投影向量的z轴分量为0。
如上所述，其中该步骤d5是复制各该原始颜色轮廓的颜色以分别做为各该外扩范围的该颜色信息。
如上所述，其中该步骤d5包括下列步骤：
d51)取得各该原始颜色轮廓于该3d物件中所属的一三角面；
d52)由各该外扩范围朝上或朝下进行投影；
d53)于任一该外扩范围的投影与对应的该三角面产生交集时，将该三角面于该交集上的颜色做为该外扩范围的该颜色信息；及
d54)于任一该外扩范围的投影与对应的该三角面没有交集时，不记录该外扩范围的颜色信息。
如上所述，其中更包括：
f)依据该多个路径文件控制一3d印表机的一3d喷头逐层打印各该打印层的一切层物件；及
g)依据该多个影像文件控制该3d印表机的一2d喷头分别对相同打印层的该切层物件进行着色。
如上所述，其中该3d印表机为熔融沉积成型(fuseddepositionmodeling,fdm)式3d印表机。
相较于相关技术所采用的技术方案，本发明的各个实施例可对各个切层物件在打印后产生的外扩区块进行着色补偿，避免因着色范围不足而产生打印完成的全彩3d模型的轮廓没有被着色的现象。
附图说明
图1a为相关技术的第一3d物件剖示图；
图1b为相关技术的第二3d物件剖示图；
图2为本发明的一实施例的3d印表机示意图；
图3为本发明的一实施例的切层与打印流程图；
图4a为本发明的着色范围补偿前示意图；
图4b为本发明的着色范围补偿后示意图；
图5为本发明的一实施例的外扩范围示意图；
图6为本发明的一实施例的补偿流程图；
图7为3d物件示意图；
图8为本发明的一实施例的轮廓局部放大示意图；
图9为本发明的一实施例的外扩方向确定流程图；
图10为本发明的一实施例的外扩方向示意图；
图11为本发明的一实施例的外扩范围颜色确定流程图；
图12为本发明的另一实施例的外扩范围示意图。
其中，附图标记：
1…3d物件；
11…物件区块；
110…外扩区块；
12…着色区块；
120…原始颜色轮廓；
13…补偿后着色区块；
14…外扩后颜色轮廓；
15…外扩距离；
16…外扩范围；
2…3d印表机；
21…打印平台；
22…3d喷头；
23…2d喷头；
24…控制杆；
4…切层平面；
5…像素；
6…3d物件；
61…三角面；
l1…第一线段；
l2…第二线段；
l3…第三线段；
s10～s22、s120～s122、s140～s144…切层与打印步骤；
s30～s40…补偿步骤；
s50～s56…方向确定步骤；
s60～s66…颜色确定步骤。
具体实施方式
兹就本发明的多个实施例，配合图式，详细说明如后。
本发明揭露了一种彩色3d物件的着色范围补偿方法(下面将简称为该方法)，该方法主要运用于同时配置有用于喷射成型材的喷头以及喷射彩色墨水的喷头，而可打印全彩3d模型的3d印表机。
参阅图2，为本发明的一实施例的3d印表机示意图。图2的实施例公开了一种3d印表机(下面简称为该印表机2)，该印表机2具有一打印平台21，该打印平台21上方配置有用以喷射成型材以打印3d物件的一3d喷头22，以及用以喷射不同颜色的墨水以对3d物件进行着色的一2d喷头23。
该2d喷头23可为现有平面印表机所采用的墨水喷头，后方连接储存有不同颜色的墨水的多个墨水匣。于一实施例中，该2d喷头23后方可连接四个墨水匣，该四个墨水匣分别储存青色(cyan)、洋红色(magenta)、黄色(yellow)及黑色(black)的墨水。
于图2的实施例中，该印表机2是以热熔融沉积(fuseddepositionmodeling,fdm)式3d印表机为例，该3d喷头22采用的成型材为具热塑性的线材。
于图2的实施例中，该3d喷头22与该2d喷头23是设置于同一控制杆24上。具体地，该3d喷头22与该2d喷头23是分别设置于该控制杆24一侧的相对两面，并且该印表机2藉由控制该控制杆24来分别移动该3d喷头22与该2d喷头23。于其他实施例中，该印表机2亦可设置多个控制杆，并通过不同的控制杆来分别设置并控制该3d喷头22与该2d喷头23。
该印表机2于进行打印时，主要是控制该3d喷头22于该打印平台21上逐层打印一彩色3d物件的各个打印层的切层物件，并且控制该2d喷头23对打印完成的各个切层物件进行着色。
请同时参阅图3，为本发明的一实施例的切层与打印流程图。具体地，图3揭露了由该印表机2或与该印表机2连接的一电脑设备(图未标示)的一处理器为进行着色范围补偿所执行的多个补偿步骤，以及该印表机2依据补偿后的信息进行3d物件的打印与着色的多个打印步骤。
如图3所示，首先，由该印表机2或该电脑设备的该处理器汇入一3d物件(步骤s10)。该3d物件主要为一编辑完成的3d物件，当该印表机2依据该3d物件进行打印时，可打印出一实体的全彩3d模型。
在该3d物件汇入完成后，该处理器接着对该3d物件分别执行一3d物件处理程序(步骤s12)以及一2d影像处理程序(步骤s14)。于一实施例中，该处理器可先执行该3d物件处理程序再执行该2d影像处理程序，反之亦然。于其他实施例中，该处理器亦可藉由多工处理，同时执行该3d物件处理程序及该2d影像处理程序，不加以限定。
具体地，于该3d物件处理程序中，该处理器对该3d物件进行一物件切层处理，以产生多个打印层的物件打印路径信息(步骤s120)。该些物件打印路径信息的数量相同于该多个打印层的数量，即，该3d物件的每一个打印层皆具有对应的一笔该物件打印路径信息，并且各该物件打印路径信息分别描述对应的该打印层的一物件轮廓。
接着，该处理器将该些物件打印路径信息储存为分别对应该多个打印层的多个路径文件(步骤s122)。具体地，该处理器将该多个路径文件储存于该印表机2或该电脑设备的一储存单元中。于一实施例中，该处理器可通过连接端口将该多个路径文件储存于一可携式储存装置中。于另一实施例中，该处理器亦可藉由网络将该多个路径文件储存于云端的一数据库中。
于该2d影像处理程序中，该处理器对该3d物件进行一影像切层处理，以产生多个打印层的颜色打印路径信息(步骤s140)。该些颜色打印路径信息的数量相同于该多个打印层的数量，即，该3d物件的每一个打印层皆具有对应的一笔该颜色打印路径信息，并且各该颜色打印路径信息分别描述对应的该打印层的一原始颜色轮廓。
于一实施例中，该处理器执行该影像切层处理后产生的打印层数量，与执行该物件切层处理后产生的打印层数量相同。该些颜色打印路径信息的数量相同于该些物件打印路径信息的数量，并且各该原始颜色轮廓分别与相同打印层上的该物件轮廓具有相同或相似的打印路径。
该步骤s140后，该处理器进一步对该些颜色打印路径分别进行一外扩处理，以产生多个更新后颜色打印路径信息(步骤s142)。本实施例中，各该更新后颜色打印路径信息分别描述对应的该打印层的一外扩后颜色轮廓。
该步骤s142后，该处理器通过上述该储存单元、该可携式储存装置或该数据库将该些更新后颜色打印路径信息储存为分别对应该多个打印层的多个影像文件(步骤s144)。
请同时参阅图4a及图4b，分别为本发明的着色范围补偿前示意图及着色范围补偿后示意图。该印表机2进行打印时，是先依据一打印层的该物件打印路径信息所指示的路径来打印一个物件区块11后，再依据相同打印层的该颜色打印路径信息所指示的路径来于该物件区块11上进行着色，以产生可完全覆盖该物件区块11的一着色区块12。
如图4a所示，该物件区块11被打印后会因为重力、成型材本身的重量与熔融状态的影响而塌陷、外扩形成一外扩区块110。若该印表机2直接依照该颜色打印路径信息所指示的路径来打印该着色区块12，该着色区块12将无法覆盖该外扩区块110。由于该外扩区块110位于该全彩3d模型的外轮廓范围，因此若无法正确着色，将会严重影响该全彩3d模型的外观。
于上述图3的步骤s142中，该方法是对该颜色打印路径信息进行该外扩处理以产生该更新后颜色打印路径信息。如图4b所示，当该印表机2依据该更新后颜色打印路径信息所指示的路径进行打印时，会于该物件区块11上形成一补偿后着色区块13。本实施例中，该补偿后着色区块13可完全覆盖该物件区块11及该外扩区块110。
本发明的该方法将上述该些更新后颜色打印路径信息分别记录成该些影像文件，因此若该印表机2依据该些影像文件来控制该2d喷头23进行着色，则打印完成的该全彩3d模型将不会有外轮廓没有被着色的缺陷。
再次参阅图3，于该步骤s12及该步骤s14后，该处理器即完成了该3d物件的着色范围的补偿程序。
该印表机2于实际打印时，可从该储存单元、该可携式储存装置或该数据库读取该路径文件，依据该路径文件来控制该印表机2的该3d喷头22，以打印一个打印层(例如第一层)的该切层物件(步骤s16)。并且，该印表机2可从该储存单元、该可携式储存装置或该数据库读取该影像文件，并于打印该切层物件的同时依据该影像文件控制该2d喷头23，以对相同打印层的该切层物件进行着色(步骤s18)。
于一个打印层的该切层物件打印完成并且着色完成后，该印表机2判断该3d物件所对应的一全彩3d模型是否已打印完成(步骤s20)。即，判断是否已完成了该3d物件的所有打印层的打印动作及着色动作。若该全彩3d模型尚未打印完成(即，目前打印的不是该3d物件的最后一个打印层)，则该印表机2进一步取得下一个打印层的该路径文件及该影像文件(步骤s22)，并且再次执行该步骤s16与该步骤s18，以进行下一个打印层的打印动作及着色动作，直到该全彩3d模型打印完成为止。
续请参阅图5，为本发明的一实施例的外扩范围示意图。如前文中所示，该颜色打印路径信息描述的是所属打印层的一原始颜色轮廓120，而该更新后颜色打印路径信息描述的是所属打印层的一外扩后颜色轮廓14。于图5的实施例中以一个切层平面4为例，并且以一像素5为最小单位进行示意。
如图5所示，于一实施例中，该外扩后颜色轮廓14是由对应的该原始颜色轮廓120向外延伸一外扩距离15所产生，并且该外扩后颜色轮廓14涵盖了一外扩范围16。于本实施例中，该外扩范围16的面积相等于相同打印层上的该切层物件于打印后将会产生的该外扩区块的110的面积。
于一实施例中，该外扩距离15可为e×p，其中e为该印表机2的一预设外扩参数，p为该3d物件所采用的该像素5的尺寸大小。具体地，不同的3d印表机可能采用不同的3d喷头与不同的成型材，而用不同的3d喷头所喷射的成型材可能会有不同的外扩程度，即使是用相同的3d喷头喷不同的成型材也可能会有不同的外扩程度。上述该预设外扩参数预先对本发明的该方法所采用的该印表机2进行实验，并针对实验结果指出的外扩程度所设定的参数。
上述p为3d物件采用的像素大小，实为演算法内将平面像素化的像素大小，由演算法开发者自行决定，单位面积内像素越多，表像素尺寸越小，输出的颜色文件越精致但也运算越久。
续请参阅图6，为本发明的一实施例的补偿流程图。图6是对图3的该步骤s14如何执行该外扩处理做进一步说明。
首先，于执行了该影像切层处理后，该处理器取得该些颜色打印路径信息(步骤s30)，接着，分别判断各该颜色打印路径信息所描述的该些原始颜色轮廓的一外扩方向(步骤s32)。该处理器进一步计算该些原始颜色轮廓于该外扩方向上的一外扩距离(步骤s34)。接着，再依据各该外扩方向及各该外扩距离分别计算各该原始颜色轮廓的一外扩范围(步骤s36)。并且，该处理器还可依据该些原始颜色轮廓、该些外扩方向及该些外扩距离来推算出相对的该些外扩后颜色轮廓。
接着，该处理器进一步取得各该外扩范围所需采用的一颜色信息(步骤s38)。最后，该处理器再依据该些外扩方向、该些外扩范围及该些颜色信息来更新该些颜色打印路径信息，以分别产生相对的该些更新后颜色打印路径信息(步骤s40)。
于该3d物件的建模过程中，该处理器主要是将该3d物件的轮廓视为多个三角面的组合，因此于前述步骤s32中，该处理器可藉由该3d物件中的多个三角面来决定该些外扩方向。并且于前该步骤s38中，该处理器亦可藉由该3d物件中的多个三角面的颜色来决定该些颜色信息(容后详述)。
参阅图7，为一3d物件示意图。图7的实施例揭露了一3d物件6，并且由图7可看出，对于该处理器而言，该3d物件6的轮廓是由多个三角面61所组成。换句话说，该3d物件6的轮廓与颜色都是通过对该些三角面61的设定来决定的。关于上述三角面的技术特征属于3d绘图领域的公知技术，于此不再赘述。
请同时参阅图8，为本发明的一实施例的轮廓局部放大示意图。如前文所述，该颜色打印路径信息描述的是所属打印层的一原始颜色轮廓120，而该更新后颜色打印路径信息描述的是所属打印层的一外扩后颜色轮廓14。当该印表机2依据该影像文件对该打印层进行着色时，将会同时对该原始颜色轮廓120、该外扩后颜色轮廓14及该外扩范围16进行着色。
如图8所示，若将该原始颜色轮廓120放大来看，可看出一3d物件的该原始颜色轮廓120上的一曲线实际上是由多个线段所组成，于图8的实施例中是以一第一线段l1、一第二线段l2及一第三线段l3为例。于一实施例中，该处理器要计算对应该曲线的该外扩后颜色轮廓14时，主要是分别对该曲线上的各该线段l1-l3所分别进行(意即，各该线段l1-l3虽然在同一原始颜色轮廓120上，但是属于不同的三角面)。
续请同时参阅图9及图10，分别为本发明的一实施例的外扩方向确定流程图及外扩方向示意图。当该处理器要决定其中一个打印层的该原始颜色轮廓120的一外扩方向时(例如执行图6中的该步骤s32时)，主要是先取得该原始颜色轮廓120于该3d物件中所属的该三角面61(步骤s50)，即，判断在该3d物件中，该原始颜色轮廓120是被哪一个三角面所包含与定义。于图9的实施例中，是以该原始颜色轮廓120上的该第二线段l2为例，但不以此为限。
接着，该处理器取得该三角面61的一法向量n(步骤s52)。于图10的实施例中，该法向量n假定为：(nx,ny,nz)。接着，该处理器将该法向量n投影在该打印层的该切层平面4上，以获得该三角面61的一投影向量np(步骤s54)。于图10的实施例中，该投影向量np假定为：(nx,ny,0)，换句话说，该处理器可将该法向量n的z轴分量固定为0，以获得该投影向量np(也就是该投影向量np的z轴分量为0)。
该步骤s54后，该处理器即将该投影向量np的方向做为该原始颜色轮廓120的该外扩方向(步骤s56)。换句话说，该外扩方向垂直于该原始颜色轮廓120，并且与该原始颜色轮廓120的该投影向量np平行。
值得一提的是，该3d物件由多个打印层的切层物件所构成，每一个切层物件上的该原始颜色轮廓120皆需执行上述步骤s50至步骤s56，以找出各该原始颜色轮廓120的该外扩方向。再者，一个打印层中的该原始颜色轮廓120可能由多个三角面所组成，即，该原始颜色轮廓120上的多个线段可能分别属于不同的三角面，故不同线段可能会有不同的该外扩方向。
续请同时参阅图11及图12，分别为本发明的一实施例的外扩范围颜色确定流程图及另一实施例的外扩范围示意图。当该处理器要决定该原始颜色轮廓120的一外扩范围16的颜色信息时(例如执行图6中的该步骤s38时)，主要是先取得该原始颜色轮廓120于该3d物件中所属的该三角面61(步骤s60)。接着，由已知的该外扩范围16朝上或朝下进行投影(步骤s62)，具体地，由该外扩范围16中的各个像素点分别朝上方或朝下方进行投影。
该步骤s62后，该处理器判断该外扩范围16的投影是否与该三角面61产生交集(步骤s64)。若该外扩范围16的投影与该三角面61产生交集，则将该三角面61于该交集点上的颜色做为该外扩范围16的该颜色信息(步骤s66)。具体地，该步骤s66是于该外扩范围16上的任一像素点进行投影并与该三角面61产生交集时，将该三角面61于该交集点上的颜色做为该像素点的颜色。
反之，若该外扩范围16的投影与该三角面61没有交集(例如该三角面61非常平坦，或平行于该切层平面4(即z轴为0))，则该处理器不记录该外扩范围16的该颜色信息(步骤s68)。
于上述实施例中，该处理器主要是参考该原始颜色轮廓120所对应的该三角面61的颜色，决定该外扩范围16中的各个像素点的颜色。于其他实施例中，该处理器亦可直接复制该原始颜色轮廓120的颜色，并直接做为该外扩范围16中的各个像素点的该颜色信息。于本实施例中，该处理器的工作负载可被大幅降低。然而，由该三角面61来决定该外扩范围16的颜色的计算方法，可令该外扩范围16的颜色更接近该3d物件的实际外观。
通过本发明的各个实施例所揭露的方法，可有效补偿各个切层物件在打印后产生的外扩区块的颜色，使得打印完成的全彩3d模型的外观更为精确。
以上所述仅为本发明的较佳具体实例，非因此即局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明内容所为的等效变化，均同理皆包含于本发明的范围内，合予陈明。