STL模型简化技术研究
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∃ 1% 付铃 , 鄂卓茂 , 刘兆峰 . 液压传动动力机械系统节能控制 研究 [ J]. 矿山机械 , 2001( 11): 45- 46. ∃ 2% 彭天好 , 杨华勇 , 傅新 . 液压挖掘机全局功率匹配与协调 控制 [ J]. 机械工程学报 , 2001 , 37 ( 11): 50- 54. ∃ 3% 张彦廷 , 王庆丰 , 肖清 . 液压驱动惯性系统能量回收的节 能试验研究 [ J]. 机床与液压 , 2007( 7): 91- 92 . ∃ 4% 王庆丰 , 魏建华 , 吴根茂 , 等 . 工程 机械液 压控制 技术的 研究进展与展 望 [ J]. 机 械 工 程学 报 , 2003 ( 12): 5153 . ∃ 5% 张奕 , 龙水 根 . 工 程机 械 节能 的新 途 径 [ J]. 液 压与 气 动 , 2006( 9) : 73- 74 .
其工作原理如图4所示在主控阀的回油口处串联一回收马达靠控制马达的流量来控制执行机构的下降速度将执行机构释放出来的重力势能和惯性能回收并转化为马达输出的机械能机械能可以通过发电机再转化为电能储存在电池或电容当中当系统需要时可以再通过电动机将电能转化为机械能驱动外载
2009 年 8 月 第 37 卷 第 8 期
图 7 不同 控制条件下的简化效果 图 2 STL 简化程序流程图
(下转第 250页 )
! 250!
机床与液压
第 37 卷
SK 200MARK 挖掘机、小 松 公司 的 PC 系列 挖 掘机 和 日立建机的 EX 系 列挖 掘机。进 入 90 年代, 国外 各 挖掘机生产商又开发了第二代节能控制系统。在这种 系统中, 不仅对泵和柴油机进行联合调节, 而且也将 主阀和先 导阀 的 控制 考虑 在内, 在保 证节 能 性的 同 时, 进一步提高了挖掘机的操纵性。比较典型的有日 [ 2] 立建机第二代节能控制 系统 ELLE 控制系统 。目前 国内还没有采用这项技术的成熟产品问世。
第 8期
江本赤 等 :Biblioteka STL 模型简化技术 研究
! 231!
型表面就出现了空洞, 然后扩展空洞周围的 三角形使 其空洞充满 即可, 图 1 ( b ) 所示 的是 简化后 的 STL 模 型。用这个新生 成的 STL 文件进 行后 续的数 据处 理, 可以减少切片时的求交点运算量, 提高切片效率。 一个三角形的最长边和最短边一旦被确定, 其最 大内角的角度值越大, 则该三角形变得越趋近于一条 直线, 因而 对 STL 模型 的 影响 就越 小。与 成 型时 的 阶梯误差的影响相比, 剔除某些形状狭长而且面积很 小的钝角三角形所带来的影响可 以忽略不计。对 STL 模型影响较大的钝角三角形不能被忽略, 故在对模型 进行简化之前, 先需要设定允许的最大钝角 和最短 边与最长边的最小比值 k。设定的 参数 和 k 作 为某 具体的三角形是否可以被剔除的依据。 以图 1( a) 为 例, 设 BDG 中最 短边的 两端 点坐 标分别为 G (G x, Gy , Gz )和 B (B x, By , B z ) 。简化 STL 模 型就是将点 B 的坐标值赋给钝角所在的顶点 G, 也就 是将边 BG 变成一点即 点 B, 钝角三 角形 BDG 和小 三角形 ABG 就被 剔 除 了, DEG 和 AEG 分 别 被 BDE 和 ABE 所 取 代, 这 样一 来, 被 剔 除的 三 角 形所留下 的空 洞得 到 了弥 补, 符 合 STL 文件 所遵 守 的充满规则。 根据 STL 文 件所 包 含信 息的 特 点, 设 计 的数 据 结构如下: stru ct T riang le { float V 1 [ 3] ; float V 2 [ 3] ; float V 3 [ 3] ; }; 用 C++ 语言编程可以实现上述的 STL 简化思想, 图 2所示的就是整个程序的流程。
R esearch on th e Sim p lification of STL M odel
JI ANG Bench, i GUO L i ( Anhu i Nat iona l Defence V ocational Co lle ge , Lu an Anhu i 237011 , Ch in a)
STL 模型简化思想及其实现 三角形面化之后, STL 模型表面的某些 区域会出 现一些狭长的钝角三角形, 它们的面积相对较小, 并 且与相邻 的 两个 三角 形 几乎 在同 一个 平 面内, 如图 1 ( a) 所示。由于这 种钝 角三 角 形对 近似 精度 的 影响 非常小, 甚至可以忽略, 因而可以看作是冗余的三角 形。而任何一 个 三角 形, 无论 其 面 积大 小、 形状 如 何, 它所占用的文件空间大小是一样的。所以冗余钝 角三角形会使模型表面的三角 形数目增加, STL 文件 尺寸增大, 因而造成了文件存储空间和数据处理时间 的 浪费。 有必 要在 保证 精度的 条件 下对 STL 模 型进 行简化。针对这个问题, 作者拟通过剔除某些钝角三 角形的方法达到简化 STL 模型目的。 1
3 液压挖掘机节能技术的发展趋势 3 1 电液比例控制智能化 电液比例技术用于工程机械, 可以省去复杂、庞 大的液压信号传递管路, 用电信号传递液压参数, 不 但能加快系统响应, 而且使整个挖掘机动力系统控制 更方便、灵活。随着计算机技术的发展, 电液比例控 制将进一步 ∀ 智能化 #, 这种智 能化主要 体现在 计算 机能够自动监测液压系统和柴油机的运行参数, 如压 力、柴油机转速等, 并能根据这些参数自动控制整个 挖掘机动力系统, 使其运行在高效节能状态。这将是 节能技术发展的一个趋势。 3 2 泵 - 发动机匹配控制将进一步 ∀ 智能化 # 借助计算机控制技术, 泵与发动机的匹配控制将 进一步 实现 ∀ 智能化 #, 两者 之间 的结 合将 更密 切, 实现一体化控制。在这种控制中, 控制器能根据工作 状况的变化, 自动对液压泵和发动机进行调整, 在保 证输出功 率满 足 工作 需要 的同 时, 使 燃油 消 耗量 最 低。国外一些大的工程机械生产厂商都在积极研制开 发与之相关的软、硬件产品。 3 3 混合动力系统 工程 机械 执 行机 构 下放 时 的 重 力 势 能、制动 时 的惯 性能 都消耗 在液 压系 统主 控阀 的节 流口 上。不 仅造成 了大 量的 能量 图 4 马达回收混合动力系统 浪费, 而 且 还会 引起 系统的发热。在传统的液压系统当中, 储存这部分回 收的 能 量 比 较 困 难, 从 而 限 制 了 该 节 能 方 法 的 实 [ 3- 4] 施 。 2004年 5月, 小松研制出了世界上第一台混 合动力液 压挖 掘 机的 试验 机型。 在混 合动 力 系统 当 中, 由于采用了电池或电容作为储能元件, 使这部分 能量得以回收。其工作原理如图 4 所示, 在主控阀的 回油口处串联一回收马达, 靠控制马达的流量来控制 执行机构的下降速度, 将执行机构释放出来的重力势 能和惯性能回收, 并转化为马达输出的机械能, 机械 能可以通过发电机再转化为电能储存在电池或电容当 中, 当系统需要时, 可以再通过电 动机将电能 转化为 机械能驱动外载。混合动力系统在工程机械上的应用
STL 模型简化的结果讨论 以某零件部分 STL 模型为例, 图 3 是由 Pro /E 中 生成的 原始 的 STL 模型。 可见, 在其 轴线 方 向 有数 个钝角三角形, 它们和其周围的两个三角形同在一个 近似梯形的平面上。完全可以将这个小平面用两个三 角形来表示。为了便于计算, 这里用的最大钝角余弦 值 cos 来衡量三角形的最大内角。图 4和 6分别给出 了当 cos 为不同 取值 时钝 角三 角形 的简 化情 况。可 见, 图 4所示的模型 中有两 个钝 角三角 形被去 掉了, 而图 5所示的模型中去掉了 4个冗余三角形。图 6是 完全简化后的 STL 模型。 2
研究正成为工程机械节能和环保研究的一个热点。
3 4 其他方面 研 发新的 实用化 的节 能 液压 元件 及 系统 , 如 自 由 活塞发 动机、二 次调 节系 统及 相关 的 液压 变压 器 等 。改变 液压油的 物理性 质, 如采 用 黏性 指 数高 的 [ 5] 多 级液压 油 , 也 将是 节能 技术 发展 的 另一 个新 趋 [ 4] 势 。 参考文献:
机床与液压
MACH I NE TOOL & HYDRAULICS
A ug 2009 V ol 37 N o 8
DO I : 10. 3969 / j issn 1001 - 3881 2009 08 075
STL 模型简化技术研究
江本赤, 郭利
(安徽国防科技职业学院, 安徽六安 237011)
摘要 : STL 模型的某些区域存在一些狭长的钝角三角形 , 它们 对模型逼近 误差的影 响非常小 , 在 精度允 许的条 件下可 以将其忽略。通过剔除部分符 合一定条件的 钝角三 角形 , 合理简 化了 STL 模型 , 节省了 文件 存储空 间和 后续 数据处 理时 间。 关键词 : 快速成型 ; STL 模型 ; 三角形面片 中图分类号 : T P391 文献标 识码 : B 文章编号 : 1001- 3881 ( 2009) 8- 230- 2
Abstrac t : T he re are som e long and narrow ob tuse tr iang les ex isting in certa in area of STL m ode,l and they have little i m pact on approach ing erro r o f the m ode , l even can be ignored if accuracy per m its . T hrough eli m inating so m e obtuse tr iang les , STL m odels w ere reasonably si m plified , the ti m e o f subsequent da ta processing and the storage space fo r STL file w ere sav ed. K eyword s : R ap id proto typ ing ; STL m ode ; l T r iang le facet
图 1 模型局部简化示意图
假设某 STL 模型局部如图 1( a) 所示, 其中 和
BDG
ABG 是可以剔除的钝角三 角形, 去 掉它们之后模
收稿日期: 2008- 08- 20 作者简介: 江 本 赤 ( 1979 ), 男, 工 学 硕 士, 教 师, 主 要 研 究 方 向 为 快 速 成 型 技 术、模 具 设 计 与 制 造 技 术。 电 话: 15856404260, E- ma i:l bench i2008@ 163 com。
下 面分 别 取 7 个 不 同的 cos 值 作为 控 制条 件, 来观察钝角三角形的简化情况。由于最短边与最长边 的最小比值 k 如果太大, 会因忽略很多狭长的钝角三 角形而影响简化的效果; k 值 反映了该 钝角三 角形的 狭长程度。如果 k 值太小, 会因剔除掉很多面积较大 的三角形而影响 STL 模型的 精度。综合 上述两 因素, 这里取 k = 2 5作为控制条件。
0 引言 快 速 成 型 技 术 ( R ap id Prototyp ing T echno logy , RP ) 是 20 世纪 80年代末期发展起来的一项先进制造 技术, 是制造技术领域的一项突破性进展。它是根据 零件的 CAD 模型, 采用材 料精确 堆积 的方法 制造 原 型或零件的技术, 是 一种 基于离 散 /堆积成 型原 理的 [ 1] 新型制造方法 。从本质上说, 快速成型是三维制造 过程。因而, 需要由 三维 CAD 模 型切片 求出 每层 的 [ 2] 截面轮廓 。 由于不同的 CAD 造型系 统对 实体的 内部 表达 方 式也不相同, 直 接对原 CAD 实体 模型 进行切 片的 方 法在通用性上存在很大缺陷, 因此 CAD 与 RP 系统间 的数据交换还需要一个适宜的接口文件格式, 目前应 用最多的是基于 STL 模型切片, 我国 RP 系统的 接口 [ 3] 文件均采用 STL 标准 。 STL 文件是后续数据处理的 依据, 其数据 量的大 小直接影响处理速度, 如何减少数据运算量也因此成 [ 4] 为 RP 领域研究 的热点 之一 。事 实上, STL 模 型的 某些区域存在一些狭长的钝角三角形, 它们对模型逼 近误差的 影响 非常 小, 却 直接 导 致 STL 文件 尺寸 增 大, 在精度允许的条件下可以将其剔除。基于以上考 虑, 作者通过剔除符合一定条件的钝角三角形面片信 息, 合理简 化了 STL 模 型, 减 少了 后 续的 数 据处 理 工作量, 提高了切片效率。
其工作原理如图4所示在主控阀的回油口处串联一回收马达靠控制马达的流量来控制执行机构的下降速度将执行机构释放出来的重力势能和惯性能回收并转化为马达输出的机械能机械能可以通过发电机再转化为电能储存在电池或电容当中当系统需要时可以再通过电动机将电能转化为机械能驱动外载
2009 年 8 月 第 37 卷 第 8 期
图 7 不同 控制条件下的简化效果 图 2 STL 简化程序流程图
(下转第 250页 )
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机床与液压
第 37 卷
SK 200MARK 挖掘机、小 松 公司 的 PC 系列 挖 掘机 和 日立建机的 EX 系 列挖 掘机。进 入 90 年代, 国外 各 挖掘机生产商又开发了第二代节能控制系统。在这种 系统中, 不仅对泵和柴油机进行联合调节, 而且也将 主阀和先 导阀 的 控制 考虑 在内, 在保 证节 能 性的 同 时, 进一步提高了挖掘机的操纵性。比较典型的有日 [ 2] 立建机第二代节能控制 系统 ELLE 控制系统 。目前 国内还没有采用这项技术的成熟产品问世。
第 8期
江本赤 等 :Biblioteka STL 模型简化技术 研究
! 231!
型表面就出现了空洞, 然后扩展空洞周围的 三角形使 其空洞充满 即可, 图 1 ( b ) 所示 的是 简化后 的 STL 模 型。用这个新生 成的 STL 文件进 行后 续的数 据处 理, 可以减少切片时的求交点运算量, 提高切片效率。 一个三角形的最长边和最短边一旦被确定, 其最 大内角的角度值越大, 则该三角形变得越趋近于一条 直线, 因而 对 STL 模型 的 影响 就越 小。与 成 型时 的 阶梯误差的影响相比, 剔除某些形状狭长而且面积很 小的钝角三角形所带来的影响可 以忽略不计。对 STL 模型影响较大的钝角三角形不能被忽略, 故在对模型 进行简化之前, 先需要设定允许的最大钝角 和最短 边与最长边的最小比值 k。设定的 参数 和 k 作 为某 具体的三角形是否可以被剔除的依据。 以图 1( a) 为 例, 设 BDG 中最 短边的 两端 点坐 标分别为 G (G x, Gy , Gz )和 B (B x, By , B z ) 。简化 STL 模 型就是将点 B 的坐标值赋给钝角所在的顶点 G, 也就 是将边 BG 变成一点即 点 B, 钝角三 角形 BDG 和小 三角形 ABG 就被 剔 除 了, DEG 和 AEG 分 别 被 BDE 和 ABE 所 取 代, 这 样一 来, 被 剔 除的 三 角 形所留下 的空 洞得 到 了弥 补, 符 合 STL 文件 所遵 守 的充满规则。 根据 STL 文 件所 包 含信 息的 特 点, 设 计 的数 据 结构如下: stru ct T riang le { float V 1 [ 3] ; float V 2 [ 3] ; float V 3 [ 3] ; }; 用 C++ 语言编程可以实现上述的 STL 简化思想, 图 2所示的就是整个程序的流程。
R esearch on th e Sim p lification of STL M odel
JI ANG Bench, i GUO L i ( Anhu i Nat iona l Defence V ocational Co lle ge , Lu an Anhu i 237011 , Ch in a)
STL 模型简化思想及其实现 三角形面化之后, STL 模型表面的某些 区域会出 现一些狭长的钝角三角形, 它们的面积相对较小, 并 且与相邻 的 两个 三角 形 几乎 在同 一个 平 面内, 如图 1 ( a) 所示。由于这 种钝 角三 角 形对 近似 精度 的 影响 非常小, 甚至可以忽略, 因而可以看作是冗余的三角 形。而任何一 个 三角 形, 无论 其 面 积大 小、 形状 如 何, 它所占用的文件空间大小是一样的。所以冗余钝 角三角形会使模型表面的三角 形数目增加, STL 文件 尺寸增大, 因而造成了文件存储空间和数据处理时间 的 浪费。 有必 要在 保证 精度的 条件 下对 STL 模 型进 行简化。针对这个问题, 作者拟通过剔除某些钝角三 角形的方法达到简化 STL 模型目的。 1
3 液压挖掘机节能技术的发展趋势 3 1 电液比例控制智能化 电液比例技术用于工程机械, 可以省去复杂、庞 大的液压信号传递管路, 用电信号传递液压参数, 不 但能加快系统响应, 而且使整个挖掘机动力系统控制 更方便、灵活。随着计算机技术的发展, 电液比例控 制将进一步 ∀ 智能化 #, 这种智 能化主要 体现在 计算 机能够自动监测液压系统和柴油机的运行参数, 如压 力、柴油机转速等, 并能根据这些参数自动控制整个 挖掘机动力系统, 使其运行在高效节能状态。这将是 节能技术发展的一个趋势。 3 2 泵 - 发动机匹配控制将进一步 ∀ 智能化 # 借助计算机控制技术, 泵与发动机的匹配控制将 进一步 实现 ∀ 智能化 #, 两者 之间 的结 合将 更密 切, 实现一体化控制。在这种控制中, 控制器能根据工作 状况的变化, 自动对液压泵和发动机进行调整, 在保 证输出功 率满 足 工作 需要 的同 时, 使 燃油 消 耗量 最 低。国外一些大的工程机械生产厂商都在积极研制开 发与之相关的软、硬件产品。 3 3 混合动力系统 工程 机械 执 行机 构 下放 时 的 重 力 势 能、制动 时 的惯 性能 都消耗 在液 压系 统主 控阀 的节 流口 上。不 仅造成 了大 量的 能量 图 4 马达回收混合动力系统 浪费, 而 且 还会 引起 系统的发热。在传统的液压系统当中, 储存这部分回 收的 能 量 比 较 困 难, 从 而 限 制 了 该 节 能 方 法 的 实 [ 3- 4] 施 。 2004年 5月, 小松研制出了世界上第一台混 合动力液 压挖 掘 机的 试验 机型。 在混 合动 力 系统 当 中, 由于采用了电池或电容作为储能元件, 使这部分 能量得以回收。其工作原理如图 4 所示, 在主控阀的 回油口处串联一回收马达, 靠控制马达的流量来控制 执行机构的下降速度, 将执行机构释放出来的重力势 能和惯性能回收, 并转化为马达输出的机械能, 机械 能可以通过发电机再转化为电能储存在电池或电容当 中, 当系统需要时, 可以再通过电 动机将电能 转化为 机械能驱动外载。混合动力系统在工程机械上的应用
STL 模型简化的结果讨论 以某零件部分 STL 模型为例, 图 3 是由 Pro /E 中 生成的 原始 的 STL 模型。 可见, 在其 轴线 方 向 有数 个钝角三角形, 它们和其周围的两个三角形同在一个 近似梯形的平面上。完全可以将这个小平面用两个三 角形来表示。为了便于计算, 这里用的最大钝角余弦 值 cos 来衡量三角形的最大内角。图 4和 6分别给出 了当 cos 为不同 取值 时钝 角三 角形 的简 化情 况。可 见, 图 4所示的模型 中有两 个钝 角三角 形被去 掉了, 而图 5所示的模型中去掉了 4个冗余三角形。图 6是 完全简化后的 STL 模型。 2
研究正成为工程机械节能和环保研究的一个热点。
3 4 其他方面 研 发新的 实用化 的节 能 液压 元件 及 系统 , 如 自 由 活塞发 动机、二 次调 节系 统及 相关 的 液压 变压 器 等 。改变 液压油的 物理性 质, 如采 用 黏性 指 数高 的 [ 5] 多 级液压 油 , 也 将是 节能 技术 发展 的 另一 个新 趋 [ 4] 势 。 参考文献:
机床与液压
MACH I NE TOOL & HYDRAULICS
A ug 2009 V ol 37 N o 8
DO I : 10. 3969 / j issn 1001 - 3881 2009 08 075
STL 模型简化技术研究
江本赤, 郭利
(安徽国防科技职业学院, 安徽六安 237011)
摘要 : STL 模型的某些区域存在一些狭长的钝角三角形 , 它们 对模型逼近 误差的影 响非常小 , 在 精度允 许的条 件下可 以将其忽略。通过剔除部分符 合一定条件的 钝角三 角形 , 合理简 化了 STL 模型 , 节省了 文件 存储空 间和 后续 数据处 理时 间。 关键词 : 快速成型 ; STL 模型 ; 三角形面片 中图分类号 : T P391 文献标 识码 : B 文章编号 : 1001- 3881 ( 2009) 8- 230- 2
Abstrac t : T he re are som e long and narrow ob tuse tr iang les ex isting in certa in area of STL m ode,l and they have little i m pact on approach ing erro r o f the m ode , l even can be ignored if accuracy per m its . T hrough eli m inating so m e obtuse tr iang les , STL m odels w ere reasonably si m plified , the ti m e o f subsequent da ta processing and the storage space fo r STL file w ere sav ed. K eyword s : R ap id proto typ ing ; STL m ode ; l T r iang le facet
图 1 模型局部简化示意图
假设某 STL 模型局部如图 1( a) 所示, 其中 和
BDG
ABG 是可以剔除的钝角三 角形, 去 掉它们之后模
收稿日期: 2008- 08- 20 作者简介: 江 本 赤 ( 1979 ), 男, 工 学 硕 士, 教 师, 主 要 研 究 方 向 为 快 速 成 型 技 术、模 具 设 计 与 制 造 技 术。 电 话: 15856404260, E- ma i:l bench i2008@ 163 com。
下 面分 别 取 7 个 不 同的 cos 值 作为 控 制条 件, 来观察钝角三角形的简化情况。由于最短边与最长边 的最小比值 k 如果太大, 会因忽略很多狭长的钝角三 角形而影响简化的效果; k 值 反映了该 钝角三 角形的 狭长程度。如果 k 值太小, 会因剔除掉很多面积较大 的三角形而影响 STL 模型的 精度。综合 上述两 因素, 这里取 k = 2 5作为控制条件。
0 引言 快 速 成 型 技 术 ( R ap id Prototyp ing T echno logy , RP ) 是 20 世纪 80年代末期发展起来的一项先进制造 技术, 是制造技术领域的一项突破性进展。它是根据 零件的 CAD 模型, 采用材 料精确 堆积 的方法 制造 原 型或零件的技术, 是 一种 基于离 散 /堆积成 型原 理的 [ 1] 新型制造方法 。从本质上说, 快速成型是三维制造 过程。因而, 需要由 三维 CAD 模 型切片 求出 每层 的 [ 2] 截面轮廓 。 由于不同的 CAD 造型系 统对 实体的 内部 表达 方 式也不相同, 直 接对原 CAD 实体 模型 进行切 片的 方 法在通用性上存在很大缺陷, 因此 CAD 与 RP 系统间 的数据交换还需要一个适宜的接口文件格式, 目前应 用最多的是基于 STL 模型切片, 我国 RP 系统的 接口 [ 3] 文件均采用 STL 标准 。 STL 文件是后续数据处理的 依据, 其数据 量的大 小直接影响处理速度, 如何减少数据运算量也因此成 [ 4] 为 RP 领域研究 的热点 之一 。事 实上, STL 模 型的 某些区域存在一些狭长的钝角三角形, 它们对模型逼 近误差的 影响 非常 小, 却 直接 导 致 STL 文件 尺寸 增 大, 在精度允许的条件下可以将其剔除。基于以上考 虑, 作者通过剔除符合一定条件的钝角三角形面片信 息, 合理简 化了 STL 模 型, 减 少了 后 续的 数 据处 理 工作量, 提高了切片效率。