基于STL文件的三维测量科研实践、创新设计、课外学科实践实践环节总结报告.doc

福建农林大学机电工程学院

实践环节总结报告

（科研实践、创新设计、课外学科实践）

专 业
机电一体化
姓 名
周潇
学 号
081268002
指导老师
林建

2011年 1 月 3 日
实践主题：基于STL文件的三维测量
实践内容：（可插图，不少于1000字）

STL文件格式是由美国3D SYSTEM公司于1988年制定的一个接口协议，是一种应用于CAD模型与成型系统之间数据转换的文件格式。由于STL文件格式简单、容易读取和显示，因此为大多数CAD系统和快速成型系统制造商所采用，且被广泛应用于科学计算可视化、计算机动画、逆向工程、虚拟现实及快速成型等技术中。

STL文件的最大特点也是其主要问题是,它是由一系列的三角形面片无序排列组合在一起的,没有反映三角形面片之间的拓扑关系,而且每一个小三角形面片必须与相邻的三角形面片共用两个顶点,每个顶点通常被重用6次左右,文件数据重复很多,由此造成了STL文件在读取、存储等方面的效率问题。近年来,测量设备的发展十分迅速,尤其是光学测量机已发展到可以在几秒钟内测量出百万以上的海量数据点。如何快速读取并显示这些海量的数据点,对于后续建模、快速成型及数控加工编程,是一个首要和基本的环节。

在快速成型领域中STL文件格式仍为描绘三维实体模型的标准文件格式。STL模型就是对三维实体表面进行离散后用三角形平面片近似表示实体表面而构成的三维实体模型。他是对原三维实体的一种几何近似。当三角形小到一定程度,其近似性可达到工程允许的精度范围,其数据文件称为STL文件。STL文件用大量的空间小三角形面片表示实体模型的表面,对每一个空间小三角形面片用三角形的三个顶点坐标及三角形面片的法向量描述,法向量由实体内部指向外部,三个顶点的次序与法向量满足右手规则。现有的CAD/ CAM系统(如Pro/ Engineering)都有由CAD模型转换成STL文件的功能。快速成型技术发展至今,在零件的制造质量、表面精度方面已取得了很大进展,但也存在着一些亟待解决的问题,如一方面大尺寸零件受成型机尺寸的影响,其加工受到了限制;另一方面小尺寸零件由于比成型机尺寸小得多,造成了很大浪费。采用STL格式的三维模型拼接与分割方法,可以解决上述问题。拼接可以将多个STL模型合成为一个STL模型,并在同一工作台上同时成型。这样可以节省快速成型机的机时,降低成型费用,提高成型效率。分割是将一个STL模型分成多个STL模型,然后在成型机上依次加工,再将加工好的各个部分粘合还原成原型产品,从而解决了快速成型机加工尺寸范围有限的问题。

STL模型的拼接基本原理:将几个STL模型按一定的要求分别对他们进行平移或旋转,使他们的相对位置最佳但又不发生冲突。然后将多媒体技术 朱晓龙:基于STL格式三维图形的拼接与分割

这些变换后STL模型数据保存在一个STL文件中,从而多个STL模型变成一个新的STL模型,多个STL文件合并成一个新的STL文件。

STL模型的分割基本原理:用一个或多个平面将一个模型分割成两个或多个部分,每个部分重新构成一个STL模型。平面分割模型,也就是将模型的三角形集合形成3个三角形子集(平面上下各一个,还有一个与平面相交) ;然后求平面上相交的轮廓线并三角化,再加入平面上、下三角形子集中;最后,将相交的三角形分类、三角化,并加入平面上、下三角形子集中。

采用STL格式的三维模型拼接与分割方法,有效地提高了成型机加工小零件的工作效率;也成功地解决了成型机不能加工大尺寸零件的问题。而且新生的STL模型不影响原模型的加工精度,可以广泛应用于各类快速成型加工系统中。图1是在OpenGL环境下,采用拼接算法将叶轮、收集、对讲机和BP机拼成一个STL模型的实例。图2是在OpenGL环境下,采用分割算法将汽车盖进行分割所得到的实例。

在OpenGL中生成STL模型的图像，就是顺序绘制三角形面片图元的过程。由于STL模型数据经过了预处理，一般情况下每个三角形面片的三个顶点的外法向量不再相同。OpenGL会根据三个顶点的外法向量线性插值算出面片内每一点的外法向量，而且共享的顶点在不同的三角形面片中都对应着同一个外法向量，使得三角形面片拼接以后的物体表面外法向量是连续的，物体显得十分平滑。

（签名）
年 月 日
相关附件清单说明：
（含硬件制作，发表的论文，查阅资料等，由指导老师保管）
1、 基于STL文件的曲面网格重建算法 杨晟院 ，杜亚娟 ，舒 适
2、 海量STL文件的快速读取与显示 卫 炜, 周来水, 张丽艳
3、 基于STL格式三维图形的拼接与分割 朱晓龙 西安邮电学院　陕西西安　710061)

指导老师评语：

实践环节是否合格：合格 不合格
成绩（百分制）：

（签字）
年 月 日