一種基于nsdtf-dem數據的紙基3d打印方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及數字高程模型(Digital Elevat1n Model，簡稱DEM)實體建模領域，具體涉及一種基于NSDTF-DEM數據的紙基3D打印方法。
【背景技術】
[0002]地理信息數據是用一定的測度方式描述和衡量地理對象的有關矢量化標志，數字高程模型(Digital Elevat1n Model，簡稱DEM)是用一組有序數值陣列形式表示地面高程的實體地面模型，是一種典型的地理信息數據。DEM數據在測繪、水文、氣象、地貌、地質、土壤、工程建設、通訊、軍事等國民經濟和國防建設以及人文和自然科學領域都有著十分重要的作用，在工程建設方面，可用于土方量的計算、通視分析，在防洪減災方面，可用于水文分析，在無線通訊方面，可用于蜂窩電話的基站分析等。目前，地理信息數據多是通過軟件進行模擬觀察，進而解決實際問題，但模擬的三維影像與真實的三維信息仍存在較大的差別，在實際應用中不能向人們傳達確切的三維立體信息，基于地理信息數據的模具制造也頗為困難，因而，地理信息數據的3D打印技術就顯得十分重要和必要。
[0003]NSDTF-DEM是中華人民共和國國家標準地球空間數據交換格式一一格網數據交換格式，但這種格式的DEM文件不能與現有的三維信息處理軟件相兼容。許多學者對NSDTF-DEM數據格式進行了研究，發現該數據用記事本打開是明碼格式，進而提出了方案，可將NSDTF-DEM轉換為三維信息處理軟件識別的格式數據。STUStereo Lithography)是3DSYSTEMS公司制定的一個接口協議，是一種快速原型制造技術服務的三維圖形文件格式，由于其格式簡單、跨平臺性良好等優點，被廣泛研究和應用，已經成為行業內默認的快速原型標準接口文件。要想實現NSDTF-DEM數據的3D打印，最有效的途徑是將其轉換為STL文件，但目前并沒有直接的轉換軟件問世，因此，需要找到最合適的中間轉換軟件，不僅要實現NSDTF-DEM數據向STL格式的正確轉換，還要保證盡可能小的數據丟失。
[0004]3D打印是近年來的研究熱點，市面上的3D打印機層出不窮，3D打印材料也多種多樣。Matrix 300 3D打印機是一種以紙張為成型材料的3D打印機，通過對二維分層切面進行切割來實現3D模型每個二維切層的“打印”。紙張是一種價格相對較低的材料，質量輕，顯色性好，且可以回收再利用，符合綠色可持續發展的要求。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服現有技術存在的上述不足，提供一種基于NSDTF-DEM數據的紙基3D打印方法。
[0006]本發明的目的通過如下技術方案實現。
[0007]一種基于NSDTF-DEM數據的紙基3D打印方法，首先需要對NSDTF-DEM數據進行格式轉換得到Arc I nfo ASCI I Gr i d格式的DEM數據，該方法包括DEM數據的表面建模、DEM數據的三維建模和DEM三維模型的3D打印。
[0008]進一步地，所述的DEM數據的表面建模是:首先根據柵格計算工具將轉換得到的Arclnfo ASCII Grid格式的DEM數據中被放大的高程值還原為實際大小，還原后的數據以ASC格式存儲，然后利用規則格網數據生成三角網格曲面算法對ASC格式的DEM數據進行表面建模，得到DEM數據的三維表面模型，然后將生成的所述三維表面模型以STL格式存儲，以備DEM數據的三維建模使用。
[0009]進一步地，所述的DEM數據的三維建模，是在保證DEM數據的三維表面不發生改變的條件下，首先將三維表面沿高程方向的進行微小偏移(可以設定，如1mm)，使三維表面變成一個具有微小厚度的三維表面，然后通過拉伸使所述具有微小厚度的三維表面獲得一定的高度(可以設定，如500mm)，成為一個三維立體，所述三維立體的上表面是凸起來的所述DEM數據的三維表面，所述三維立體的下表面是凹進去的DEM數據的三維表面，最后通過切割切掉下表面凹進去的DEM數據的三維表面，使所述三維立體獲得光滑的下表面，最終得到DEM數據的三維模型，所述的DEM三維模型作為3D打印的源文件，所述三維模型的上表面為DEM數據的三維表面，前、后、左、右和下表面均為光滑表面，對三維表面起支撐作用。
[0010]進一步地，所述的DEM三維模型的3D打印是采用紙基3D打印的方式進行所述DEM數據三維模型的輸出，對所述DEM的三維模型進行等層厚的分層設置，利用彩色噴墨打印機進行二維分層的雙面彩色打印，利用紙基3D打印機對二維彩頁進行二維輪廓的切割和三維模型構建，3D打印完成后，剝除多余部分的紙張，并對三維模型表面進行水性膠水的涂布，以獲得最終的DEM數據的3D打印模型。
[0011 ] 本發明獲得的3D打印模型，是通過上述DEM數據表面建模、DEM數據三維建模和DEM三維模型3D打印的技術方案中所述的方法制造得到的3D打印模型。
[0012]本發明一種基于NSDTF-DEM數據的紙基3D打印方法，其中所述DEM數據的轉換，是根據NSDTF-DEM格式和Arclnfo ASCII Grid格式的DEM數據在數據結構上的特點，對所述NSDTF-DEM數據的文件頭和后綴進行改寫，將其轉換為Arclnfo ASCII Grid格式的DEM數據。
[0013]本發明一種基于NSDTF-DEM數據的紙基3D打印方法，其中所述DEM數據的表面建模是利用柵格計算工具還原DEM數據中被放大的高程值，利用規則格網數據生成三角網格曲面算法進行DEM數據的表面建模。柵格計算是利用ARCGIS軟件中的柵格計算器工具來完成，ARCGIS是ESRI公司集40余年地理信息系統咨詢和研發經驗開發的一套完整的GIS平臺產品，具有強大的地圖制作、空間數據管理、空間分析、空間信息整合、發布與共享能力，在NSDTF-DEM數據與柵格數據之間的轉換以及NSDTF-DEM高程數據的還原中，能避免數據精度的損失，還原后的DEM數據保存為ASC格式；規則格網數據生成三角網格曲面算法是利用AccuTrans3D軟件的3D轉換模塊來實現，AccuTrans3D是Windows下的3D模型轉換包，一個輕量級的工具，可以快速讀寫當下流行的建模文件格式，將其轉換為三角網格模型，并存儲為STL格式，轉換過程快速穩定、精度損失小，且不會出現Global Mapper等軟件在導出STL文件時出錯、文件無效或文件的字節數劇增等不利情況。
[0014]本發明一種基于NSDTF-DEM數據的紙基3D打印方法，其中所述DEM數據的三維建模是在已有的三維表面基礎上，為三維表面構建規則形狀的立體支撐，因為DEM數據的三維表面是非閉合的模型，不能用于3D打印，該原理通過Material ise Magics軟件來實現。Materialise Magics為使用STL文件的用戶提供了理想、完美的軟件解決方案，具有先進的、高度自動化的STL操作功能。首先將三維表面沿高程方向進行微小偏移，使三維表面具有一個微小的厚度，然后通過拉伸使三維表面獲得一定的高度，成為一個三維立體，所述三維立體的上表面是凸起來的所述DEM數據的三維表面，所述三維立體的下表面是凹進去的DEM數據的三維表面，最后通過切割切掉下表面凹進去的DEM數據的三維表面，使所述三維立體獲得光滑的下表面。最終得到DEM數據的三維模型，所述三維模型的上表面為DEM數據的三維表面，前、后、左、右和下表面均為光滑表面，對三維表面起支撐作用。
[0015]本發明與現有技術相比，具有如下優點和技術效果:1)實現NSDTF-DEM數據的3D打印；2)該方法將NSDTF-DEM數據構建為STL格式的三維模型，建模過程快速穩定、轉換精度高；3)使用的成型材料為辦公A4紙，無需任何加工或預處理，使用的膠水味水性膠黏劑，不會揮發有害氣體，且利于回收再利用;4)采用“減法”的3D打印過程，保證了 3D打印每層厚度均勻，且不需要其他支撐材料，節省打印時間；5)所獲得的3D打印模型質量堅固、細節完整，能夠完整呈現諸如山峰、山谷、河流等精細地形。
【附圖說明】
[0016]圖