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3D打印与物理仿真、图像处理、人脸重建的结合

更新时间: 2019-10-22 10:28:39  查看次数: 44    

提出了对壳体厚度参数进行优化的方法,在减少打印材料消耗的同时保持足够结构强度。在用户输入表面网格和指定相应外力后,通过算法计算得到优化厚度参数,生成封闭网格进行3D打印制作。本算法主要由两部分组成:1、使用壳单元有限元仿真技术对物体静态平衡下受力状况进行仿真。2、在优化求解过程中采用灵敏度分析,计算节点应力、位移等对厚度参数的解析形式导数等方法加速求解过程。采用多次迭代求解方法,在每次迭代中限制厚度参数的取值范围,将非线性优化问题局部简化成线性优化问题。采用交替优化过程求解厚度参数值。实验样例采用多种模型使用不同材料分别进行3D打印制作,进行物理实验验证仿真结果是否与实验结果一致。本算法能够快速完成对模型厚度参数的优化,使实际打印模型满足相应结构强度要求,降低材料消耗。


设计并制造个性化不倒翁的方法。不倒翁是最古老的玩具之一。在外力推动后,不倒翁经过不断摇摆最终静止在初始平衡位置。传统制作的不倒翁上半部通常具有各异的形状,但是下半部多为半球形并内置配重。将任意模型做成不倒翁并不容易,为了保持不倒翁摇而不倒的特性,需要满足其质心位置和下半部形状之间的相应约束。本算法结合计算机辅助设计方法,能够帮助普通用户设计个性化不倒翁,并通过3D打印技术制造出不倒翁实体。在减少打印材料消耗的前提下,不倒翁具有相对协调的外形、足够稳定性和较大的摇摆幅度。在实验过程中使用最常见的3D打印机,制造不同形状、大小的不倒翁以验证算法有效性。


随着3D打印技术的发展,个性化食物定制与制作的难度大大降低。与使用传统打印材料如ABS,Nylon,SLA等不同,本章算法采用可食用材质进行打印如麦芽糖、巧克力糖浆、果酱等。本算法能够自动优化输入肖像,在保持图像特征情况下简化图片,并生成可打印路径。本算法包含两个主要部分:1、使用图像抽象化方法,提取肖像轮廓线,采用人脸检测、肖像素描合成等方法进一步提升图像抽象化效果。2、对打印路径进行优化,减少打印时间、提高打印质量。3D打印肖像过程中,对肖像中人脸进行胖瘦调整有助于提高美观程度,满足用户需求。因此我们介绍了一种调整图像中人脸胖瘦程度的方法。算法的输入为单张人脸图片,输出为经过胖瘦调整后图像。算法包含以下步骤:首先从单张人脸图像中重建3D可变形人脸模型,并标记人脸特征点。随后,根据用户指定的人体体重变化程度,计算人脸软组织厚度变化量,确定调整后特征点位置。应用Laplacian变形方法得到胖瘦调整后3D人脸模型。使用基于网格参数化的图像重定向方法对背景区域进行计算。人脸区域使用3D模型重渣染结果。将背景区域与人脸区域进行融合,得到最终结果。

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