本發(fā)明的第一項技術是一種對自由曲面進行三維建模的先進技術，該技術可以保留邊界以及功能曲線長度,。第二項技術提供了一種有效的幾何造型技術,，其使用分層深度法矢像圖（LDNI）可為3D打印制造提供高分辨率的圖像和幾何建模方法。

背景

可展自由曲面幾何建模技術在設計和制造領域有廣泛的應用,。在制衣或者制鞋行業(yè)中,，二維片原材料如紡織品或者皮革等常常需要經(jīng)過彎曲粘合以制造最終的產(chǎn)品。然而,，如何準確地由設計好的三維實體確定展平后的二維片的形狀卻是一個技術瓶頸,，而現(xiàn)有的商業(yè)化CAD/CAM軟件并沒能提供可展自由曲面造型功能。為了滿足業(yè)界的需要,，中文大學的該研究團隊開發(fā)了一項創(chuàng)新的原型系統(tǒng)將三維網(wǎng)格曲面展平為相應的二維片,，并可保留特征曲線的長度、并且可計算出相應的二維片的準確形狀,。

技術一 – 可展自由曲面的幾何建模技術

該技術是在香港創(chuàng)新科技署（ITC）資助的一個創(chuàng)新科技基金（ITF）項目下開發(fā)的,，其研究成果提供了一種創(chuàng)新的方法以將三維曲面展平為相對應的二維片供制造業(yè)使用。該項目也開發(fā)了一個軟件系統(tǒng)以進行實體的三維幾何造型和建模,，其功能包括:

·基于三維自由網(wǎng)格曲面可展性的曲面形狀優(yōu)化,，

·保持特征曲線的長度的曲面展平，

·可展自由網(wǎng)格曲面的變分細分造型等,。

(a) 潛水服制作過程之造型設計

(b) 定制面膜設計之造型設計

技術二 – 基於高分辨率分層深度法矢圖像的實體3D建模技術開發(fā)

在快速原型制造中,，實體三維幾何模型的創(chuàng)建及切層是獲得3D打印過程中運動控制軌跡的必要步驟。增加切片精度與減少建立分層模型的時間成本之間的權衡是快速成型應用方面的一個關鍵考量,。該研究團隊的第二項技術提供了一種創(chuàng)新的三維建模技術和切片算法,，其可以在短時間內(nèi)生成高分辨率的模型輪廓片與復雜幾何形狀的模型。

(c) 中文大學于快速原型機上測試的研究成果

3D打印的整個過程通常是基于1）幾何模型的創(chuàng)建,，2）模型切割分層,，3）產(chǎn)生激光掃描路徑或材料沉積路徑,，4）逐層掃描或沉積以及5）后處理操作等階段。此項目為幾何模型的創(chuàng)建和切片（即步驟1和2）提供了一種高效高質(zhì)的結(jié)果,。不像傳統(tǒng)的于實體/曲面模型或stl文件上做自適應分層的方法，該發(fā)明的建模技術之獨特創(chuàng)新性之處在于它可以為有復雜拓撲結(jié)構和形狀的實體創(chuàng)造高分辨率的分層深度法矢圖,，該實體模型正是由一系列集分層及有序的點云構成的可直接進行切片的模型,。它將3D打印生產(chǎn)制作過程中的兩步并作一步，并且可以帶來更高的精準度及更短的制造時間,。

應用

有著建立幾何模型和產(chǎn)生輪廓切片的能力,，理論上該技術可以應用在3D打印、及數(shù)控機床加工和動畫渲染處理等領域,。它既可以用作當前商用CAD/CAM軟件系統(tǒng)的獨立插入式模塊,，又可以直接作為一個獨立的系統(tǒng)開發(fā)（需要做數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換），用于產(chǎn)生分層模型,。

(d) LDNI界面原型

第二項技術的CAD/CAM技術原型系統(tǒng)也已經(jīng)搭建好,，并且已經(jīng)于某個商用CAD/CAM軟件上進行了測試。該團隊另一個正在進行的ITF項目是關于骨腫瘤外科定制夾具的軟件設計,。