基于3D打印技术的古动物模型复原及成型方法与流程

本发明涉及3d打印复原技术领域，具体为基于3d打印技术的古动物模型复原及成型方法。

背景技术：

传统的模型的复原和成型均是通过三维扫描后经过技术修复获得三维模型，再经过3d打印可以获得同样的古生物模型。3d打印是一种快速成型技术，它是以数字模型文件为基础运行打印耗材通过逐层打印的方式来构建立体物体，它与普通打印技术原理相同。

但是在古生物模型的复原和成型中，如果采用常规的三维扫描将会使得数据的处理编的很复杂，特别是对于残损部分，往往需要针对性的进行解析和修复，甚至在部分区域还需要人工进行修复，这对于修复的工作量和技术难度来说，都是一个不小的调整。而3d打印的方式则是可以在一定程度上解决上述问题，在现有技术中，通过3d打印进行恢复的主要方法如申请号为201510679629.8公开的一种3d打印技术修复文物的方法：采用先进高精度三维扫描仪对文物进行1∶1扫描，采用云密集三维软件进行逆向工程设计重构，使用3d打印设备打印文物缺损部件，使用3d打印部件补配文物。但是这种方法是针对于高精度的文物而言的，对于古生物模型等来说，这种技术的缺陷是数据处理难度大，成本耗费巨大，该缺陷主要体现在古生物模型多变，即使是同一个古生物种群，其模型也是千差万变的，采用三维扫描采集的数据将会十分庞大，不利于数据的后续处理，而且在针对性的进行复原时，往往会由于连接处的连接关系导致数据扫描不全，特别是对于模型表面的表征器官等来说，其数据的采集将会变得更加的复杂，进而不能获得完整的数据链。而且还不能直接获得古生物的复原模型，后续还需要通过多种方式进行处理才能获得相应的所需求的模型。

技术实现要素：

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供基于3d打印技术的古动物模型复原及成型方法，本发明提供基于多重软件编辑再3d打印获取古生物复原模型的方法，对古生物的局部复原有较好的呈现效果，比如损毁的古生物五官(眼耳口鼻)、法器、四肢、配件等有较好的处理效果，很好实现实体造像转浮雕效果，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于3d打印技术的古动物模型复原及成型方法，包括如下步骤：

步骤100、组装古动物化石模型，并且通过对已经组装好的化石模型进行三维扫描，并且在已存在的化石模型上标定动物组织名称，获得残损模型；

步骤200、选取与古动物相同或相近的现有动物物种进行三维扫描，并基于残损模型进行骨架还原，保留化石模型和现有动物物种匹配处的外形构造，获得基本模型；

步骤300、将获得的基本模型信息图导入三维雕刻软件中获得三维立体模型，对三维立体模型进行雕刻修复，导出3d雕刻打印模型，并通过多次重复执行上述步骤，获得整个古动物模型的复原模型参数；

步骤400、建立古动物模型的约束关系，并通过该约束关系对复原模型参数进行校正和修复；

步骤500、安装打印软件并调试参数，导入3d雕刻打印模型进行打印获得古动物复原模型。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤200中，在对现有动物物种进行三维扫描，保留现有动物物种的stl模型。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤300中，获得整个古动物模型的复原模型参数的具体步骤为依次通过多种软件编辑图像执行定点信息获取、雕刻修复、3d雕刻打印模型导出，上述多种软件依次分别为autodeskmudbox和autodesk3dsmax，其中，autodeskmudbox对裁剪后的古动物模型照片进行雕刻修复，在autodesk3dsmax中直接打开浮雕模型，通过导出模型命令将修复后的古动物模型照片导出形成3d雕刻打印模型。

作为本发明一种优选的技术方案，应用autodeskmudbox对裁剪后的古动物模型照片进行雕刻修复的具体步骤为：

首先，新建plane模型，并且初始化plane基础模型光滑至初级，在重复上述步骤使得plane基础模型光滑至中级或高级，使得plane基础模型达到102400面数；

其次，添加裁剪后的照片，修改照片后缀名称，调整照片的大小，使得照片匹配plane基础模型的大小，设置照片的具体属性，得到古动物模型的对照图；

第三，在获得的对照图上进行立体效果修正，在plane模型上雕刻模型，并不断重复上述步骤进行立体效果的修正，得到立体模型原型；

最后，在立体模型原型上逐次弥补残损部分，获得完整的立体模型模型，在objects工具中保存浮雕模型。

作为本发明一种优选的技术方案，对浮雕原型进行残损部分弥补的具体步骤为：选中残损部分，在autodeskmudbox软件中通过工具设置来设置具体的参数，该参数通过直观观察进行实时调整，将弥补结果反馈至plane模型上进行立体模型的雕刻，重复上述步骤多次，直至该残损部分修复完全，再进行下一个残损部分的修复，完成全部修复。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤400中，约束关系包括古动物模型参数之间的相互约束关系、古动物特征参数之间的相互约束关系、以及古动物模型参数和古动物特征参数之间的约束关系，所述古动物模型参数包括古动物模型的外观比例、结构特征和几何位置，所述古动物特征参数包括表征器官的个数以及几何位置的比例关系、表征器官的形状以及具体的三维高度。

作为本发明一种优选的技术方案，在对古动物模型进行3d打印前，通过多重软件进行编辑时，在形成3d雕刻打印模型后在3d雕刻打印模型表面刻画纹理。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤500中，依次以默认路径安装python、python优化组件和anyprint，调试3d打印机并导入修复打印模型，调试参数包括检测电脑硬件的运行环境和软件参数的调试生成打印文件，进行3d打印。

作为本发明一种优选的技术方案，打印文件的生成具体调试步骤为：导入以stl为后缀的3d雕刻打印模型文件，打开anyprint-3d，执行命令“文件-打开—修复打印模型”，找到相应的stl文件路径，选择打开，生成s3g文件，其中s3g文件会自动存放在与gcode文件相同的目录下直接用usb数据线传输或者将生成的s3g文件复制到sd卡的根目录并插入打印机，即可打印。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过运行多种软件依次进行定点裁剪、雕刻修复、3d雕刻打印模型导出等步骤对古生物模型的局部复原有较好的呈现效果，比如损毁的古生物五官(眼耳口鼻)、法器、四肢、配件等有较好的处理效果，很好实现实体造像转浮雕效果。

附图说明

图1为本发明的整体流程结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

如图1所示，本发明提供了基于3d打印技术的古动物模型复原及成型方法，包括如下步骤：

步骤100、组装古动物化石模型，并且通过对已经组装好的化石模型进行三维扫描，并且在已存在的化石模型上标定动物组织名称，获得残损模型。

步骤200、选取与古动物相同或相近的现有动物物种进行三维扫描，并基于残损模型进行骨架还原，保留化石模型和现有动物物种匹配处的外形构造，获得基本模型。

在上述两个步骤中，一方面，通过组装古动物化石模型，形成最基本的骨架结构，在这个骨架结构上，标定出已经识别出的组织名称，作为进一步对比的基本依据。

进一步的，当已经识别出具体的组织名称后，选取出与古动物相近或者相同的现有动物物种进行骨架还原，其还原的依据即是已经识别出的组织名称，根据已经识别出的组织名称来回复基本骨架结构，在骨架结构的基础上，保留与模型完全相同部分的外形构造，从而获得基本模型。

经过这两个步骤，一方面，可以获得较为完整的骨架结构，另外一方面，可以获得残损的外形构造，并且以这两部分的结构作为恢复的依据进行后续的完整复原和打印模型。

步骤300、将获得的基本模型信息图导入三维雕刻软件中获得三维立体模型，对三维立体模型进行雕刻修复，导出3d雕刻打印模型，并通过多次重复执行上述步骤，获得整个古动物模型的复原模型参数。

在步骤300中，获得整个古动物模型的复原模型参数的具体步骤为依次通过多种软件编辑图像执行定点信息获取、雕刻修复、3d雕刻打印模型导出，上述多种软件依次分别为autodeskmudbox2015和autodesk3dsmax2015，其中，autodeskmudbox2015对裁剪后的古动物模型照片进行雕刻修复，在autodesk3dsmax2015中直接打开浮雕模型，通过导出模型命令将修复后的古动物模型照片导出形成3d雕刻打印模型。

在本实施方式中，为了便于数据的传递，上述软件均采用2015版本，然而其它版本的软件也能够满足本技术方案的需求，采用2015版本只不过是本实施方式的一个优选实施例。另外，在上述中，autodeskmudbox2015用于制作高精级数百万面的3d模型，autodesk3dsmax2015用于三维初级模型的编辑，后期底模高精度模型渲染降低电脑高硬件需求。

在上述中，进一步需要阐述的是，应用autodeskmudbox2015对裁剪后的石窟照片进行雕刻修复的具体步骤为：

首先，打开autodeskmudbox2015，新建plane模型，并且通过命令“mesh-addnewsubdivisionlevel”初始化plane模型光滑至初级，在重复上述步骤使得plane模型光滑至中级或高级，使得plane模型达到102400面数，在一般意义上，只需要首先初始化plane模型光滑至3级，在重复上述步骤使得plane模型光滑至5级即可达到102400面数，在上述初始化的过程中，始终使用相同的命令：“mesh-addnewsubdivisionlevel”。

其次，在stencil面板中添加裁剪后的照片，修改后缀为“.stencil”，在本实施方式中，在autodeskmudbox2015中雕刻界面中，在stencil面板添加“01.jpg”为stencil，在sculpttools下选择sculpt工具调整照片的大小，使得照片匹配plane模型的大小，再次通过sculpt工具在属性界面设置照片的具体属性，得到古动物的浮雕图。

在浮雕原型上逐次弥补残损部分，获得完整的浮雕模型，在objects工具中保存浮雕模型。

对浮雕原型进行残损部分弥补的具体步骤为：选中残损部分，并在stencil面板点击off按钮，关闭stencil，选择sculpt工具，在工具设置中设置具体的参数，该参数通过直观观察进行实时调整，将弥补结果反馈至plane模型上进行立体模型的雕刻，重复上述步骤多次，直至残损部分修复完全，在进行下一个残损部分的修复。

在上述在步骤进行修复时，其最基本的依据是通过扫描获得基本骨架结构和外形构造，并且通过平面雕刻和立体显示来修复的，与此同时，在步骤200中，在对现有动物物种进行三维扫描，保留现有动物物种的stl模型。通过上述关系，一方面在平面雕刻修复的基础上，保存着的stl模型可以作为雕刻修复的依据以及校正的依据，在这两个模型的基础上进行合理的推理，从而达到三维修复的目的。

步骤400、建立古动物模型的约束关系，并通过该约束关系对复原模型参数进行校正和修复。

约束关系包括古动物模型参数之间的相互约束关系、古动物特征参数之间的相互约束关系、以及古动物模型参数和古动物特征参数之间的约束关系，所述古动物模型参数包括古动物模型的外观比例、结构特征和几何位置，所述古动物特征参数包括表征器官的个数以及几何位置的比例关系、表征器官的形状以及具体的三维高度。

为了更好的说明上述问题，在本技术方案中以任意古动物作为具体实施例来阐述上述约束关系，如古生物虎，那么上述约束关系具体表现为古生物虎复原模型的参数，包括它的高度与长度之间的比例，也就是说对于修复后的模型，由于没有约束关系，将可能会导致无限延伸，必须设置约束关系，来实现修复的按比例进行，使得最终的模型成为完整、独立的古生物虎，而不是整体比例失调的古生物虎，结构特征即古生物虎的外观结构特征，包括具有哪些突出结构，表征器官的形状和大小，以及与整体结构之间的比例关系，该比例关系应该均是具有一个明确范围的，几何位置就是各个结构特征在古生物虎整体结构上的位置。另外还需要注意的一个问题在于，虽然古生物虎表面具有多个结构，但是这些结构的实际三维高度、形状均是具有参数特征，因此将该部分的参数特征纳入约束关系中，就可以有效的保证在复原的过程中各个白哦正结构之间的协调性。

步骤500、安装打印软件并调试参数，导入3d雕刻打印模型进行打印获得石窟修复模型。

在autodesk3dsmax2013中直接打开浮雕模型，通过export导出模型命令导出3d雕刻打印模型。具体的依次以默认路径安装python、python优化组件和anyprint，调试3d打印机并导入修复打印模型，调试参数包括检测电脑硬件的运行环境和软件参数的调试生成打印文件，进行3d打印。

在本实施方式中，导入以stl为后缀的3d雕刻打印模型文件，打开anyprint-3d，执行命令“文件-打开—修复打印模型”，找到相应的stl文件路径，选择打开，生成s3g文件，其中s3g文件会自动存放在与gcode文件相同的目录下，直接用usb数据线传输即可打印，在上述中，将生成的s3g文件复制到sd卡的根目录并插入打印机进行高效率打印。

基于上述，在本实施方式中，整个过程概括为：构建化石模型——三维扫描化石模型和现有相仿的动物——建立和修复三维立体模型——通过约束关系进行修复校正——打印。

本发明对古生物模型的局部复原有较好的呈现效果，比如损毁的古生物的五官(眼耳口鼻)、法器、四肢、配件等有较好的处理效果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。