從3D打印的歷史背景出發，闡述了3D打印的基本原理和目前常見的幾種成形工藝，并介紹了3D打印技術的現狀和發展趨勢。以此為基礎，從以下幾個方面對3D打印進行了研究：

STL文件讀取及可視化

介紹了3D打印中最為常用的STL文件，比較分析了兩種不同表示方法的STL格式，并根據數據特點構建了存儲結構。使用C++語言并結合OpenGL技術實現模型的渲染及可視化。

成形方向優化

針對目前算法僅考慮在等厚分層的前提下進行優化的問題，提出基于自適應分層的模型成形方向優化算法。

• 在自適應分層的基礎上，將不同成形方向下實際模型與理論模型之間的“差異”以體積誤差的形式量化，得到成形方向和體積誤差之間的數學函數。
• 通過STL模型的坐標變換使得自適應分層能沿任意方向進行，隨后分析了三角形面片與分層平面之間的位置關系，并完成整個模型的體積誤差計算。
• 選取全局搜索能力最優的遺傳算法在全局范圍內搜索最優解，得到最佳成形方向。

一種改進的高效輪廓構造算法

針對目前切片算法在處理具有大量網格的高精度STL模型或切片細密時算法效率低下的問題，提出了一種高效輪廓構造算法。

• 首先分析了交點在進行輪廓構造時所有可能出現的情形，并將這些情形用枚舉類型進行保存。
• 然后根據三角形頂點的Z坐標數值建立了分層區域的概念，并按交點所在的分層區域對所有交點進行分類。
• 通過數據結構的設計和兩個核心規則的建立使得算法能夠避免大量的鏈表遍歷和檢查，大大簡化了輪廓構造過程。
• 同時算法將所有交點以“二維”數據的形式保存，并使用增量算法計算交點，進一步降低了內存占用和計算量。

軟件系統的開發

利用Visual Studio 2017進行軟件開發，主要內容包括：

• 界面的設計
• 模型的旋轉、平移、縮放與視圖變換
• 上述算法的實現與結果顯示等

軟件操作簡便，具有良好的交互性。

計算機在讀取不同格式的三維模型時，只有按照特定格式的規則來讀取，才可以正確地讀取模型中的數據信息。其中STL格式是目前3D打印機支持率最高的格式，幾乎所有的CAD軟件都支持將3D模型輸出成STL格式。STL文件通過大量三角形網格來逼近實體表面，顯然三角形面片數量越多模型的精度就越高，也越接近實體表面，但相應的體積也會隨之增大，同時會造成后續數據處理的復雜度增加。

STL文件有2種表示方法，一種是ASCII明碼格式，另一種是二進制格式，這兩種格式各有各的特點：

• ASCII格式的文件可讀性好，模型數據直觀明了，但磁盤占用量大；
• 二進制格式雖可讀性差但磁盤占用少，約為ASCII明碼格式的1/6。

ASCII格式使用記事本可直接打開，每個三角形法向量和頂點的坐標信息都可以編輯和修改。與ASCII使用標識符來提示輸出信息不同，二進制格式的STL文件以固定的字節數循環給出每個三角形的數據信息。

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