对 2d 形状进行三角剖分以获得 STL

Question

我正在 python 中生成二维二进制形状。之后，我希望将它们转换为 3D STL 文件以进行 3D 打印。这种作品，但只适用于 "simple" 形状，如三角形和正方形。对于更复杂的形状，我得到以下 Shape ：

所以我们可以看到它有点像二值图像，但多了一些 "artifacts"。我使用：

delaunay 三角剖分（来自 scipy）
用于生成stl文件的numpy-stl（生成需要顶点+面，这就是三角剖分的原因）
numpy 到 save/load 我的形状

这是我的代码：

import numpy as np
from scipy.spatial import Delaunay
from stl import mesh

from numpy import loadtxt

def load_shape(id):
    return loadtxt("../shapes/shape_{}.shape".format(id))

def extract_vertices(shape):
    arr = []
    for ix, x in enumerate(shape):
        for iy, y in enumerate(x):
            if y == 0:
                arr.append([ix, iy])
    return np.array(arr)

def vertices_2d_to_3d(vertices, z=10):
    x, y = vertices.shape
    new = np.zeros((x*2, y + 1))
    for i, v in enumerate(vertices):
        new[i] = [v[0], v[1], 0]
        new[x+i] = [v[0], v[1], z]
    return new

shape = load_shape(4)
vertices = extract_vertices(shape)
vertices = vertices_2d_to_3d(vertices, 10)

tri = Delaunay(vertices)
faces = tri.convex_hull

ms = mesh.Mesh(np.zeros(faces.shape[0], dtype=mesh.Mesh.dtype))
for i, f in enumerate(faces):
    for j in range(3):
        ms.vectors[i][j] = vertices[f[j],:]

ms.save('shape.stl')

任何人都可以给我一些提示，告诉我如何摆脱这些 "artifacts" 并告诉 delaunay 三角剖分不要连接不在形状中的顶点吗？

Answer 1

您将必须编辑或预处理 2D 形状才能使三角测量工作。请参阅 the Wikipedia page about polygon triangulation 并阅读有关单调和非单调多边形的部分。

Answer 2

Delaunay 的一个特点是它总是会从一组样本点生成一个凸多边形。因此，如果您使用 Delaunay，您将需要一些方法来了解哪些三角形在您感兴趣的区域内，哪些在您感兴趣的区域外。

为此，您可能会研究 Constrained Delaunay Triangulation (CDT)。一些 Delaunay 实现允许您根据可用于指定 "triangles inside" 和 "triangles outside" 约束的非自相交多边形来指定约束。我不确定 scipy 是否支持这个，但它的实现总体上非常好，所以如果支持我也不会感到惊讶。

此外，您可能会发现 Delaunay 在您的多边形中生成了很多 "skinny" 个三角形。由于您正在进行 3D 打印，因此您可能想找到一些方法来解决这些问题。您可以通过将人工点（Steiner 点）插入网格来实现。这些可以从常规网格中任意获取，或者，如果您有支持它的 API，您可以对三角剖分应用某种 Delaunay 优化。

除此之外，我想知道您要解决的问题是否真的不是构建 Delaunay，而是对多边形进行三角剖分。前面的答案中引用的维基百科文章应该可以让您开始。

对 2d 形状进行三角剖分以获得 STL

triangulate 2d shape to get STL

python

scipy

shapes

delaunay

numpy-stl