基于体素法的静态模型设计

杨继全，李 娜，施建平，唐文来，张 钢

(南京师范大学电气与自动化工程学院，江苏 南京 210023)

体素用于三维成像、科学数据与医学影像等领域[1]，以特征节点作为体素，建立材料与节点的对应关系，然后建立实体模型,同时建立几何结构和材料组成模型，适用于内部材料与表面材料不完全相同的对象建模。近年来更新的工艺，为模型的使用提供了可能：多材料的3D打印技术可用于制造可折叠传感器[2]，异质材料的低温集成化制造可以建立模型间的数据接口[3]，使用多个压电喷头就可以开发出光刻3D彩色打印机[4]。

1 特征节点的获取

为准确描述异质零件内的材料分布，需要确定零件的结构特征节点和材料特征节点；为精细描述异质零件内的材料分布，还需要对零件的各特征节点进行适当插值细化[5]。

图1所示的是由锌(Zn)、铝(Al)、铜(Cu)3种金属材料构成的梯度功能材料平面模型特征节点网格划分，以轮廓特征节点构成外框架P1P5P11P10。材料特征节点P2、P3、P4、P6、P7、P8、P9的单种材料体分量均为1，另外两种材料体分量为0，再以这些材料特征节点构成细化特征节点，对模型进行适当细化。为提高材料分布的定义精度，还需对图1 所示的网格进一步细化，细化的原则是各原有节点的材料分布向量(即材料变化曲率)，曲率变化越大，细分点越密集。

图1 异质零件平面模型特征节点网格划分和材料定义网格细化

2 材料特征节点定义

基于图1所示的网格划分和细化后的节点，建立STL模型的均匀点云数据集，构建空间微四面体，形成新型几何模型，依据该零件的物理特性和材料分布特征，对其进行材料设计。……