本發(fā)明涉及一種模型分割和打包方法，尤其涉及一種用于3D打印的模型分割和打包方法，屬于3D打印應(yīng)用類領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
３Ｄ打印技術(shù)可實(shí)現(xiàn)由數(shù)字化模型到實(shí)體模型的轉(zhuǎn)換，但目前其打印成本與打印時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)制造方法。分割是為了將給定模型分解為若干分塊，使得各分塊得以打印成型； 打包算法， 即能夠?qū)⒎纸獾玫降姆謮K進(jìn)行智能打包，高效、智能地放置在指定大?。?例如打印機(jī)工作容積大?。?的容器內(nèi)，從而可以同一批次打印多個(gè)分塊， 以高效利用打印容積、材料，進(jìn)而節(jié)省打印時(shí)間和支撐材料。此外，受打印機(jī)工作容積的制約，３Ｄ打印機(jī)單次可打印物體的最大尺寸依然有限，對(duì)于較大體積的物體，由于無法直接打印，因此也需要對(duì)模型進(jìn)行分割、堆積、打包進(jìn)而打印成型。
目前的打印技術(shù)在不同應(yīng)用中的約束和優(yōu)化目標(biāo)不同。打包問題是典型的組合優(yōu)化問題也是問題，針對(duì)模型的分割和打包的幾何方面的優(yōu)化問題， 本發(fā)明提出一種解決框架， 對(duì)于給定模型和具體的打印機(jī)工作容積， 利用該框架可以得到相應(yīng)的分割和打包方案， 其模型分割個(gè)數(shù)少、 分塊堆積緊湊， 改善了模型打印效率不高這一急需解決的
問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為克服現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供一種用于3D打印的模型分割和打包方法，是將給定模型分割為若干金字塔形狀的分塊，然后利用一種改進(jìn)的禁忌搜索算法尋找最優(yōu)打包方案,盡可能地減少支撐材料的體積,根據(jù)分塊體積給出利于全局優(yōu)化的初始解,并通過控制鄰域生成規(guī)則以及候選解集,使得搜索更加高效并大幅提高尋優(yōu)速度；最后,將打印成型的各部件拼合成整體。達(dá)到了模型分割產(chǎn)生的分塊個(gè)數(shù)少、打包高效合理；有效地提高打印效率,還減少了打印時(shí)間和支撐材料消耗。
為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
一種用于3D打印的模型分割和打包方法，包括：
步驟一，金字塔形狀分解；
在模型內(nèi)部散列若干樣本點(diǎn)，通過聚類方法逐漸構(gòu)建出越來越大的分塊，將這些分塊進(jìn)一步合并形成若干候選金字塔形狀塊，通過解決精確覆蓋問題確立最終的分解方案；
步驟二，尋找最優(yōu)打包方案；
將各分塊體素化處理，然后給定初始分塊打包序列，并將其作為搜索的開始采用禁忌搜索算法對(duì)所有分塊打包序列進(jìn)行搜索， 找到最優(yōu)的打包序列；
步驟三，對(duì)接測(cè)試；
通過迭代將尚未打包的分塊與堆進(jìn)行對(duì)接測(cè)試，逐步將所有分塊打包成堆；對(duì)于一個(gè)有序的分塊集合，按照順序?qū)γ總€(gè)分塊進(jìn)行對(duì)接測(cè)試。
步驟四，分塊打包序列優(yōu)化；
在禁忌搜索的過程中， 每產(chǎn)生一個(gè)新的序列，都要找到序列中各個(gè)分塊的最優(yōu)擺放位置， 因此要按照序列中分塊的前后順序， 對(duì)每個(gè)分塊與已打包的整體進(jìn)行一系列的對(duì)接測(cè)試， 對(duì)接測(cè)試產(chǎn)生大量移動(dòng)方案（ 平移、旋轉(zhuǎn)） ，分塊打包入堆后，選擇堆的支撐結(jié)構(gòu)體積最小的移動(dòng)，來確定單個(gè)分塊的最優(yōu)移動(dòng)；
步驟五，對(duì)領(lǐng)域及候選解集的控制；
采用隨機(jī)法來隨機(jī)交換序列中的兩個(gè)分塊，生產(chǎn)尚未搜索過的區(qū)域，若最優(yōu)解在搜索過程中被更新，則執(zhí)行集中搜索策略；用集中性領(lǐng)域中的最優(yōu)序列組成候選解集，進(jìn)一步進(jìn)行搜索；若在當(dāng)前搜索區(qū)域進(jìn)行了若干次數(shù)的搜索后依然沒有找到更優(yōu)的解，則實(shí)行分散搜索策略，候選解集由多樣性領(lǐng)域中的隨機(jī)序列組成；
步驟六，將打印成型的各部件拼合成整體。
進(jìn)一步的，在步驟五中，所述的若干次數(shù)的搜索設(shè)置為4次。
本發(fā)明的有益效果是：有效地提高打印效率,還減少了打印時(shí)間和支撐材料消耗。
具體實(shí)施方式
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更加理解本發(fā)明技術(shù)方案，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步分析。
一種用于3D打印的模型分割和打包方法，包括：
步驟一，金字塔形狀分解；
在模型內(nèi)部散列若干樣本點(diǎn)，通過聚類方法逐漸構(gòu)建出越來越大的分塊，將這些分塊進(jìn)一步合并形成若干候選金字塔形狀塊，通過解決精確覆蓋問題確立最終的分解方案；
步驟二，尋找最優(yōu)打包方案；
將各分塊體素化處理，然后給定初始分塊打包序列，并將其作為搜索的開始采用禁忌搜索算法對(duì)所有分塊打包序列進(jìn)行搜索， 找到最優(yōu)的打包序列；
步驟三，對(duì)接測(cè)試；
通過迭代將尚未打包的分塊與堆進(jìn)行對(duì)接測(cè)試，逐步將所有分塊打包成堆；對(duì)接
測(cè)試是為了找到分塊的最佳移動(dòng)旋轉(zhuǎn)方式，從而與已打包整體更好地緊密對(duì)接。
對(duì)于一個(gè)有序的分塊集合，按照順序?qū)γ總€(gè)分塊進(jìn)行對(duì)接測(cè)試。
步驟四，分塊打包序列優(yōu)化；
在禁忌搜索的過程中， 每產(chǎn)生一個(gè)新的序列，都要找到序列中各個(gè)分塊的最優(yōu)擺放位置， 因此要按照序列中分塊的前后順序， 對(duì)每個(gè)分塊與已打包的整體進(jìn)行一系列的對(duì)接測(cè)試， 對(duì)接測(cè)試產(chǎn)生大量移動(dòng)方案（ 平移、旋轉(zhuǎn)） ，分塊打包入堆后，選擇堆的支撐結(jié)構(gòu)體積最小的移動(dòng)，來確定單個(gè)分塊的最優(yōu)移動(dòng)；
步驟五，對(duì)領(lǐng)域及候選解集的控制；
采用隨機(jī)法來隨機(jī)交換序列中的兩個(gè)分塊，生產(chǎn)尚未搜索過的區(qū)域，若最優(yōu)解在搜索過程中被更新，則執(zhí)行集中搜索策略；用集中性領(lǐng)域中的最優(yōu)序列組成候選解集，進(jìn)一步進(jìn)行搜索；若在當(dāng)前搜索區(qū)域進(jìn)行了4次的搜索后依然沒有找到更優(yōu)的解，則實(shí)行分散搜索策略，候選解集由多樣性領(lǐng)域中的隨機(jī)序列組成；
步驟六，將打印成型的各部件拼合成整體。
本發(fā)明本文提的所述方法， 解決了３Ｄ打印中大體積物體無法打印的問題， 同時(shí)提出一種對(duì)解空間進(jìn)行搜索的改進(jìn)禁忌搜索算法。算法框架以模型整體作為輸入，最終輸出為高效的分塊打包方案， 由于各分塊緊密地堆積在一起， 打印時(shí)間與打印材料分別節(jié)省了１４％～３８％ 、 ２１％～４６％ ， 打印效率也得到了極大的提高。由于本算法將模型分成了若干分塊， 因此打印成型后，需要手工將其拼裝成整體。
以上對(duì)本申請(qǐng)所提供的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本申請(qǐng)的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本申請(qǐng)的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本申請(qǐng)的限制。