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3D打印技术与浮雕的交集

更新时间: 2019-11-22 15:16:32  查看次数: 302    
浮雕的原始数据设计产生方式主要有以下三个重要途径:


三维模型浮雕压缩法。该方法是指我们在先前已经获得了我们需要加工制作的浮雕作品的三维数字模型,我们需要将三维数据模型通过一系列的处理方法,将三维数字模型在某个可视角度上进行深度压缩,以达到浮雕制作所需要的厚度限制。在该领域内这种处理方法还刚刚起步不久,许多方面还没有发展成熟,还需要大量的深入研究与扩展,因此在这一方面还存在较大的可研究内容与发展空间。


逆向工程法。该方法主要是通过手工的方式加工制造出第一个需要加工的模型原型,之后针对制造的模型原型重新复制。这种方式一般用于文物保护领域或者大批量生产领域。首先对于原始模型可以通过人工方式对模型进行倒模处理,通过使用液态或者乳状物质对需要复制的浮雕模型进行包裹覆盖,如果原模型还需要重新恢复则还需要在覆盖之前对模型进行封闭保护处理,之后等待包裹物质自然固化,待凝固之后,将模型与固化之后的模型分离,即可得到一个反向的模型模板,使用这个模板可以快速的复制出大量的同样模型,这种方法最终的成型效果主要依赖于反制的模型质量,并且对制作的材料有一定的要求,如果材料为金属等则通过倒模的方式制作好模型之后只能通过破坏模板的方式来分离模型和模板,这样就不能保证制作的其他模型的统一性,每次制作都将重新制作模板。另外一种是近些年来一直在发展和进步的方法。通过使用三维扫描设备,对我们需要处理的模型进行全方位的扫描,一般扫描的结果为空间点云图像,可以通过对点云图像进行一系列的操作,包括点云图像的放缩、点云图像的三角化处理、点云图像的缩略等。最终得到三维模型的数字模型,然后针对获得的三维数字模型通过三维模型浮雕压缩法进行进一步的处理。这种方法主要依赖的是三维扫描设备的性能,目前市面上存在越来越多的三维扫描设备,并且精度和模型的重建效果也在逐渐增强,可以在许多3D打印照相馆里看到这类设备。这为真实世界的物体重构为虚拟世界的三维数字模型提供了巨大的方便。但这种方法不适合个人使用,一般三维扫描设备价格昂贵,并且整个扫描过程一般时间较长,对于一些动态的物体扫描,例如小动物等则存在无法扫描的情况,扫描过程必须保证被扫描的物体保持静止状态。


二维图像处理法。通过二维图片的处理来获得浮雕的方式是目前该领域最常见的方式。这种方法主要是用户提供一张简单的照片通过一系列的处理就能方便的处理成相对应的浮雕数字模型。这种方法具有操作简单,效果理想的特点,可以大大简化整个处理加工的难度,提高浮雕的加工效率。Gastal、Zeng等通过自阴影重建形状(shape-from-shading)、人机交互等方法实现了了针对2D图片的三维重建,以灰度情况反映深度信息来重建出浅浮雕的技术,陆巧等通过添加深度图像重构人脸的三维浅浮雕,获得较好的效果。以上的方法均是基于像素的操作方式,另外一种是通过对于简单图形的识别,在识别之后自动的生成相对应的三维模型,之后经过人机交互,通过人为的修改、删除、添加等操作,重新绘制三维模型,虽然这种方式也较为简便,但是这种实现方式仅仅适用于简单图像的处理,无法处理复杂图像,不具有通用性。


以上三种不同的处理方式所形成的三维浮雕均是浅浮雕,不能直接应用于透光浮雕当中。李长春提出的利用灰度信息线性映射到深度信息,将映射的灰度信息导出,并使用Zbrush软件将导出的深度信息作为输入信息,通过设置相应的参数等操作,最终可以得到透光浮雕三维模型,虽然该方法可以获得相应的透光浮雕,但是这种方法需要用户拥有相应的专业知识,并且能够熟练使用photoshop、CAD/CAM等图像处理工具,对普通消费者并不适用。

市场上透光浮雕均为统一模具或生产线加工制造的图样单一、无法定制的固定透光浮雕产品,受限于传统加工方式以及成本的限制,也无法批量加工复杂精细图案的模型,在这种情况下,市场亟需一种自动化的设计方法来填补透光浮雕领域自动化、定制化生产的空白,满足市场对于个性化透光浮雕商品的旺盛需求。对透光浮雕的研究与实现具有极大的市场价值和社会价值。



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