抗锯齿和模糊
基于LCD的光固化原理是在LCD屏上显示切片图像,使用紫外光源对LCD屏进行垂直照射照射。光敏树脂在透过LCD屏的紫外光的照射下会固化成型,如此逐层固化,完成3D模型的打印。
固化光源原理图
LCD屏的显示是通过控制液晶阵列透光率来实现,所以显示的图像是离散化的栅格。一般情况下模型切片覆盖的区域使用白色,非切片区域使用黑色,因此具有打印垂直或水平线条的切片很容易,因为当像素并排放置时,它们会完美地对齐,固化的的模型也是一条直线。但显示弧线、斜线时,边缘的情况是黑和白的像素交叉分布,固化的切片边缘是一个个交错的体素,模型的表面就呈现出层纹。
模型切片图
从上方左图可以看出,横向、纵向切片,模型边缘是光滑无锯齿的,右图中切片的斜线、圆弧线,边缘锯齿明显。
模型渲染图和实拍图
上图是一个复杂的模型文件,模型的头部是一个卵圆形,但是切片文件用像素点表示后,边缘出现不规则的锯齿。从模型的实拍图可观察到,打印后模型表面并不光滑,出现了明显的锯齿和层纹。
研究表明,通过控制每个像素的亮度可以控制对应位置固化的体素大小,一个灰色像素对应位置固化的半体素会向邻近的体素合并。因此,我们研究了抗锯齿和模糊算法,实现切片边缘的灰度值的过渡,提升打印模型表面精度。
抗锯齿 Anti-aliasing
抗锯齿就是指对图像边缘像素进行柔化处理,降低或提高边缘的灰度值,使图像边缘更平滑,固化后边缘更接近实物的形状。
不同的光敏树脂固化所需的必要光强不同,为方便用户调整和操作,软件提供了九种抗锯齿的灰度级别:0~8, 不同灰度级别对应的边缘像素的灰度值会有差异,级别越高灰度值越大。
无抗锯齿
灰度级别0抗锯齿
灰度级别4抗锯齿
灰度级别8抗锯齿
通过上面四幅图我们可以观察到,模型切片的边缘像素的灰度值在不同灰度级别下呈现明显去的区别,灰度值级别越高,边缘像素的灰度值越大。
模糊Image Blur
模糊是另外一种提高表面精度的有效的方法,依据平滑的要求可以选择不同大小的卷积核,使用模糊算法对切片图像进行模糊计算。简单来讲,可以理解成计算后的每一个像素都基于周边像素的值计算获得,卷积核决定周边的范围,算法决定周边各个像素对本像素的贡献大小。该方法的缺点是它可能会影响打印尺寸以及微小细节的表现。
软件提供了两种卷积核:3*3及5*5, 卷积核大小不同,边缘模糊的程度和范围不同。
3*3卷积核
无模糊
卷积核为3
上图为使用模块功能前和卷积核为3*3时的切片对比,我们可以观察到,模型边缘像素点灰度值发生变化,越外侧的像素点灰度值越小,越内侧的像素点灰度值越大。
5*5卷积核
无模糊
卷积核5
上图为使用模块功能前和卷积核为5*5时的切片对比,我们可以观察到,切片边缘被影响的像素点范围比卷积核为3*3时大,像素点的灰度值过度更光滑。