复杂表面3D打印数据获取方法

工作站进行dicom 3.0格式图像数据导出，或者烧录光盘以备程序使用。图5是将图1所示的工艺品在表格1参数下，在GE 64排螺旋CT设备上扫描后的部分数据截图。

3 数据模型文件生成

使用dicom 3.0数据进行表面重建，通过Marching Cubes（MC）算法实现[6]。MC算法是将CT切片数据堆积成一个三维空间的数据场，逐个处理数据场中的立方体，找出与等值面相交的立方体，采用线性插值计算出等值面与立方体边的交点。根据立方体每一顶点与等值面的相对位置，将等值面与立方体边上的交点按一定方式连接生成等值面，作为等值面在该立方体内的一个逼近表示。从工程设计和数据处理效率来看，VTK集成的Marching Cubes算法效率较高，可以根据重建效果灵活调整相关参数。它是一个开源的免费软件开发包，借助于自身所支持的CMake跨平台编译器，比较容易地生成支持多种编程语言环境的开发包，目前32位稳定版本为VTK5.8。本文就是在Windows 7 32位中文专业版操作系统下，基于VTK5.8开发包在Visual C++ 6.0环境下編译生成3D打印机使用的STL格式文件。

3.1 定義数据读取

3.4 生成模型文件

利用上述代码，在电脑上配置好VTK5.8所必需的开发环境，将CT机所导出的符合dicom 3.0规范的数据存放在指定磁盘路径上。本文所列的主要代码存放于F盘的SE0目录下，同时设定好输出的stl文件名称，如本文代码设置的文件名为printed3d.stl；然后编译运行上述代码即可完成数据生成。图6是在上述环境下生成的三维数据几个视角截图。在程序设计时，需要多次根据显示效果调整其对应的光滑参数和面显示参数。

4 3D打印机分层软件转化和打印输出

考虑到后期制作的经济性，本文使用PLA材料在makerbot Z18型 3D打印机上完成数据最终的打印工作。首先将数据导入到该打印机所带的分层软件MakerBot Desktop 2.1中，如图7所示，设置好尺寸和填充百分比。本文打印与原品大小一致，填充比率为20%，经过分层转化成该打印机可以直接使用的数据后打印输出。图8是去掉支持材料后的3D打印成品。

5 人工绘制彩色

为了更好地显示效果，需要给打印的成品参照工艺品原件进行人工涂色。由于采用PLA材质，普通水性颜料很难附着上色和长久保存，因此给彩色颜料适当加入粘性液体，使其能快速附着到打印件上。图9是人工上色后的效果图。

6 结语

针对普通光学难以实现表面复杂藏族工艺品数字化模型的问题，从理论上分析了获取数据缺损或失败的原因，提出了以医用CT设备对此类物品进行数字化的策略、方法和原则。以VTK5.8为主要开发包，以Visual C++ 6.0为程序开发语言，实现了利用CT切片进行重构的模型数据，给出主要的程序代码并利用3D打印机进行了验证，最后经过人工着色得到了很好的效果。实验证明本文方法可行。由于从CT数据重建得到的是物品的几何信息，颜色信息完全丢失，因此今后的工作首先应设法获取或生成物品表面彩色纹理信息，然后与CT建模数据进行配准融合，这样可大大减少人工参与量，在全彩色3D打印工程中应用。

参考文献：

[1]张盼盼，蒋正清.基于3D 打印云平台的旅游纪念品开发设计[J].设计，2015（4）：20-21.

[2]王忠宏，李扬帆，张曼茵.中国3D 打印产业的现状及发展思路[J].经济纵横，2013（1）：90-93.

[3]李小丽，马剑雄，李萍，等.3D 打印技术及应用趋势[J].自动化仪表，2014（1）：1-5.

[4]卢秉恒.激光快速原型制造技术的发展与应用[J].航空制造工程，1997（7）：15-18.

[5]于兹喜.医学影像检查技术学[M].北京：人民卫生出版社，2010.

[6]LORENSEN W E，CLINE H E.Marching cubes：a high-resoulution 3D suface construction algorithm[J].Computer Graphics，1987，21（4）：163-169.

[7]张晓东，罗火灵.VTK图形图像开发进阶[M].北京：机械工业出版社，2015.

（责任编辑：杜能钢）

英文摘要Abstract：In order to obtain the digitization of the complex surface about the Tibetan handicrafts，computer tomography （CT）as the device to obtain data which can overcome the disadvantages of digital optical equipment for high spatial resolution currently.Strategy and principle of acquisition about parameters are designed while using Visualization Toolkit 5.8 （VTK5.8）as the underlying program development package，main code in Visual C++ 6 being presented to obtain the surface reconstruction of the data file and use the data to achieve a realistic output of the 3D print，then restored its color surface using the method of manual drawing by being refered to the original item photos in the paper.The correctness and effectiveness of the methods is proved by comparing the original and copy respectively.

英文关键词Key Words：Complex Surface； Tibetan Arts and Crafts； 3D Printing；Data

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