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stl模型切片算法STL模型切片算法概述STL（Stereolithography）模型是一种常用的三维打印文件格式，它描述了一个物体的几何形状。
在进行三维打印之前，通常需要将STL模型进行切片，将其分解为一系列二维层次，以便打印机能够逐层构建物体。
STL模型切片算法是将STL模型转化为切片层的过程，它是实现三维打印的关键步骤之一。
STL模型切片算法的基本原理STL模型切片算法的基本原理是将三维空间划分为一系列二维层次，并将STL模型投影到每个层次上，得到切片轮廓。
具体来说，STL 模型切片算法主要包括以下几个步骤：1. 加载STL模型：首先，需要将STL模型文件加载到内存中。
STL 文件包含了物体的几何形状信息，通常由三角面片构成。
2. 网格化：将STL模型转化为三角网格，即将每个三角面片拆分为若干个小三角形。
这样可以将物体的曲面形状转化为离散的点集，便于后续处理。
3. 切片平面定义：定义切片平面的位置和方向。
切片平面可以沿着X、Y或Z轴方向进行定义，也可以在任意角度上进行定义。
切片平面的位置决定了切片的厚度，即每个切片的高度。
4. 切片轮廓计算：将切片平面与三角网格进行相交计算，得到每个切片的轮廓。
切片轮廓可以用一组闭合的曲线表示，它们描述了切片与三角网格的交点。
5. 切片排序：根据切片的位置进行排序，以确保切片按照正确的顺序进行打印。
通常，切片是从底部到顶部进行排序。
6. 切片数据输出：将切片数据输出为二维图像或G代码，以便打印机进行打印。
二维图像可以用于可视化切片结果，而G代码包含了打印机需要的打印指令。
常用的STL模型切片算法1. 横向扫描线算法：该算法将切片平面沿着Z轴方向进行移动，通过扫描线与三角网格的相交计算得到切片轮廓。
该算法简单高效，但在处理复杂曲面时可能会出现缺陷。
2. 光线追踪算法：该算法通过发射射线并追踪其与三角网格的相交点，得到切片轮廓。
光线追踪算法可以处理复杂曲面，但计算复杂度较高，耗时较长。
3d打印stl3D打印STL简介：3D打印技术是一种数字制造技术，它将三维数字模型转化为现实世界中的实体物体。
STL文件是一种常用的三维模型文件格式，被广泛用于3D打印中。
本文将介绍STL文件的基本概念、创建、优化和处理，以及如何将其应用于3D打印中。
第一部分：STL文件的基本概念STL是“STereoLithography”的缩写，意为立体光刻。
它是一种用于描述三维对象几何形状的文件格式。
STL文件由一系列面片（和相应的法线）组成，这些面片在三维空间中组合成整个模型。
在STL文件中，几何模型被分解为许多小的面片（三角形），这些面片共同构成整个对象。
每个面片由三个顶点和一个法线向量组成。
法线向量用于指定面片的方向和朝向，其中好的面片方向是指向模型外部的。
第二部分：创建STL文件创建STL文件的常见方法有两种：手动建模和使用CAD软件进行建模。
手动建模是一种基于几何原理和数学计算的方法，需要较强的数学和几何知识。
使用CAD软件进行建模是相对简单和普遍的方法，只需通过拖放和编辑工具即可创建模型。
在CAD软件中，用户可以选择创建立方体、球体、圆柱体等基本几何体，然后使用变换工具对其进行缩放、旋转和移动等操作，以获得所需的形状。
用户还可以在CAD软件中创建复杂的曲面和几何体，然后将其导出为STL文件。
第三部分：STL文件的优化和处理在进行3D打印之前，通常需要对STL文件进行优化和处理，以确保打印的质量和效果。
以下是一些常见的优化和处理方法：1. 网格修正：由于STL文件是由很多小的面片组成的，有时可能会出现模型不完整、孔洞或重叠的问题。
网格修正是一种修复STL文件中这些问题的方法，可通过软件工具进行。
2. 缩放和旋转：根据实际需要，可以对STL文件进行缩放和旋转操作，以调整模型的大小、方向和位置。
这样可以更好地适应3D打印机的打印要求。
3. 支撑结构生成：在一些复杂的模型中，可能存在悬空的部分，这些部分通常需要支撑结构来保持稳定。
STL的熟悉与使用STL（Standard Template Library）是C++标准库中提供的一个功能强大的通用模板库，它包含了许多常用的数据结构和算法。
STL的熟悉与使用对于C++程序员来说非常重要，可以极大地提高开发效率和代码的质量。
本文将介绍STL的基本概念、常用数据结构和算法，以及如何进行STL的使用。
STL的基本概念：1. 容器（Containers）：STL中的容器是用来存储数据的类模板，包括序列容器（vector、deque、list）和关联容器（set、map、multiset、multimap）。
容器可以分为序列容器和关联容器，其中序列容器是线性存储的，关联容器是使用键值对存储的。
2. 迭代器（Iterators）：STL中的迭代器类似于指针，用来遍历容器中的元素。
迭代器提供了一种统一的访问容器元素的方式，可以通过自增和自减操作实现对容器元素的顺序访问。
3. 算法（Algorithms）：STL中提供了大量的算法，包括查找、排序、复制、填充等。
算法可以直接操作容器中的元素，它们是通过迭代器来实现的，所以使用算法需要利用容器的迭代器对容器中的元素进行操作。
4. 函数对象（Function Objects）：STL中的函数对象是一种可以像函数一样被调用的对象。
STL中的很多算法需要传递函数对象来实现特定的功能，函数对象可以是函数指针、函数对象类或者是函数对象适配器。
STL常用数据结构和算法：1. vector：动态数组，支持随机访问和快速的尾部插入和删除，可以用来代替数组。
2. list：双向链表，支持快速的插入和删除操作，但不支持随机访问。
3. set：集合，其中的元素是有序且独一无二的，可以进行插入、删除和查找操作，内部通过红黑树实现。
4. map：映射，包含一系列的键值对，其中的键是有序且独一无二的，可以进行插入、删除和查找操作，内部通过红黑树实现。
5. sort：对容器中的元素进行排序，内部使用快速排序算法。
基于叶片STL模型的型面检测与最大厚度分析1. 引言a. 研究背景b. 研究意义c. 研究目的2. 相关技术及方法a. STL模型介绍b. 型面检测原理及方法c. 最大厚度分析原理及方法3. 叶片STL模型的型面检测a. 模型前处理b. 型面检测方法设计c. 实验结果分析4. 叶片STL模型的最大厚度分析a. 模型前处理b. 最大厚度分析方法设计c. 实验结果分析5. 结论与展望a. 结论总结b. 研究中存在的问题及改进方向c. 研究展望第一章：引言在现代工业中，叶片是一种重要的工业零部件。
叶片的形状对其性能和寿命具有重要影响，因此在叶片的生产和使用过程中需要进行型面检测和最大厚度分析。
这些问题在以前的研究中已经得到了广泛研究，但是随着计算机技术的发展和数字化加工技术的应用，如何利用计算机的强大计算能力和科学的方法进行叶片的型面检测和最大厚度分析成为了研究的热点。
本文将对叶片STL模型的型面检测和最大厚度分析进行研究。
在实验中，我们将使用三维扫描仪获取叶片的三维STL模型，并对其进行预处理。
然后，我们将设计能够准确和高效进行型面检测的算法，并通过实验验证其有效性。
接下来，我们将设计能够准确计算叶片最大厚度的算法，并通过实验验证其有效性。
最后，我们将总结研究结果，并对以后的研究进行展望。
第二章：相关技术及方法2.1 STL模型介绍STL（STereoLithography）是三维打印和计算机辅助制造（CAM）中常用的三维模型表述格式。
STL模型是由三角形网格组成的，因此被称为三角形网格模型。
STL模型广泛用于rapid prototyping（RP）和计算机数控加工（CNC）等应用领域。
在本研究中，我们使用三维扫描仪获取叶片的三维STL模型，并对其进行预处理，以用于后续的型面检测和最大厚度分析。
2.2 型面检测原理及方法型面检测（Surface Inspection）是根据实际产品的需求，采用对比、统计、分析等方法，对现有产品进行检测的一种方法。
扫描线算法（Scan-Line F illing）扫描线算法适合对矢量图形进行区域填充，只需要直到多边形区域的几何位置，不需要指定种子点，适合计算机自动进行图形处理的场合使用，比如电脑游戏和三维CAD软件的渲染等等。
对矢量多边形区域填充，算法核心还是求交。
《计算几何与图形学有关的几种常用算法》一文给出了判断点与多边形关系的算法――扫描交点的奇偶数判断算法，利用此算法可以判断一个点是否在多边形内，也就是是否需要填充，但是实际工程中使用的填充算法都是只使用求交的思想，并不直接使用这种求交算法。
究其原因，除了算法效率问题之外，还存在一个光栅图形设备和矢量之间的转换问题。
比如某个点位于非常靠近边界的临界位置，用矢量算法判断这个点应该是在多边形内，但是光栅化后，这个点在光栅图形设备上看就有可能是在多边形外边（矢量点没有大小概念，光栅图形设备的点有大小概念），因此，适用于矢量图形的填充算法必须适应光栅图形设备。
扫描线算法的基本思想扫描线填充算法的基本思想是：用水平扫描线从上到下（或从下到上）扫描由多条首尾相连的线段构成的多边形，每根扫描线与多边形的某些边产生一系列交点。
将这些交点按照x坐标排序，将排序后的点两两成对，作为线段的两个端点，以所填的颜色画水平直线。
多边形被扫描完毕后，颜色填充也就完成了。
扫描线填充算法也可以归纳为以下4个步骤：（1）求交，计算扫描线与多边形的交点（2）交点排序，对第2步得到的交点按照x值从小到大进行排序；（3）颜色填充，对排序后的交点两两组成一个水平线段，以画线段的方式进行颜色填充；（4）是否完成多边形扫描？如果是就结束算法，如果不是就改变扫描线，然后转第1步继续处理；整个算法的关键是第1步，需要用尽量少的计算量求出交点，还要考虑交点是线段端点的特殊情况，最后，交点的步进计算最好是整数，便于光栅设备输出显示。
对于每一条扫描线，如果每次都按照正常的线段求交算法进行计算，则计算量大，而且效率底下，如图（6）所示：图（6）多边形与扫描线示意图观察多边形与扫描线的交点情况，可以得到以下两个特点：（1）每次只有相关的几条边可能与扫描线有交点，不必对所有的边进行求交计算；（2）相邻的扫描线与同一直线段的交点存在步进关系，这个关系与直线段所在直线的斜率有关；第一个特点是显而易见的，为了减少计算量，扫描线算法需要维护一张由“活动边”组成的表，称为“活动边表（AET）”。
第24卷2005年第2期2月机械科学与技术M EC HAN ICAL SCIENCE AND TEC HNOLOGY V o.l 24F ebruary N o .22005收稿日期:20031027基金项目:国家/8630高技术研究发展计划项目(2001AA421160)资助作者简介:赵吉宾(1970-),男(汉),山东,博士研究生赵吉宾文章编号:1003-8728(2005)02-0131-04基于STL 文件的实体分割算法研究赵吉宾1,2,刘伟军1,王越超1(1中国科学院沈阳自动化研究所先进制造技术重点实验室,沈阳 110016;2中国科学院研究生院,北京 100039)摘 要:由于快速成型机加工尺寸的限制,难于制造尺寸较大的零件。
针对这一问题本文提出一种基于S T L 文件格式的实体分割算法,对S TL 文件分割过程中的关键问题进行了详细地论述,包括:截面轮廓的生成,截交三角面片的处理和截面轮廓的三角化算法;通过对STL 文件的分割处理,提高了快速成型系统对大尺寸零件的制造能力。
关 键 词:快速成型;STL 文件;截面轮廓;三角化中图分类号:TP391.72 文献标识码:ASt udy on t he A lgorit h m s for D i v i d ing SolidM odel Based on STL FileZ HAO J-i bin 1,2,LI U W e-i j u n 1,WANG Yue -chao1(1Key Laboratory ofAdvanced M anu fact u re Techno logy ,Shenyang I nstitute o fAuto m a ti o n ,Ch i n ese Acade m y of Sc iences ,Shenyang 110016;2G raduate Schoo l of Chinese A cade m y o f Sciences ,Be ijing 100039)Abstract :There are so m e difficu lti e s in m anu facturing parts o f jumbo size because o f the li m itation o f d-i m ensi o n range of rapid pr o totyping syste m.To so lve the proble m a so lid d i v iding a l g orith m based on STL file fo r m at is brought for w ard i n th is paper .The key proble m s are d iscussed i n dividing STL file ,i n clu -di n g creating cr oss -secti o n pro file ,pr ocessing the triang le facet d i v ided and triangu lati o n a l g orithm for cross -secti o n pr o file .The ability o f rapid prototyping syste m to m anufacture parts o f bigger d i m ension is i m proved by dividing STL file .Key w ords :Rap i d prototyping ;STL(Stereo lithography )file ;C ross -section profile ;Triangu l a ti o n快速成型技术是一种新型的先进制造技术,与传统的去除材料加工技术相比,它是通过逐层增加材料来制造零件[1],能够直接从CAD 实体数据模型生成三维产品模型。
基于STL的平面线扫描算法摘要：本文对平面上n条线段交点的两两求交算法和数据结构进行了改进。
利用STL中multimap容器的平衡二叉树特性，存储扫描线的事件队列和与当前扫描线相交的所有线段构成的有序状态结构，再结合线段求交的基本几何计算方法，从而提高线段求交算法的效率。
最后利用VisualStudio2008编程实现了上述算法。
关键字：STL；平面扫描；线段求交；算法Abstract: We improve the method of seeking the intersection of n line segments in the plane and its data structures in this e STL multimap container which is characteristic of balanced binary tree to store the event queue of scan lines and the ordered state of all segments which intersect the current scan bined with the computational geometry algorithm of segment intersection,improve the efficiency of the line segment intersection algorithm .At last, we use Visual Studio 2008 to realize the above algorithm .Key words: STL ; Plane sweep ; Line segment intersection ; Algorithm0前言在已知平面上有n条线段，求出它们之间的所有交点，实现这种目的的算法就是线段求交算法。
在计算几何学中，线段求交算法是最基本、应用最广泛的算法，比如多边形填充问题，区域叠置分析问题等，所以它也是最为重要的算法。
实现这个目的的算法有很多种。
比如可以一次检查每一对线段，判读它们是否相交，如果相交，就将其的交点报告出来。
显然，这种直截了当式的算法需要○（n2）的时间。
如果大多数的线段要么跟本不与其他线段相交，要么只与少数线段相交，那么交点的总数远远达不到平方量级。
所以在这种情况下，我们需要其他的线段求交算法来提高效率。
本文尝试用基于STL的平面线扫描算法进行求解。
下面对该算法进行分析。
1算法分析1.1平面线扫描算法利用平面线扫描技术，可以实现线段求交算法的优化。
所谓平面线扫描技术，即给出某个平面问题，用一条线扫描这个平面，处理在线上发生的事件，留下这个问题已解决的部分。
与当前扫描线相交的所有的线段构成的集合，被称为扫描线的状态。
随着扫描线的向下推进，它的状态不断变化。
只有在某些特定的位置，才需要对扫描线的状态进行更新。
在线段求交算法里，每一条线段的两个端点以及线段之间的交点组成了扫描线的事件队列。
与当前扫描线相交的所有的线段构成的集合，组成了扫描线的状态结构。
1.2线段求交的几何算法分两步判断线段是否相交：①快速排斥试验：设以线段P1P2为对角线的矩形为R，设以线段Q1Q2为对角线的矩形为T，如果R和T 不相交，显然两线段不会相交。
②跨立试验：如果两线段相交，则两线段必然相互跨立对方。
若P1P2跨立Q1Q2，则矢量( P1 - Q1 ) 和( P2 - Q1 )位于矢量( Q2 - Q1 )的两侧，即( P1 - Q1 )×( Q2 - Q1 ) * ( P2 - Q1 )×( Q2 - Q1 ) < 0。
当( P1 - Q1 )×( Q2 - Q1 ) = 0 时，说明( P1 - Q1)和(Q2 - Q1 )共线，但是因为已经通过快速排斥试验，所以P1一定在线段Q1Q2上；同理，( Q2 - Q1 ) ×(P2 - Q1 ) = 0 说明P2 一定在线段Q1Q2上。
所以判断P1P2跨立Q1Q2的依据是：( P1 - Q1 ) ×( Q2 - Q1 ) * ( Q2 - Q1 ) ×( P2 - Q1 ) >= 0。
同理判断Q1Q2跨立P1P2的依据是：( Q1 - P1 ) ×( P2 - P1 ) * ( P2 - P1 ) ×( Q2 - P1 ) >= 0。
具体情况如图1-1所示：图1-11.3算法描述当线段与扫描线相交时，令其处于“活动”状态。
我们会碰到以下三种情况：①新的线段变成活动状态；②老的线段变成非活动状态；③两条活动线段相交。
具体来说，扫描线从上往下对每一个事件点依次扫描。
(a)扫描线到达了某条线段的第一个端点，也就是上端点，如果该线段是水平线就另作讨论，否则意味着这条线段将开始与扫描线相交。
因此需要将该线段插入到状态结构中，并且要保持状态结构中的所有线段左右有序。
然后将该线段，与状态结构中左右相邻的两条或一条线段分别进行测试，确定是否相交。
若存在交点，则记录交点位置，并且添加到事件队列中，等待扫描线到达。
(b)扫描线到达了某条线段的下端点，则意味着这条线段将不再与扫描线相交，因此需要将该线段从状态结构中删除。
如果该线段左右都存在相邻的线段，那么删除该线段后，两条线段则成为相邻的线段，所以需要将这两条线段进行相交测试，测试步骤同(a)。
(c)扫描线到达了两条线段的交点处。
在状态结构中找到该交点所在的两条线段信息，然后交换它们的顺序，再分别测试新的左线段与其左邻居，右线段与其右邻居是否存在交点。
测试步骤同(a)。
2 STL与数据结构2.1STL简介STL就是Standard Template Library，标准模板库。
更准确地说是C++程序设计语言标准模板库。
STL是所有C++编译器和所有操作系统平台都支持的一种库。
即同一段STL代码在不同编译器和操作系统平台上运行的结果都是相同的，虽然底层实现可以是不同的，但是STL的使用者并不需要了解它的底层实现。
STL是由若干精心勾画的组件共同合作而构筑起来的。
这些组件中最关键的是容器、迭代器和算法。
本文选择使用multimap关联式容器来存储状态结构和扫描线的事件队列。
它通常以平衡二叉树完成。
它将（键值/实值）当做元素进行管理。
它可根据键值的排序准则自动将元素进行排序。
它自身提供了大量的方法函数，操作方便，效率高，使用者不需要理会内部的实现方式既可实现编程。
最重要的是使用结束后，它会自动释放内存空间，不会造成内存的泄露。
迭代器是一种智能指针，具有遍历复杂数据结构的能力，能够用来遍历标准模板库容器中的部分或全部元素。
其下层运行机制取决于其所遍历的数据结构。
因此，每一种容器型别都必须提供自己的迭代器。
2.2主要数据结构自定义点类CPoint2D，线段类CLineSegment，交点信息类CPointInfo，画图类CVisMap，状态结构类CStatusStruct，事件队列类CEventQueue和扫描线类CPlaneSweepAlgo。
在CVisMap中使用vector容器保存平面上所有的线段vector<CLineSegment> m_vectLine。
直接调用m_vectLine里的成员函数，就可以完成线段的添加push_back(CLineSegment)、清除clear()、统计size()等功能，无需通过new或者malloc开辟新的空间，它是动态增长的。
定义一个迭代器vector<CLineSegment>：：iterator itLine，通过它可以遍历获得m_vectLine里所有的线段信息，从而参与算法运算。
在CStatusStruct里定义multimap<double, CLineSegment> m_xStatusStruct，存储状态结构信息，保存所有活动状态的线段信息。
第一个参数记录扫描线所在高度y时各线段的x坐标信息，第二个参数记录活动线段的信息。
向状态结构m_xStatusStruct里插入新的信息时调用其成员函数insert(mark_pair(double a, CLineSegment b))（mark_pair(a,b)的作用是把a，b两个参数当做一个参数传递）。
每次插入一条新的线段，m_xStatusStruct总会就其中第一个double类型参数进行排序，默认是从小到大。
这就保证了活动线段的左右顺序一直正确，之后当扫描线到达交点时才可以正确地交换线段信息。
在CEventQueue类里，结合STL中的multimap容器和pair数据类型定义：multimap<double, pair<int, CLineSegment> > m_yEventQueue。
它可以方便地存储顶点事件队列的相关信息。
第一个参数记录每个顶点的y坐标。
因为multimap容器默认从小到大排序，而扫描线从上向下扫描（屏幕左上角为(0,0)，向右为x轴正方向，向下为y轴正方向），所以事件会按顺序存入队列。
第二个参数为pair类型，first参数记录事件点类型：起点、终点或者交点。
Second参数记录线段信息。
所有线段的两个端点（水平线另作讨论）分别作为事件点存入其中。
插入交点事件，结束当前事件点，分别调用成员函数insert( )和erase()。
添加模板类，结合STL算法<algorithm>里的find_if（）全局算法直接查找特定的实值，即线段的信息。
获得交点所在两条线段在m_xStatusStruct中的位置，传入到迭代器中，方便其他函数使用。
template <class K,class V>class value_equals{V value;public:value_equals(V& v)：value(v){}bool operator()(std::pair<K,V> elem){return elem.second==value;}};例如pos=std::find_if(m_status.begin(),m_ status.end(),value_equals<int, CLineSegment>(ln2));找到m_xStatusStruct中ln2线段所在的位置，返还给迭代器pos。
扫描线CPlaneSweepAlgo类，设计用于保存所有的数据和关键的算法。
其中最主要的平面线扫描求交点算法实现在void CalculateIntersectionPoints ( )里。
