一种面向3D打印的点云快速重建算法

采用KinectFusion点云融合技术,探索三维重建技术与3D打印技术的结合性,设计并实现了一种面向3D打印的点云快速重建算法.首先使用手持型Kinect获取物体表面点云数据,使用八叉树存储数据,利用ICP(iterative closest point)算法进行点云配准与融合;然后采用基于统计异常值检测方法、随机抽样一致性算法(RANSAC)、移动最小二乘法等算法对点云数据进行后处理;再将处理后的点云数据进行三维表面重构并根据重心加入底座、支柱等缺失部位,以保持模型的平稳性;最后使用自制的三角洲打印机打印成型.试验结果表明,该算法实现了从实物到三维虚拟模型再到实物打印成型的整个过程,具有设备成本低、实现简单并且高效快速等特点.     

三维激光扫描技术在木雕展品建模中的应用

首先,通过手持高精度三维激光扫描系统获取木雕展品的点云数据,在VXelements-3D软件平台进行精度校准,并利用Geomagic studio软件进行扫描破洞修正.然后,通过网格医生进行数据侦查,生成可以用于网络展示及3D打印的三维模型数据.结果表明:该建模方法可提高扫描速度、优化模型的成像质量、控制噪点数据的开销.     

中国3D打印产业的制约因素和应对策略

3D打印于上世纪80年代诞生于美国,学名是"快速成型技术",也被称为"增材制造技术",是将设计好的物体转化为三维设计图,采用分层加工、叠加成形的方式逐层增加材料来打印真实物体.其工作原理与传统打印原理类似,只不过3D打印机不用纸与墨,而是用塑料、金属、陶瓷、沙子等材料做成粉状后充当"墨水"进行打印.3D打印不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状.     

快速成型中的三维数据准备

快速成型中的三维数据包括物体的三维CAD模型、通过三维数字化测量仪器测得的物体表面的三维数据点云、STL文件及三维模型的切片. 通过概念设计和反求工程中的三维扫描可以建立物体的三维CAD模型, 并着重讨论了工件表面点三维数据的获取方法及数据点云的处理, STL文件的格式、精度、分割与拼接.     

一种三维人体表面成像技术在人体烧伤面积估算中的应用

提出了一种人体成像技术应用在人体烧伤面积评估中的系统框架.通过Kinect设备扫描烧伤人体获取真实的三维坐标数据及颜色信息,对这两种数据进行配准和叠加,并利用Kinect Fusion技术将各帧数据融合以重建三维彩色模型,设计了三维模型特征区域提取及面积计算方法.最后,通过对纸箱模型进行测量并采用贴片对真实人体模型模拟烧伤区域与面积计算的试验,证明了系统的可行性.     

一种平面微观形态三维信息获取与处理方法

为获取平面微观形态信息,提出了一种基于线激光扫描和精密程控平移台的点云信息自动采集方案,实现了对A3纸张尺寸范围内低厚物品的分幅面全自动扫描;并自动对所获取的各幅面点云数据进行无缝拼接,生成被测物体的全幅面点云集,重建出被测物体三维模型。为便于观测分析并实现3D打印,对获取的点云集进行了区域选择、高度直方图统计、等高线绘制以及三角网格化,得到被测物体的三维模型;并对模型表面积进行计算。所设计的系统实现了平面精度±0.01 mm,高程精度±0.002 mm的点云采集。     

面向三维人体重建的前、后片配准算法

针对传统三维图像配准算法需要获取目标物体多个模型数据的不便,以及三维重建过程耗时较长的不足,提出了一种基于三维人体表面前、后片模型的配准算法.该算法首先使用Kinect三维扫描设备获取的人体表面前、后片模型点云数据,作为配准过程的参考点集和目标点集;然后,选取前、后片模型的边缘轮廓信息作为配准特征点,通过迭代优化过程,使得前、后片能够较好地配准;最后,通过空间曲线插值方法填充模型边缘缝隙,得到完整的三维人体模型.试验结果表明,该算法只需要获取目标物体的前、后片三维数据,模型采集及配准效率高,配准精度好,即使针对初始位置相差较大的两个模型片也能得到准确的配准效果.     

涡轮逆向工程的三维扫描检测技术

为提高涡轮的三维扫描检测技术水平,采用三维扫描的相位测量技术获取涡轮增压器三维点云数据.利用三维点云数据重构涡轮检测模型,并应用GEOMAGIC QUALIFY软件对其进行3D误差分析和尺寸标注.实验结果表明：涡轮70％左右的数据点云与实物模型之间的偏差在-0.2～0.2mm之间,能够满足涡轮检测质量要求.     

地面三维激光扫描仪的测量误差分析

三维激光扫描技术的出现为快速、有效、准确获取三维空间信息提供了全新的技术支持.三维激光扫描仪能够不受白天黑夜的限制,全天侯对任意物体进行扫描并获取高精度的物体表面点的三维信息及反射率信息,从而快速实现物体的三维重建.然而,由于在应用过程中,受到仪器本身技术的限制以及外界的影响,使得外业采集的点云数据的精度受到不同程度的影响,从而使得后续的点云数据处理变得复杂且缓慢,甚至使得最终生成的三维模型与实际物体不一致.主要针对地面三维激光扫描仪在测量过程中存在的测距误差、测角误差以及误差来源进行了详细地分析并构建了点位误差模型,为提高三维激光点云数据处理的效率和精度提供了必要的条件.     

具有噪声鲁棒性的三维磁性纳米粒子成像快速重构方法

为提升磁性纳米粒子三维成像和重构速度,降低三维重构对采样投影数据完备性要求,针对含噪声投影数据三维重构优化问题,本文提出了一种具有噪声鲁棒性的三维磁性纳米粒子成像快速重构方法（noise-robust 3D sparse sampling magnetic particle imaging,3D NRSS-MPI）. 该算法通过求解一个由MPI投影成像正向模型l₂范数和稀疏正则约束建立的凸优化问题实现3D MPI图像重构. 模型不受MPI扫描轨迹限制,为不断发展的MPI新技术提供了普适性的基础模型;建立的三维全变分稀疏算子（3D total variation sparse operator, 3D TV Sparse Operator）利用MPI先验信息提升含噪MPI投影数据三维重构的鲁棒性,且可以进行无矩阵运算,大幅提升了运算效率. 通过点源和冠状血管模型成像实验表明,在1/4欠采样下,本文3D NRSS-MPI方法可以有效消除重构图像星状伪影,获取较高的图像信噪比,同时冠状动脉重建结构相似性超过0.701,可以准确地对欠采样、有噪声的MPI数据进行快速而稳健的重建,有效缩短了4倍成像和重构时间.      

基于多Kinect的三维人体重建系统

结合KinectFusion技术,设计并实现了一种基于多台Kinect的三维人体重建系统.该系统使用两台Kinect分别采集人体上下两部分的点云数据,通过标定得到两台Kinect的姿态关系,并基于标定结果,使用迭代最近点(ICP)算法对两部分点云进行配准得到完整的人体三维模型.试验表明,系统设备成本低、部署简单,能快速并较高精度地获取人体三维点云.     

基于Kinect的三维人体扫描测量技术

由于Kinect设备具有快速安全、经济便携的特点,提出了利用Kinect实现扫描、重建以及测量的人体成分分析系统框架.通过非接触式光学技术捕捉人体表面几何特征数据,利用KinFu实时进行三维数据的点云配准与模型的表面重建,并采用类积分法与蒙特卡罗法分别计算模型相关部位的周长与体积.从扫描到模型重建过程耗时约3min,模型光滑精细,腰围等部位的尺寸测量精确度为97.7%,体积测量精确度为96.8%.试验结果证明了系统的效用性.     

贵州龙化石三维数字模型的构建与3D打印

针对古生物化石数字化建模过程中存在局部特征丢失、重构精度低、色彩还原性差等问题。以贵州龙化石为研究对象，采用非接触式激光三维扫描技术获取带纹理的点云数据，基于纹理映射的局部特征修复方法，讨论了不同特征线提取法对化石表面结构拟合精度的影响，构建了高精度、真实感三维数字模型，并采用基于白墨填充技术(White jet process, WJP)的全彩色3D打印技术对化石进行复制。研究结果表明：采用纹理映射特征修复结合探测轮廓线提取特征线进行曲面重构的方法能够精确的反映贵州龙化石的结构特征与纹理色彩，模型最大偏差为-0.019 1～0.020 0 mm。彩色3D打印技术制作的贵州龙化石模型表面光滑、结构精细、纹理色彩还原度高，能够克服传统化石复制方法与普通3D打印技术的不足，对古生物化石的研究、展示、复制提供了技术参考。     

遥控器模型的3D打印工艺优化

熔融沉积(FDM)技术是3D打印技术的一个重要发展方向。提高3D打印模型表面质量及其性能最经济合理的方法就是在特定的设备软件和硬件情况下,对于给定的3D打印系统,优化其工艺过程的控制参数。本文基于熔融沉积成型(FDM)工艺,优化了模型摆放方向、打印速度、温度、层厚及支撑等工艺参数,打印的遥控器模型的表面质量比之前未优化的表面质量显著提高。通过后处理,使模型外观达到了使用标准。     

机械零件三维模型切片算法研究与软件开发

为在计算机辅助机械设计中,特别是在三维打印技术研发过程中快速获取机械零件三维几何模型的切片截面,以所建立的几何模型切片过程数学表达式为基础,开发了针对特定几何模型数据结构文件的快速切片方法和截面生成处理算法。在需求分析、流程设计和界面设计基础上,完成了程序编制和软件开发。运行结果显示,程序运行正常,软件功能符合设计要求。软件还能够支持层叠堆积式三维打印机使用。     

基于3D打印机的产品商标符号性艺术三维仿真设计

为了提高对产品商标符号性艺术表达的效果,需要进行产品商标符号的三维重建,提出一种基于3D打印机的产品商标符号性艺术三维仿真模型。采用帧扫描技术进行产品商标符号性艺术图形的采集,采用3D打印特征点检测方法进行产品商标符号艺术特征点检测,构建产品商标符号性艺术图形的3D打印特征点三维重构模型,结合分布灰度直方图进行产品商标符号性艺术图形的仿射不变区域检索,结合3D打印特征点的动态分布情况对产品商标符号性艺术图形进行三维重建设计。仿真结果表明,采用该方法进行产品商标符号性艺术三维设计的效果较好,3D打印效果较佳,特征配准度高达99.88%,大大提高了产品商标符号设计的艺术性。     

3D打印技术在智慧矿山三维建模中的应用

三维模型数据是智慧矿山建设的核心和基础,本文以我省地处河西走廊的卡瓦铁矿为例,首次将矿山三维实景模型的可视化数据成果与3D打印技术相结合,生产得到个性化、高效、直观的矿山三维模型实体,进一步加强了3D打印技术在智慧矿山三维建模中的深度推广应用。     

中国科学院福建物质结构研究所光固化4D打印研究获进展

<正>4D打印技术是将3D打印技术与智能材料结构结合起来发展出的新技术,智能材料结构在3D打印基础上受外界环境激励下随着时间实现自身的结构变化,从而使三维物体增加了一个时间维度。4D打印技术可改变传统的"机械传动+电机驱动"的模式,使物体在地下管道、航天器、人体器官等难以接触到的地方进行自我组装,2016年被列为未来10大颠覆世界的技术之一,在航空航天、电气自动化、机器人、纺织材料、组织工程、医疗器械、药物输送载体等领域有很多的应用前景。     

3D打印技术在陶瓷制造中的应用

3D打印技术作为区别于传统制造技术的一种新型技术,近年来在陶瓷制造领域得到了广泛的应用.该技术无需模具,可快速制备出形状复杂的陶瓷部件.系统综述了6种常见的3D打印技术包括浆料堆积成型技术、光固化成型技术、激光选区烧结技术、分层实体成型技术、三维打印成型技术、喷射打印成型技术在陶瓷制造领域的研究进展.综合3D打印技术在陶瓷制造领域的应用现状,展望了未来陶瓷3D打印技术的发展趋势.     

三维扫描与3D打印技术在开放实验教学中的实践与应用

针对高校实验室向学生开放的要求以及建立培养大学生创新能力平台的需求,以培养符合企业用人标准的综合型技术人员为目标,河北工业大学工程训练中心将三维扫描与3D打印技术实验室面向全校学生开放。对三维扫描与3D打印技术实验室的开放内容、运行模式进行了研究与探索,提出了先进制造技术领域的逆向工程与新兴3D打印技术相结合的开放实验课程,给出了学生参与开放实验的成果。经过短期试运行,效果良好。