论文开题：STL模型处理技术研究及软件开发

大学本科毕业论文(设计)开题报告
学院：机电及自动化学院 专业班级：08机电2班

课题名称 STL模型处理技术研究及软件开发

1、本课题的研究目的和意义：
STL文件格式是由3D System公司开发的，已被工业界认为是目前快速成型领域的标准零件描述文件格式。STL文件对三维实体描述的解释具有唯一性，STL格式文件被广泛的应用于科学计算可视化，计算机动画，虚拟现实等技术之中。在工作研究中时常需要对STL文件的实体模型进行观察和结构分析，这就需要一种能方便快捷地显示STL文件并能对模型进行交互操作的工具。
为此本文借助OpenGL图形库的渲染、图形变换显示功能，使用Visual Studio 2008开发了一种STL格式实体的真实感显示与交互变换工具。
2、 文献综述（国内外研究情况及其发展）：
(1) STL模型的数据结构
耿铁等[1]采用两个结构体变量分别定义储存三角形面片的顶点数据和法向量，三个顶点的坐标及法向量的三个坐
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getline函数从ifstream对象绑定的STL文件中读取数据。
张贞贞等[5]通过比较法消除冗余数据，去除冗余点的同时也建立了点表，并由一个结构体形成的面表记录了每个面片的向量以及它的3个顶点的信息，使得面表和点表联系在一起。使用fscanf函数实现STL文件的快速读取。
王公强等[6]用CFile类的Read函数将文件读取到内存中，定义了两种需要处理的类数据类型。通过对STL文件读取，将有用的三角面法矢量及顶点坐标存储到一个动态数组中。
卫炜等[7]采用内存映射手段，基于哈希表结构的冗余顶点删除实现了对海量STL文件快速读取，用静态数组形式来储存三角形网格模型的几何信息。由于动态数组封闭了相应有成员函数，但每次操作均需要重新分配内存空间和进行元素拷贝。在储存面片数量较大时，时间开销很大。而静态数组结构在对数据的储存时，时间开销最小，缺点是需要预先确定数据元素的最大个数，申请足够的分配空间。
(3) 三维CAD模型交互显示与变换
王公强等[6]介绍了两种在OpenGL中实现物体旋转的方法：一是通过OpenGL提供的对模型进行旋转的函数glRotate函数来实现，二是通过修改取景变换函数glLookAt的函数来实现。在OpenGL中实现物体的缩放也有两种方法：一是通过改变glOrtho函数的参数，改变物体所在的可视空间的大小来实现，当可视化空间变大的时候，物体的显示就会相对缩小，相反，就会相对扩大。二是通过OpenGL提供的glScale函数来实现物体模型的缩放。
卫炜等[7]采用OpenGL显示列表，它是由一组预先存储起来的留待以后调用的OpenGL函数语句组成，当调用该显示列表时就依次执行表所列出的语句，该方法能优化程序运行性能，但因为创建或调用显示列表程序本身也有一些开销，若一个显示列表太小则无法显示出列表的优越性，所以该方法只适用于拥有超过10万个三角面片时的海量读取。对海量STL文件进行旋转、缩放等操作这里采用：当按下鼠标进行文件旋转、缩放等操作时，显示的三角面片个数仅为文件总的三角面片个数的1%-10%左右，这样大幅度减小了需要显示的三角形面片数，但又能足够显示出模型的轮廓，从而极大降低旋转、缩放的操作迟滞感，而且一旦松开鼠标，就会自动调用已经存在的多个列表进行显示，实现图形的快速刷新。
(4) 发展方向
随着各种算法的不断改进，基于STL模型的软件开发将朝着STL文件数据的快速读取，并具合理
有效地去除冗余顶点数据能力，快速建立合适的STL文件拓扑信息。实现STL模型在OpenGL环境中的快速显示与流畅的交互性操作。
3、 本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式：
内容：
(1) 分析三维离散CAD模型（STL模型），设计相应的数据结构；
(2) 研究STL模型的输入输出算法、真实感显示知识，并编程实现；
(3) 研究三维CAD模型交互显示、模型变换理论并实现相关算法；
成果形式：
(1) 具有合理的STL模型的数据结构。
(2) 能快速读入STL模型，并基于OpenGL显示。
(3) 可以实现CAD模型的交互显示。
4、拟解决的关键问题：
(1) CAD几何模型可以具体到点、线、面、实体和部件等几何对象。这些几何对象之间又存在各种关系，如层次关系、拓扑关系等。设计和开发一系列合理的类来描述、管理和操作这些几何对象和它们之间的关系。
(2) 设计合理STL文件的快速读取和输出算法。
(3) 在OpenGL中对光源特性和材质等进行设置实现三维模型的真实感显示效果。
(4) 由模型最大包容盒信息算法并结合模型变换和视图变换，设计合理有效的平移、旋转、缩放等模型变换函数，实现CAD模型的交互显示。
5、研究思路、方法和步骤：
(1) STL模型的数据结构 ……（未完，全文共4054字，当前仅显示2048字，请阅读下面提示信息。收藏《论文开题：STL模型处理技术研究及软件开发》）