3d打印常用stl文件原理解析 

2017-02-22 06:59
1.概述stl文件用三维网格表现实体模型,stl文件有两种:一种是ASCII明码格式,另一种是二进制格式。(以下摘自百度百科)
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2.ASCII格式在STL文件中的三角面片的信息单元 facet 是一个带矢量方向的三角面片,STL三维模型就是由一系列这样的三角面片构成。
        整个STL文件的首行给出了文件路径及文件名。
        在一个 STL文件中,每一个facet由7 行数据组成,
        facet normal 是三角面片指向实体外部的法矢量坐标,
        outer loop 说明随后的3行数据分别是三角面片的3个顶点坐标,3顶点沿指向实体外部的法矢量方向逆时针排列。
  1. solidfilenamestl//文件路径及文件名
  2. facetnormalxyz//三角面片法向量的3个分量值
  3. outerloop
  4. vertexxyz//三角面片第一个顶点坐标
  5. vertexxyz//三角面片第二个顶点坐标
  6. vertexxyz//三角面片第三个顶点坐标
  7. endloop
  8. endfacet//完成一个三角面片定义

  9. ......//其他facet

  10. endsolidfilenamestl//整个STL文件定义结束
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3.二进制格式 二进制STL文件用固定的字节数来给出三角面片的几何信息。
      文件起始的80个字节是文件头,用于存贮文件名;
      紧接着用 4 个字节的整数来描述模型的三角面片个数,
      后面逐个给出每个三角面片的几何信息。每个三角面片占用固定的50个字节,依次是:
      3个4字节浮点数(角面片的法矢量)
      3个4字节浮点数(1个顶点的坐标)
      3个4字节浮点数(2个顶点的坐标)
      3个4字节浮点数(3个顶点的坐标)
      三角面片的最后2个字节用来描述三角面片的属性信息。
      一个完整二进制STL文件的大小为三角形面片数乘以 50再加上84个字节。
  1. UINT8//Header//文件头
  2. UINT32//Numberoftriangles//三角面片数量
  3. //foreachtriangle(每个三角面片中)
  4. REAL32[3]//Normalvector//法线矢量
  5. REAL32[3]//Vertex1//顶点1坐标
  6. REAL32[3]//Vertex2//顶点2坐标
  7. REAL32[3]//Vertex3//顶点3坐标
  8. UINT16//Attributebytecountend//文件属性统计
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处理过程当开始processFiles时,会将files中命名的stl文件存贮到model的meshs中。model是一个PrintObject*
     首先,loadModelSTL根据stl的类型选择调用loadModelSTL_binary或者loadModelSTL_ascii,得到meshs。然后用processModel对Meshs处理,将结果存入storage。
wpid-流程图.webp

源码解析
  1. bool processFiles(const std::vector<std::string> &files)//位于fffProcessor.h的line74
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中:
  1. FMatrix3x3 matrix;  //变换用的矩阵,没什么用
  2.        if (!loadMeshFromFile(model, filename.c_str(), matrix))
  3.        {
  4.            logError("Failed to load model: %s\n", filename.c_str());
  5.            return false;
  6.        }
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调用loadMeshFromFile.
  1.   bool loadMeshFromFile(PrintObject* object, const char* filename, FMatrix3x3& matrix)
  2. {
  3.         const char* ext = strrchr(filename, '.');
  4.     if (ext && (strcmp(ext, ".stl") == 0 || strcmp(ext, ".STL") == 0))
  5.     {
  6.         object->meshes.emplace_back(object);
  7.         return loadModelSTL(&object->meshes[object->meshes.size()-1], filename, matrix);
  8.     }
  9.     return false;
  10. }
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而loadModelSTL首先读5个字节到buffer中,根据buffer是否为”solid”判断stl文件类型,分别调用
   loadModelSTL_ascii和loadModelSTL_binary函数。
  1. bool loadModelSTL_ascii(Mesh* mesh, const  char* filename, FMatrix3x3& matrix)
  2. {
  3.     FILE* f = fopen(filename, "rt");
  4.     char buffer[1024];
  5.     FPoint3 vertex;
  6.     int n = 0;
  7.     Point3 v0(0,0,0), v1(0,0,0), v2(0,0,0);
  8.     while(fgets_(buffer, sizeof(buffer), f))
  9.     {
  10.         if (sscanf(buffer, " vertex %f %f %f", &vertex.x, &vertex.y, &vertex.z) == 3)
  11.         {
  12.             n++;
  13.             switch(n)
  14.             {
  15.             case 1:
  16.                 v0 = matrix.apply(vertex);  //矩阵转换vertex到(v0 v1 v2)
  17.                                 break;
  18.             case 2:
  19.                 v1 = matrix.apply(vertex);
  20.                 break;
  21.             case 3:
  22.                 v2 = matrix.apply(vertex);
  23.                 mesh->addFace(v0, v1, v2);           //到这里,将stl转换成了mesh
  24.                 n = 0;
  25.                 break;
  26.             }
  27.         }
  28.     }
  29. ……
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提取出了三维点的信息,存到vertex中,再通过与矩阵matrix(其实是单位矩阵,结果一样)相乘进行坐标变换,得到三个点后组成三维面片,
     使用addFace添加到mesh中。


  1.   bool loadModelSTL_ascii(Mesh* mesh, const  char* filename, FMatrix3x3& matrix)
  2. {
  3.     FILE* f = fopen(filename, "rt");
  4.     char buffer[1024];
  5.     FPoint3 vertex;
  6.     int n = 0;
  7.     Point3 v0(0,0,0), v1(0,0,0), v2(0,0,0);
  8.     while(fgets_(buffer, sizeof(buffer), f))
  9.     {
  10.         if (sscanf(buffer, " vertex %f %f %f", &vertex.x, &vertex.y, &vertex.z) == 3)
  11.         {
  12.             n++;
  13.             switch(n)
  14.             {
  15.             case 1:
  16.                 v0 = matrix.apply(vertex);  //矩阵转换vertex到(v0 v1 v2)
  17.                                 break;
  18.             case 2:
  19.                 v1 = matrix.apply(vertex);
  20.                 break;
  21.             case 3:
  22.                 v2 = matrix.apply(vertex);
  23.                 mesh->addFace(v0, v1, v2);           //到这里,将stl转换成了mesh
  24.                 n = 0;
  25.                 break;
  26.             }
  27.         }
  28.     }
  29. ……

  30.     提取出了三维点的信息,存到vertex中,再通过与矩阵matrix(其实是单位矩阵,结果一样)相乘进行坐标变换,得到三个点后组成三维面片,
  31.     使用addFace添加到mesh中。

  32.   bool loadModelSTL_binary(Mesh* mesh, const char* filename, FMatrix3x3& matrix)
  33. {
  34.     FILE* f = fopen(filename, "rb");
  35.     char buffer[80];
  36.     uint faceCount;
  37.     //Skip the header
  38.     if (fread(buffer, 80, 1, f) != 1) //前80字节是文件头
  39.     {
  40.         fclose(f);
  41.         return false;
  42.     }
  43.     //Read the face count
  44.     if (fread(&faceCount, sizeof(uint), 1, f) != 1)
  45.     {
  46.         fclose(f);
  47.         return false;
  48.     }
  49.     //For each face read:
  50.     //float(x,y,z) = normal, float(X,Y,Z)*3 = vertexes, uint16_t = flags
  51.     for(unsigned int i=0;i<faceCount;i++)
  52.     {
  53.         if (fread(buffer, sizeof(float) * 3, 1, f) != 1) //角面片的法矢量
  54.         {
  55.             fclose(f);
  56.             return false;
  57.         }
  58.         float v[9];
  59.         if (fread(v, sizeof(float) * 9, 1, f) != 1) //三个顶点坐标
  60.         {
  61.             fclose(f);
  62.             return false;
  63.         }
  64.         Point3 v0 = matrix.apply(FPoint3(v[0], v[1], v[2]));
  65.         Point3 v1 = matrix.apply(FPoint3(v[3], v[4], v[5]));
  66.         Point3 v2 = matrix.apply(FPoint3(v[6], v[7], v[8]));
  67.         mesh->addFace(v0, v1, v2);
  68.         if (fread(buffer, sizeof(uint16_t), 1, f) != 1) //三角形面片数属性信息,或许可以用来表示材质??
  69.         {
  70.             fclose(f);
  71.             return false;
  72.         }
  73.     }
  74. ……

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这样,stl中得数据完全转移到model.meshs中了。

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