CN107209791A - 生成用于产生三维物体的配置数据 - Google Patents
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Abstract
在此描述的某些实施例涉及一种被设置为产生三维物体的设备。这些实施例使得此类设备的颜色和材料属性能够被特征化。这是通过生成用于该设备的配置数据实现的，该配置数据将至少一个颜色属性映射到一个或多个材料体积覆盖矢量值。这允许设备采用适当数量的材料来产生接收到的用于三维物体的物体数据中定义的颜色。
Description
背景技术
作为产生三维物体的可能便利的途径，已提出了通常被称为“3D打印机”的三维物体生成设备。典型地，这些设备以物体模型的形式接收三维物体的定义。处理此物体模型以指示设备利用一个或多个材料组分产生该物体。这可逐层地进行。存在许多不同类型的此种设备。物体模型的处理可随着设备的类型和/或正实施的产生技术而变化。
附图说明
通过以下结合附图的详细说明，本公开的各种特征将清楚易懂，该附图共同仅以示例形式例示了本公开的特征，附图中：
图1是示出了根据实施例的一种生成用于三维打印设备的配置数据的方法的流程图；
图2是根据实施例的一种三维测试物体的示意图；
图3A是示出了根据实施例的一种基于体积覆盖斜坡数据生成配置数据的方法的流程图；
图3B是示出了根据实施例的一种基于材料组分数量生成配置数据的方法的流程图；
图4是根据实施例的一种在至少两个维度中具有变量的三维测试物体的示意图；
图5是根据实施例的一种用于确定厚度的三维测试物体的示意图；
图6是根据实施例的一种被设置为产生三维物体的设备的示意图；
图7是示出了根据实施例的斜坡数据的基本原理的图表；以及
图8是示出了根据实施例、色差如何随厚度变化的图表
具体实施方式
在此描述的特定实施例涉及被设置为产生三维物体的设备。这些实施例使得能够特征化此类设备的颜色属性和材料属性。这是通过生成用于该设备的配置数据而实现的，配置数据将至少一个颜色属性映射到一个或多个材料体积覆盖矢量值。在某些情况下，配置数据进一步地和/或可替换地映射物体属性而不是颜色属性；例如，不映射颜色属性，或者除了颜色属性之外、还映射物体属性。这允许设备使用适当数量的材料产生三维物体的物体属性，比如接收到的物体数据中定义的颜色。生成的配置数据还可用于特征化生产线，该生产线可用于从三维物体的定义(例如，物体模型)移动至制得的物体版本。这是在不知道设备所使用的材料的情况下执行的。例如，不需要做出与材料和/或设备的操作相关的假设，因为特征化是通过产生测试物体部分并且测量这些部分的属性而实现的。在此描述的某些实施例允许通过设备沉积适当数量的材料以实现一个或多个期望的物体属性。
通过利用在此描述的某些实施例教导的方案，对与设备可用的多个材料相关的先验信息的需求降到最低。此外，可避免和/或减少关于颜色和材料属性的复杂假设，这可避免在将物体数据映射到用于供设备产生物体的控制数据的过程中出现中断或其他问题。
图1示出了根据实施例的一种生成用于三维打印设备的配置数据的方法。设备可包括被设置以产生三维物体的任意设备。设备被设置为利用材料的集合产生此类三维物体。这些“材料”尤其可包括不同流体材料、不同试剂、不同粘合剂、不同基板材料(例如，充当构造材料基底的材料)、不同物体属性改性剂以及不同墨水的任意组合。
在一种实施方式中，该设备可被设置为利用不同试剂，试剂以至少一个聚结试剂和至少一个聚结改性试剂的形式存在。使用这些试剂使得三维物体具有可变的材料属性。其可与一个或多个构造材料结合以生成具有可变的材料属性的多色物体。例如，可对单一的粉末状构造材料应用多色试剂以生成不同颜色的固化部分。这些物体可通过在构造材料的层(例如，形成Z平面切片的层)上至少沉积聚结试剂和/或聚结改性试剂而构建。聚结改性试剂可用于修改构造材料的一部分的固化，从而例如防止热渗漏，或者可用于修改聚结度。在其他实施方式中，设备尤其可包括选择性激光烧结系统、立体光刻系统、喷墨系统、熔融沉积建模系统、任意三维打印系统、喷墨沉积系统以及层压物体制造系统中的一部分。这包括直接沉积可使用的流体材料、而不是所描述的那些采用各种试剂的设备。
转到图1，在步骤块110中：获取覆盖数据，覆盖数据指示设备可用的材料集合的材料体积覆盖矢量值的范围。在此实施例中，材料体积覆盖矢量表示：至少用于将被产生的三维物体的可寻址体积的材料集合的每个组合的比例。这些材料可包括试剂、墨水和粉末状构造材料中至少一个的组合。在一种情况下，材料可与试剂、墨水和粉末状构造材料之一相关，和/或，可与这些材料的子集合相关。由此，材料体积覆盖矢量代表可用材料的概率分布，其包括那些材料的组合并且包括那些材料的缺失(“留空(blank)”组合)。材料体积覆盖矢量可具有多个值，其中每个值定义三维物体的层的可寻址体积中一个或多个材料(“材料基元(material primary)”或MP)的每个组合的比例。例如，在具有两个可用材料M1和M2(每种材料可独立地沉积在三维物体的层的可寻址体积中)的设备中，给定材料体积覆盖矢量中可存在22(即，4)种比例：用于M1的第一比例，无M2；用于M2的第二比例，无M1；用于过沉积的M1和M2的第三比例，例如，M2沉积得比M1多，或反之亦然；第四比例，M1和M2均缺失。在此情况下，材料体积覆盖矢量可为[M1，M2，M1M2，Z]，或者具有示例性数值[0.2，0.2，0.5，0.1]，即，在Z切片中的给定位置[x，y]处：具有20％的M1、无M2；具有20％的M2、无M1；具有50％的M1和M2并且10％留空。在此情况下，“留空”可表示处理过的层中不存在材料，例如，如果将试剂沉积在构造材料的层上，则这可能表示处理过的层中不存在构造材料，即使该构造材料直到物体产生完成时才被移除。由于每个数值为比例并且数值集合表示可用材料的组合，每个矢量中的数值集合之和为1(对于0-1的范围)或100％(对于百分比范围)。
更一般而言，对于具有k个可用材料以及用于所述材料的L个离散沉积状态的设备，材料体积覆盖矢量包括Lk个矢量分量，每个矢量分量表示可用材料/沉积状态的组合，包括任意材料的单独使用、组合使用以及材料的缺乏。或者换言之，材料体积覆盖矢量的矢量分量表示设备可用的所有材料及其组合，其为该设备可用的可能的构造材料或沉积状态的列举。这些状态为在此讨论的“材料基元”。对此，材料体积覆盖矢量具有代表这些状态的维度，并且包含与每种状态相关联的体积覆盖(例如，概率)。或者换言之，材料体积覆盖矢量(MVoc)包括材料基元的权重组合或概率。材料可包括，例如，不同构造材料、不同基板、不同试剂、不同粘合剂、不同材料属性改性剂、不同构造粉末、不同试剂、不同环氧树脂以及不同墨水的任意组合。在一种情况下，基于实施方式，“可用材料”可为材料的选定子集合，例如，可包括可针对具体产生工艺而激活或沉积的材料。
将此方法与具有代表可用材料的k个矢量分量、但不包括组合、留空状态或不同沉积状态的可比较方法进行比较。可以看出，当可在多个产生构造状态下使用多个材料时，本实施例和该可比较方法迅速偏离；材料体积覆盖空间远大于可比较实施例中的材料呈现空间。其他区别在于，与该可比较方法相比，该材料体积覆盖矢量可包含设备可用的任意材料，例如，这不必限于可用的彩色构造材料。
在步骤块120中，该设备用于产生三维测试物体部分的集合。这些可包括普通三维物体的部分和/或单独的三维物体的部分。在一种情况下，单独的三维物体的数量可取决于测试部分的数量，例如，每个物体可因空间约束而限于X个部分。在任何情况下，基于前述材料体积覆盖矢量值的范围内的不同的材料体积覆盖矢量值、产生每个测试物体部分。在一种情况下，材料体积覆盖矢量值的范围至少可包括上述可用材料基元的范围，即，可用材料过沉积状态的范围，其包括一个或多个材料的沉积。在一种情况下，步骤块120可包括：半色调化该材料体积覆盖矢量值，以生成控制数据，从而用于指示一个或多个材料的沉积；例如，用于生成数据以指示一个或多个材料的一个或多个沉积状态。此控制数据可为离散的，例如，可表示每个可寻址位置处的可用沉积状态，比如每个可打印体素处。步骤块120还可包括：将物体数据分裂为多个切片，例如，Z平面切片；因此，体积覆盖涉及该Z平面切片的表面部分。
在步骤块130中，获取测量数据，测量数据指示每个部分的至少一个属性。在一种情况下，可采用诸如分光光度计的颜色测量装置来提供每个测试部分的反射和/或透射属性的量化测量，其为波长的函数。在另一种情况下，可采用三色刺激值色度计，从而以一个或多个色度值的形式提供测量值，例如，基于国际照明委员会(CIE)1931XYZ颜色空间，其中三个变量(X、Y和Z，或三色刺激值)用于对颜色建模；或者，基于CIE 1976(L*、a*、b*-CIELAB或LAB)颜色空间，其中三个变量表示亮度(“L”)和相对色维度(“a”和“b”)。此测量数据可通过集成在设备中的颜色测量装置获得，或者通过单独的颜色测量装置获得；例如，在后一种情况下，可从除该设备之外的装置和/或从计算机可读存储介质获得或取回测量数据。在其他情况下，测量数据可涉及比如弹性、刚度、硬度、导电率等的物体属性。
在某些情况下，测量数据可被处理以确定颜色属性的值。例如，如果颜色属性是色度值，比如XYZ值，则分光光度计的输出可被处理以将测量数据从光谱(例如，不同采样波长下反射测量值的阵列)转换为三色刺激值。类似地，如果颜色属性为RGB值，则可对色度值进行额外处理以输出RGB值。
在步骤块140中，覆盖数据和测量数据被处理以生成用于该设备的配置数据150。此处理包括：生成从该至少一个属性的值到材料体积覆盖矢量值的映射。此映射被存储为该配置数据。然后，该设备可使用该配置数据将接收到的物体数据映射到材料体积覆盖矢量上，从而用于产生三维物体。由此，该配置数据还表示该设备的至少颜色和/或材料属性的特征化。该配置数据可被称为色彩分离和/或材料分离。
图2示出了根据实施例的一种三维测试物体200。在此实施例中，存在六个测试物体部分210A-F。在图2的实施例中，每个三维测试物体部分包括至少一个多面体，其对半球进行量化。在图2的实施例中，每个多面体为梯形棱柱；然而，也可采用其他三维形状，包括二十面体及其翻倍(例如，具有20、80和320个表面的形状，取决于所应用的量化水平)。每个多面体具有多个带有预定角度的表面。在简单情况下，可提供两个角度(例如，0°和90°)。在另一情况下，可提供四个角度，并且该角度与颜色测试相关，例如，0°、30°、60°和90°。在更复杂的情况下，可采用测地网格来提供近似各向同性的多面体测试部分，并且可容易地通过改变表面的数量和/或角度的数量而增加或降低分辨率。
当采用类似于图2所示的三维测试物体时，图1中方法100的步骤块130可适于获取包括多个角度测量值的测量数据。例如，颜色属性值，比如可测量每个测试部分的每个表面的光谱或色比值。然后，可记录每个表面的预定角度以及关于该表面获取的颜色属性值。在一种情况下，可使用角分光光度计(goniospectrophotometer)、远距分光辐射度计(telespectroradiometer)和分光光度计中的一个对每个测试部分进行测量(例如，采用旋转或移动该测量装置的机制)，其中该角分光光度计被设置为测量角度光谱反射率和色度中的一个或多个，该远距分光辐射度计在受控条件下对固定的角度集合进行目标采样。在此实施例中，可采用半球或者对半球进行量化，因为其允许测量物体和观测者的多个角度。在某些情况下，可关于常数法向矢量定义角度数据，常数法向矢量例如为平行于或垂直于Z平面的矢量。在某些情况下，测量装置可相对于制得的三维物体移动，从而捕捉角度和颜色数据。
在一种情况下，材料体积覆盖矢量的每个矢量分量可具有相关联的测试物体部分。其可被设置在例如一个或多个测试物体的Z平面上，形成测试物体部分的一个或多个图表。在一种情况下，可基于对应于适当矢量分量的材料体积覆盖矢量、产生每个测试部分。在此情况下，给定测试物体部分上的任意[x,y,z]位置被配置为具有相同的材料体积覆盖矢量值。如上所述，这些矢量值可被半色调化，从而生成控制数据，以供设备用于产生每个测试物体部分。
在某些情况下，为了减小任意测试物体的尺寸，测试物体部分可被分裂为多个切片(例如，等同于球面楔)，其中每个切片与不同的材料组分状态相关联。例如，量化的半球的单像素宽度切片可表示切片数量的上限。实际上，可采用等同于量化的半球的二分之一、三分之一、四分之一或八分之一的切片(例如，俯视时看到的扇形部分)来提供鲁棒性测量；切片的宽度通常取决于颜色测量采取的精度和鲁棒性。举例来说，对于可用的材料组分的四色集合(例如，具有青色、品红色、黄色和黑色的构造材料)，可采用两个量化的半球(例如，80面体)作为测试物体部分，其中每个量化的半球被划分为四个象限或者四分楔。此实施例中的每个象限涉及以下材料体积覆盖矢量中的一个：青色、品红色、黄色、黑色、红色(品红色和黄色的过沉积或组合)、绿色(青色和黄色的过沉积或组合)、蓝色(品红色和青色的过沉积或组合)以及合成黑色(青色、品红色和黄色组合的结果)。不必将“留空”状态明确地特征化。
图3A和3B示出了在特征化上述设备时采用的两种额外的方法。这些方法可在图1的方法100之前执行，从而确定该设备的适当的体积覆盖和材料使用/数量范围。
图3A的方法提供一种用于该设备的体积覆盖范围特征化。该方法起始于步骤块305：获得物体属性数据。此物体属性数据指示将被产生的三维物体的期望的物体属性值的范围。例如，其可包括一个或多个期望的物体刚度和弹性的数值或数值范围。
可对材料体积覆盖矢量的每个矢量分量(例如，设备可用的每个材料基元或组合)应用以下步骤块310-330。在步骤块310中，获得斜坡数据，斜坡数据指示给定矢量分量的增加的体积覆盖值。此斜坡数据可由初始预定最小体积覆盖值和初始预定最大体积覆盖值计算得到。例如，如果初始预定最小体积覆盖值为15％(例如，最终生成的物体的单位体积的15％包括该矢量分量的材料)，并且初始预定最大体积覆盖值为65％(例如，最终生成的物体的单位体积的65％包括该矢量分量的材料)，则可利用阶梯函数计算斜坡数据，并且使用增加的5％的体积覆盖作为阶数。在其他情况下，可计算连续跃迁。在步骤块315中，对斜坡数据应用半色调化，以生成控制数据，从而用于生成具有代表增加的体积覆盖值的维度的至少一个三维测试物体。例如，如果定义了三维物体的一个或多个Z切片的斜坡数据，则可对每个Z切片应用阈值矩阵，这是半色调化操作的一部分。如果设备采用喷墨机制来沉积液体或熔融材料，则半色调化操作会生成离散输出状态数据，其可用于控制材料的离散沉积及其组合,例如，一个或多个材料的液滴。一个或多个Z切片包括以此方式被半色调化的斜坡数据，其可被称为“斑块”。在一种情况下，三维阈值矩阵可用于在一次操作中执行三个维度上的半色调化处理。
在步骤块320中，采用该设备、根据步骤块315输出的控制数据、产生三维测试物体，例如上述“斑块”。在步骤块325中，获得所述三维测试物体的至少一个维度上的一个或多个物体属性的测量数据。例如，可采用机械测量设备测量“斑块”的刚度和/或弹性。可沿制得的测试物体的维度的长度进行多次测量，其呈现出变化的体积覆盖。例如，可对上述每个“阶梯”进行测量。
随后在步骤块325中，对获得的测量数据连同斜坡数据一起进行处理，以生成配置数据350，其指示给定适量矢量分量的体积覆盖值的范围，其呈现了步骤块305中获得的期望的物体属性值的范围。例如，可在步骤块305中获得期望的最小刚度值。然后，可分析在步骤块325中获得测量数据，以确定沿该至少一个维度的、满足此最小刚度值的位置。然后，可将这些位置映射到斜坡数据中的体积覆盖值上，从而确定满足期望的最小刚度值的最小和/或最大体积覆盖值。在一种情况下，可设定容差范围以及期望的物体属性值。在一种情况下，确定满足多个物体属性标准的最小和最大体积覆盖值，例如，满足弹性和刚度标准。在另一种情况下，可确定每个单独的、期望的物体属性的最小和最大体积覆盖值。在此情况下，可分别使用这些体积覆盖值和/或将其组合，以生成平均值供使用。在任何情况下，所定义的体积覆盖范围作为配置数据的一部分而用于特征化该设备。
图3B的方法提供设备的材料使用或数量范围特征化。该方法类似于图3A中的方法。图3B的方法可独立于图3A的方法使用，或者可在图3A的方法之后使用。类似于图3A的步骤块305，图3B的方法起始于步骤块355：获得物体属性数据。如果图3B的方法在图3A的方法之后执行，则此步骤块可省略并且可采用来自步骤块305的数据。同样地，其可包括一个或多个期望的物体刚度和弹性的数值或数值范围。
可对设备可用的每个材料基元(例如，每个矢量分量)应用以下步骤块360-375。如果图3B的方法在图3A的方法之后执行，则也可在图3A的方法生成的体积覆盖值范围内应用步骤块360-375。
在步骤块360中，生成用于设备的控制数据，该控制数据指示材料体积覆盖矢量值的范围。这可包括计算斜坡数据，斜坡数据代表材料使用的增加：从单个材料到多个组合的或过沉积的材料。
图7中示出了此斜坡数据的示例性基本原理。图7示出了点710、720、730和740，其分别指示不同的材料体积覆盖矢量。在此实施例中，存在可用的四个材料组合。这些组合是基于品红色构造材料(“M”)、黄色构造材料(“Y”)以及构造材料留空(例如，留空“B”)。例如，可用的材料组合，即，材料体积覆盖矢量的分量为：[M，Y，MY，B]。点710指示具有值[M＝0.125，Y＝0.125，MY＝0，B＝0.75]的材料体积覆盖矢量；点720指示具有值[M＝0，Y＝0，MY＝0.25，B＝0.75]的材料体积覆盖矢量；点730指示具有值[M＝0.25，Y＝0.25，MY＝0，B＝0.5]的材料体积覆盖矢量；点740指示具有值[M＝0，Y＝0，MY＝0.5，B＝0.5]的材料体积覆盖矢量。在Y轴上标绘“材料使用”，而在X轴上标绘“体积覆盖”。然后，可在这些点之间生成斜坡数据，以将单独采用M和Y的情况与采用MY组合的情况进行比较。例如，轨迹715上的点710与720之间的变化或者轨迹735上的点730与740之间的变化是保持体积覆盖不变、但材料使用改变(从25％的MY变为12.5％的M和12.5％的Y，或者从50％的MY变为25％的M和25％的Y)。点720与730之间的变化是保持材料使用不变、但体积覆盖改变(从25％的MY变为25％的M和25％的Y)。最后，点720与740之间或者点710与730之间，对于单独使用各个材料(从12.5％的M和12.5％的Y变为25％的M和25％的Y)或其组合(从25％的MY变为50％的MY)，材料使用和体积覆盖均发生变化。举例来说，基于轨迹715和745的斜坡数据在测试物体或斑块中显眼地呈现为物体(轨迹745)顶部上16个阶梯(2X 8个码块)中从25％的MY(75％留空)到50％的MY(50％留空)的离散跃迁，或者显眼地呈现为物体(轨迹715)顶部上16个阶梯(2X8个码块)中从25％的MY(75％留空)到12.5％的M和12.5％的Y(75％留空)的离散跃迁。
此斜坡数据可包括一连串的不同码块。步骤块360可包括：如先前所述地半色调化该斜坡数据，以生成控制数据。在步骤块365中，采用该设备、基于所述控制数据产生至少一个三维测试物体。在此实施例中，该至少一个三位测试物体具有至少一个代表材料体积覆盖矢量值的范围的维度。
图3B的方法中的步骤块370和375类似于图3A中的步骤块325和330。在步骤块370中，获得所述三维测试物体的至少一个维度上的一个或多个物体属性的测量数据；并且在步骤块375中，生成配置数据350，其指示呈现了期望的物体属性值的范围的、材料体积覆盖矢量值的范围。图3B中方法的输出包括呈现了期望的物体属性值的、最小和/或最大材料使用值。
图4例示了可用于将图3A和3B的方法组合为一个过程的测试物体。在此情况下，基于材料体积覆盖矢量的一个或多个矢量分量的、变化的体积覆盖和变化的使用值的矩阵，产生一个或多个测试物体，其中所述值在该矩阵的两个维度上发生变化。如上所述，可对该矩阵半色调化以生成指示所述矩阵的控制数据。基于所述控制数据产生至少一个三维测试物体，其中该至少一个三维测试物体的两个维度代表该矩阵的两个维度。这如图4中测试物体400所示。在此情况下，体积覆盖随着X维度410而变化，材料数量或使用随着Y维度420而变化。在此情况下，获得所述三维测试物体的至少两个维度上的一个或多个物体属性的测量数据，并且基于该矩阵和所述测量数据生成配置数据。这种情形下的配置数据指示呈现了期望的物体属性值的范围的、体积覆盖和材料数量或使用值的各自的范围。
图5示出了至少一个测试物体部分500的示意性配置，其可用于特征化底纹(underprint)，例如，当某些材料组分在测试物体的表面下方沉积为一层或多层时，该测试物体的表面如何显现。图5示出了测试物体部分500的侧视图，例如，截面(例如，垂直方向为Z轴，水平方向为X和Y轴之一)。
在图5中，测试物体部分500具有表面层510。其可为该三维物体的给定切片，比如给定的、高度为一个体素的Z平面。这可由代表材料体积覆盖矢量的其中一个矢量分量的材料形成。在第一栏520中，存在三个第二材料基元层，第二材料基元不同于表面层510所用的材料基元。在第二栏530中，存在两个连续的表面层材料基元层以及两个第二材料基元层。在第三栏540中，存在三个连续的表面层材料基元层以及一个第二材料基元层。最后，在第四栏中，存在四个连续的表面层材料基元层。
通过获得厚度范围数据生成图5中的测试物体部分510，该厚度范围数据指示给定矢量分量(即，材料基元)的厚度的范围。例如，在图5中，表面层的厚度范围为从520栏的一个体素到550栏的四个体素。可以用标准长度测量单位测量该厚度，例如，毫米或厘米；和/或，也可以用层数或Z平面的数量进行测量。图5的实施例测量层数作为厚度，其中每层为一个体素深度；在其他实施例中，各层的厚度可为不同数量的体素。然后，该厚度范围数据可用于生成控制数据，例如，通过半色调化该厚度范围数据。然后，用代表厚度范围的至少一个维度来产生测试物体部分510，例如，在图5中，其为X/Y或水平维度。
图5所示测试物体部分可用于确定使期望的颜色足够清晰而不会受其下方层影响所需的层数。以与步骤块130类似的方式，可获得测量数据，该测量数据指示在具有变化的底层厚度的至少一个维度上测得的至少一个颜色属性的值。如前文所述，可使用分光光度计或色度计测量测试物体的表面，从而获得该测量数据。然后，可处理此测量数据并且处理厚度范围数据，以生成指示厚度的配置数据，其呈现期望的颜色属性值。例如，测得的颜色属性可在X/Y维度上(例如，在测试物体部分510的表面上)发生变化。当颜色属性的导数低于给定阈值时，例如超出了使颜色属性不会再发生明显变化的、重复的底层的特定数量时，可选择最小厚度，例如，表面材料基元的最小厚度。例如，在540栏与550栏之间测得的色差可能较小，但在540栏与530栏之间测得的色差较大；在此情况下，最小厚度可被配置为三层，例如，Z方向上的三个体素。
图8示出了三色构造材料(即，三种材料基元)的示例性图表：黑色构造材料810；绿色构造材料820；以及黄色构造材料830。图表示出了该图表Y轴上的色差(在此情况下为常数表面材料体积覆盖矢量下测得的CIE dE2000标准值)如何随通过X轴上Z层的数量(例如，每层为一个体素深度)测得的厚度发生变化。如果选择0.5或更低的色差作为可配置阈值，则该图表显示可满足此阈值的厚度近似为：三个黑色构造材料层、四个黑色构造材料层和五个黑色构造材料层的厚度。
在某些情况下，第二材料基元可包括填充材料或被配置为填充三维物体内部的材料的组合。可针对每个材料基元生成并测量比如510的测试物体部分。在某些情况下，还可针对图3A中方法输出的、作为配置数据的、最小和最大体积覆盖值生成并测量比如510的测试物体部分，例如，每个矢量分量/材料基元可具有两个相应的测试部分。
在一个实施例中，可在图1的颜色和材料特征化方法之前、按顺序执行体积覆盖特征化、材料使用或数量特征化以及底纹特征化。在此情况下，图1中方法100的步骤块110中获得的覆盖数据可包括材料体积覆盖矢量，该矢量的值落入由图3A和/或3B的方法输出的范围内。在图1的步骤块120中产生的三维测试物体部分还可被配置为使其厚度大于如图5所示处理测试物体部分时输出的最小厚度。如参照图4所述，在某些情况下，来自每个不同特征化过程的测试物体部分可在一个或多个测试物体上结合；例如，测试物体可具有用于一个或多个特征化过程中每个特征化过程的部分。
在一个实施例中，由上述任一实施例生成的配置数据用于校准该设备从而产生三维物体。此类三维物体的产生可包括：获得指示将被生成的三维物体的物体数据，该物体数据包括指示该物体的一个或多个颜色属性值的数据；基于该配置数据，将该物体的一个或多个颜色属性值映射到一个或多个相应的材料体积覆盖矢量值；半色调化该一个或多个相应的材料体积覆盖矢量值，以生成用于产生该三维物体的控制数据；以及利用该设备、基于该控制数据产生该三维物体。
在某些情况下，该配置数据提供从与将被产生的物体相关联的色度数据(例如，XYZ或LAB数据，或者在其他情况下为RGB数据)到材料体积覆盖矢量值的映射。如果测得角度信息，例如，参照图2所述，则该映射可针对角度集合进行。可在测得的角度之间和/或在图1步骤块140中生成的节点映射之间使用插值。在某些情况下，可计算一个或多个表面的表面法线并且将该角度插值到可用的色度-覆盖矢量映射之中，从而对该物体数据中定义的连续色调、矢量三维物体进行处理。在此情况下，确定具体设备的角度、颜色和材料体积覆盖之间的关系，并且将其编码为配置数据以供该设备使用。
图6示出了被设置为生成三维物体690的设备600的实施例。设备600包括：数据接口610，被设置为接收用于三维物体的物体数据620；控制器630，可通信地连接至数据接口610；以及存储器640，被设置为存储配置数据645。在当前实施例中，物体数据620包括：模型数据625，例如，三维物体的矢量表示；以及属性数据635，属性数据635指定用于三维物体的颜色和/或物体属性数据。在某些情况下，模型数据625和属性数据635可结合。配置数据645提供从物体数据620到用于产生三维物体的控制数据的映射。
在图6中，控制器630还可以可通信地连接至设备的被设置为构造该三维物体的其他方面。这些方面包括构造机制650和供应机制660、665。在图6的示范性实施例中，供应机制660、665包括两个组件：第一组件660，用于供应第一材料(例如，如上所述的构造材料M1)；以及第二组件665，用于供应第二材料(例如，如上所述的构造材料M2)。此实施例中示出了两个材料以简化说明，但可供应任意数量的材料。构造机制650被设置为沉积一个或多个材料的组合(这些组合为材料基元或矢量分量)以产生三维物体690。在图6的实施例中，三维物体690是在压盘670上逐层构造的。图6中所示各方面和组件的布置并非限制性的；每个设备的精确布置将随所实施的产生技术以及设备的模型而变化。
在图6的实施例中，控制器被设置为将配置数据645应用到由数据接口610接收的物体数据620上，以生成用于利用构造机制650产生三维物体690的控制数据。在图6的实施例中，该设备还包括测量装置680，其被设置为测量制得的三维物体690的至少一个颜色。在其他实施例中，测量装置680可独立于设备600。在操作过程中，控制器630被配置为实施特征化例程。由此，控制器630被配置为：指示产生三维测试物体部分的集合，其中基于包括相应的材料体积覆盖矢量的集合的控制数据而指示每个部分；从测量装置680接收测量数据以用于所述三维测试物体部分；以及基于接收到的测量数据，更新存储器中的配置数据。由此，特征化例程可包括将由终端用户实施的校准例程。
测量装置680可包括以下中的一个或多个：分光光度计、色度计、角分光光度计以及远距分光辐射度计。在一种情况下，控制器630被配置为由该物体数据确定角度数据和颜色数据，并且将该配置数据应用到所述角度数据和颜色数据从而生成控制数据。在此情况下，每个三维测试物体部分可包括至少一个多面体，其是对半球的量化，每个多面体具有带预定角度的面，并且测量装置被设置为测量所述多面体的角度光谱反射率。在一种情况下，控制器630被配置为指示产生三维测试物体部分的集合，包括：基于体积覆盖值范围的体积覆盖特征化部分；基于材料使用值范围的材料使用特征化部分；以及基于厚度范围的底纹特征化部分。控制器630还可被配置为：利用该配置数据645、将从物体数据620导出的色度数据映射到材料体积覆盖矢量的集合；以及，半色调化该材料体积覆盖矢量的集合，以生成用于构造机制650的离散沉积指令。
在此描述的某些实施例使得能够对被设置为产生三维物体的设备(例如，所谓的“3D打印机”)进行特征化和/或校准。如果给定可用材料的集合，可生成配置数据，配置数据可表示可供设备用于重复生产的颜色或色域的体积。在某些实施例中，配置数据还将该体积与适当的体积覆盖和材料组分使用范围进行关联，例如，对体积进行配置也可在制得的三维物体中生成期望的材料属性。
在此描述的某些实施例提供配置数据，该配置数据构成材料分离资源的集合。在某些实施例中，这些资源包括用于不同角度的、从色度值到材料体积覆盖矢量的一系列映射。这使得设备的控制器能够在遵守色度的同时处理任意图像内容。配置数据还提供颜色校准，其允许颜色/材料空间中的线性变迁。在此描述的某些实施例可能不知道使用了什么材料。这使得能够利用该实施例、用多个材料配置任意设备，例如，多个墨水和构造材料。
在某些情况下，配置数据可包括RGB-MVoc查询表。这是在装置的RGB域中操作的。然后，可以在标准RGB空间(比如，sRGB)中描述物体模型。然后，可建立国际色彩协会(ICC)档案以将色度转换为RGB，反之亦然。然后，这可用于向CIE LAB或XYZ数据转换，后者随后被映射到装置RGB值上。然后，可利用配置数据将该物体映射到MVocs上，从而允许生成遵守初始定义的色度的物体。
在此描述的某些方法可通过一个或多个处理器实施，该处理器处理由非暂态存储介质取回的计算机程序代码。例如，图1的方法可通过构成图6中控制器630一部分的一个或多个处理器实施，或者由连接至被设置为产生三维物体的设备的计算机装置的一个或多个处理器实施。在某些情况下，一个或多个处理器可构成嵌入式计算装置的一部分，例如，适于在控制增材制造系统的过程中使用。非暂态存储介质可为包含、存储或维持供指令运行系统使用或与其连接的程序和数据的任意介质。机器可读介质可包括许多物理介质中的任意一种，比如，电、磁、光、电磁或半导体介质。适当的机器可读介质的更具体的实施例包括但不限于：硬盘驱动、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器或者便携式光盘等等。
前述说明用于例示并且解释所描述的原理的实施例。此说明不旨在具有排他性或将这些原理限于所公开的任何精确形式。鉴于上述教导，许多修改和变型是可行的。
Claims (15)
1.一种生成用于设备的配置数据的方法，所述设备被设置为用材料集合产生三维物体，所述方法包括：
获取指示所述材料集合的材料体积覆盖矢量值的范围的覆盖数据，材料体积覆盖矢量表示用于将被产生的三维物体的至少可寻址体积的所述材料集合的每个可产生组合的比例；
利用所述设备产生三维测试物体部分的集合，不同的部分具有来自所述范围内的不同的材料体积覆盖矢量值；
获取指示每个部分的至少一个颜色属性的测量数据；以及
基于所述覆盖数据和所述测量数据生成用于所述设备的配置数据，所述配置数据至少将所述至少一个颜色属性的值映射到材料体积覆盖矢量值。
2.如权利要求1所述的方法，其中，
每个三维测试物体部分包括多个带角度的外表面，
获取指示每个部分的至少一个颜色属性的测量数据包括：以多个不同的角度获取所述至少一个颜色属性的多个测量值，以及
生成配置数据包括：生成将所述至少一个颜色属性的值和将被产生的三维物体的表面的多个角度值映射到材料体积覆盖矢量值的配置数据。
3.如权利要求2所述的方法，其中，获取测量数据包括利用以下中的一个或多个：
角分光光度计；以及
利用以下中的至少一个对角度的固定集合进行的采样：远距分光辐射度计、分光光度计和色度计。
4.如权利要求1所述的方法，包括：
获取物体属性数据，所述物体属性数据指示用于将被产生的三维物体的所期望的物体属性值的范围；以及
对于被表示为材料体积覆盖矢量中的相应矢量分量的一个或多个材料基元：
获取斜坡数据，所述斜坡数据指示给定材料基元的增加的体积覆盖值；
对所述斜坡数据应用半色调化以生成控制数据，从而用于生成三维测试物体，所述三维测试物体具有代表所述增加的体积覆盖值的至少一个维度；
利用所述设备产生所述三维测试物体；
获取所述三维测试物体的所述至少一个维度上的一个或多个物体属性的测量数据；以及
基于所述物体属性数据和所述测量数据生成配置数据，所述配置数据指示所述给定材料基元的展现所期望的物体属性值的范围的体积覆盖值的范围。
5.如权利要求1所述的方法，包括：
获取物体属性数据，所述物体属性数据指示用于将被产生的三维物体的所期望的物体属性值的范围；
生成控制数据，所述控制数据指示材料使用的范围；
利用所述设备基于所述控制数据产生至少一个三维测试物体，所述至少一个三维测试物体具有代表所述材料使用的范围的至少一个维度；
获取所述三维测试物体的所述至少一个维度上的一个或多个物体属性的测量数据；以及
基于物体属性数据和所述测量数据生成配置数据，所述配置数据指示展现所期望的物体属性值的范围的材料体积覆盖矢量值的范围。
6.如权利要求1所述的方法，包括：
获取指示将被产生的三维物体的所期望的物体属性值的范围的物体属性数据；
获取变化的体积覆盖和材料使用值的矩阵，所述值在所述矩阵的两个维度上变化；
生成控制数据，所述控制数据指示所述矩阵；
利用所述设备基于所述控制数据产生至少一个三维测试物体，所述至少一个三维测试物体具有代表所述矩阵的两个维度的所述两个维度；
获取所述三维测试物体的所述至少两个维度上的一个或多个物体属性的测量数据；以及
基于所述矩阵和所述测量数据生成配置数据，所述配置数据指示展现所期望的物体属性值的范围的体积覆盖和材料使用值的相应范围。
7.如权利要求1所述的方法，包括：对于代表所述材料体积覆盖矢量的矢量分量的至少一个给定材料基元：
获取指示所述给定材料基元的厚度的范围的厚度范围数据；
生成指示所述厚度范围数据的控制数据；
利用所述设备基于所述控制数据产生至少一个三维测试物体，所述至少一个三维测试物体具有代表所述厚度的范围的至少一个维度；
获取指示在所述至少一个维度上测得的至少一个颜色属性的值的测量数据；以及
基于所述厚度范围数据和所述测量数据生成指示展现所期望的颜色属性值的厚度的配置数据。
8.如权利要求1所述的方法，包括：
获取表示将被生成的三维物体的物体数据，所述物体数据包括指示所述物体的一个或多个颜色属性值的数据；
基于所述配置数据，将所述物体的所述一个或多个颜色属性值映射到一个或多个相应的材料体积覆盖矢量值；
半色调化所述一个或多个相应的材料体积覆盖矢量值，以生成用于产生所述三维物体的控制数据；以及
利用所述设备基于所述控制数据产生所述三维物体。
9.一种被设置为产生三维物体的设备，包括：
供应机制，用于供应材料的集合；
构造机制，用于组合所述材料的集合中的一个或多个，以产生所述三维物体；
数据接口，被设置为接收用于所述三维物体的物体数据；
存储器，被设置为存储配置数据，所述配置数据提供从物体数据到用于产生所述三维物体的控制数据的映射；
控制器，被设置为将所述配置数据应用到由所述数据接口接收的所述物体数据，以生成控制数据，从而利用所述构造机制产生所述三维物体；以及
测量装置，被设置为测量所产生的三维物体的属性，
其中所述控制器被配置为：
指示三维测试物体部分的集合的产生，每个部分基于包括相应的材料体积覆盖矢量的集合的控制数据而被指示；
从所述测量装置接收测量数据，以用于所述三维测试物体部分；以及
基于接收到的测量数据，更新所述存储器中的所述配置数据。
10.如权利要求9所述的设备，其中，所述测量装置包括以下中的一个或多个：
角分光光度计；以及
颜色测量装置，被设置为以多个角度测量颜色属性。
11.如权利要求10所述的设备，其中，所述控制器被配置为从所述物体数据确定角度数据和颜色数据，并且将所述配置数据应用到所述角度数据和颜色数据，以生成所述控制数据。
12.如权利要求9所述的设备，其中，所述控制器被配置为指示三维测试物体部分的集合的产生，所述三维测试物体部分的集合包括：
体积覆盖特征化部分，基于代表所述材料体积覆盖矢量的相应矢量分量的一个或多个材料基元的体积覆盖值的范围；
材料使用特征化部分，基于一个或多个材料基元的材料使用的范围；以及
底纹特征化部分，基于一个或多个材料基元的厚度的范围。
13.如权利要求9所述的设备，其中，所述控制器被配置为：
利用所述配置数据将从所述物体数据导出的色度数据映射到材料体积覆盖矢量的集合；以及
半色调化所述材料体积覆盖矢量的集合，以生成用于所述构造机制的离散沉积指令。
14.如权利要求9所述的设备，其中，每个三维测试物体部分包括量化半球的至少一个多面体，每个多面体具有带预定角度的面，并且测量装置被设置为测量来自所述多面体的角度光谱反射率和色度中的一个或多个。
15.一种生成用于设备的配置数据的方法，所述设备被设置为用k个可用材料的集合产生三维物体并且具有用于所述材料的L个离散沉积状态，所述方法包括：
利用所述设备产生三维测试物体部分的集合，所述测试物体部分的集合包括：
体积覆盖特征化部分，与材料体积覆盖矢量的至少一个矢量分量对应，所述材料体积覆盖矢量具有表示每个材料和沉积状态组合的Lk个矢量分量；以及
材料使用特征化部分，与所述材料体积覆盖矢量的至少一个矢量分量对应；
获取每个体积覆盖特征化部分和材料使用特征化部分的一个或多个物体属性的测量数据；
基于所述测量数据，确定展现一个或多个所期望的物体属性的体积覆盖值的范围和材料使用值的范围；
利用所述设备产生三维测试物体部分的集合，所述测试物体部分的集合包括：底纹特征化部分，与所述材料体积覆盖矢量的至少一个矢量分量对应；
获取每个底纹特征化部分的颜色属性的测量数据；
基于所述测量数据，确定基于所述颜色属性展现所期望的度量的厚度；
确定符合所确定的体积覆盖值的范围、所确定的材料使用值的范围以及所确定的厚度的材料体积覆盖矢量值的集合；
利用所述设备产生三维测试物体部分的集合，所述测试物体部分的集合包括：所述材料体积覆盖矢量值的集合中的每个的颜色特征化部分；
获取测量数据，所述测量数据指示每个颜色特征化部分的颜色属性；以及
基于所述材料体积覆盖矢量的集合和所述测量数据，生成用于所述设备的配置数据，所述配置数据将所述至少一个颜色属性值映射到材料体积覆盖矢量值。
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