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面向3D打印机局部微调优化

更新时间: 2021-09-04 11:06:43  查看次数: 461    
由于全局优化的精确度受限于体素化过程中的体素分辨率大小,Dapper最后进一步对体素块内的实际部件几何的空间位置进行局部的优化微调。这一步的目标是使用局部的优化搜索来进一步地压缩排列堆的内部空间。
具体来说,假设从上一步获得的全局优化输出中提取出N个块。对于每一个将会对其优化寻找一个刚体变换K,以优化打印堆的排列。我们将这个问题形式化地描述成一个带有约束条件的优化问题。优化的目标是最小化打印堆的可压缩空间,即最小化堆高度或者最小化堆内悬空间隙。在这里需要考虑到两个优化约束条件:碰撞约束,即块与块间不能相互碰撞渗透;包围约束,即所有的块必须位于打印容器的内部,和分别表示打印容器的上下对角顶点坐标。不失一般性的,我们预先对所有的块和容器做变换,在此之后,打印容器的高度表示为uz。

可压缩空间。打印堆的可压缩空间有两个项组成。一个是堆的高度项,另一项为悬空间隙,由堆中的悬空间隙的离散化体积表示。具体化地,我们对容器底面进行栅格化采样,并从每一个采样点垂直向上发射一条射线。每一条射线会被打印容器内部的块分割成多条线段,每条线段的起止点都将位于块的表面边界上。
所有的起止点处于不同块表面的线段将被搜集起来,q在刚体变换作用后的结果坐标,不失一般性的,我们假设z值始终是大于7(即前者位于后者上方)。
其中,r表示打印容器底面栅格化的分辨率大小,z表示轴。在本章的实现中,我们设置r为打印容器底面边长的百分之一。
其中,A控制着两个优化目标项的相对权重,对于粉末型打印机将会施加较大的权重在高度项上,对于熔融沉积型打印机则将会施加较大的权重在悬空间隙项上。

优化中的约束条件。
优化过程中的碰撞约束可以通过块与块之间的有向距离来计算。

其中的法向量。当优化每个块的刚体变换的时候,也将同时被更新以保证一阶近似的距离函数的准确性。为用户定义的块间距离的阈值,设置为打印容器底面边长的0.005倍。